BN薄膜的残余压缩应力研究及紫外光响应的初步探索

【摘要】立方氮化硼(cBN)薄膜拥有十分好的物理化学性能,与金刚石薄膜相比较,温度低于1373K时不会与铁系金属材料反应,同时具有宽带隙(6.4eV)、高的击穿电场强度、低的介电常数,较易实现p/n型掺杂、灵敏的紫外光响应,使得其在力学、电学、光学等领域具有十分诱人的应用前景。这些应用的前提是要制备出优质的cBN薄膜,但是,目前cBN薄膜的制备技术无一例外地都需要荷能粒子轰击薄膜,这往往使得薄膜中的残余应力过大,薄膜容易从衬底上脱落。更为重要的是,残余压应力的形成与cBN形核、生长过程密切相关,所以研究残余应力具有重要的意义。因此,本文主要研究cBN薄膜的残余应力对红外吸收光谱的作用规律和引起残余应力的起因。此外,我们还对cBN薄膜的紫外光电响应做了简单的分析探索,成果如下：(1)发现了评估cBN薄膜中残余应力的更为科学的方法。我们结合第一性原理计算和实验结果证实了：残余压应力的存在会使薄膜中六方氮化硼(hBN)的B-N-B间的弯曲振动(780cm-1附近)随着残余压应力的增加而以-3.45.m-1/GPa进行位移。通过对比得到：用780cm-1处红外吸收峰位移来估算残余应力比传统的用cBN吸收峰(1080cm-1附近)来估算残余应力更为准确。(2)研究了cBN薄膜存在残余压缩应力的起因。通过公式推导和实验论证了：cBN制备过程中引入的间隙氩原子是引起薄膜中的残余压缩应力的主要原因,间隙氩原子同时使cBN晶体的自由度下降,从而抑制了cBN红外吸收峰的强度,合理地解释了cBN红外吸收强度随残余应力变化的现象。(3)紫外光响应的初步探索：绘制了电流-电压特性曲线,通过测试得到了S掺杂的cBN薄膜的紫外光电响应图,发现在254nm处存在紫外光响应的峰值,显示了其在日盲区紫外探测器方面的潜在应用。(4)用自行搭建的等离子体增强化学气相沉积设备制备出cBN薄膜,并初步研究了实验参数对实验结果的影响。在最优化的实验参数下,能够制备出含量超过80%的cBN薄膜。
【作者】金盼盼；
【导师】杨杭生；
【作者基本信息】浙江大学，材料科学与工程，2014，硕士
【关键词】氮化硼薄膜；残余压缩应力；红外吸收位移与强度；紫外光探测器；

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