Al2O3薄膜的低温沉积和Al2O3-Si界面特性研究、硫系玻璃薄膜的制备和表征

论文摘要

本论文分为两部分,一是在激光和等离子体特性研究的基础上进行激光和等离子体的应用探索,利用基于电子回旋共振（electron cyclotron resonance,ECR）微波放电和脉冲激光烧蚀（pulsed laser ablation,PLA）联合作用的薄膜沉积方法,尝试制备了氧化铝（AlO3）薄膜材料。通过材料的制备和样品的分析表征,探讨了其中微波放电和激光烧蚀联合作用以及由此引发的等离子体过程和薄膜生长机理;分析了高温下Al2O3薄膜退火后的晶相变化,也对AlO3薄膜与Si衬底之间氧化硅（Si-O）边界层的出现原因和形成条件作了探讨。二是利用脉冲激光沉积的方法制备硫系玻璃薄膜,并对薄膜的光学特性进行表征与分析讨论,为开展这一新型光电子薄膜材料的非线性光学特性研究和应用探索作些前期准备工作。基于PLA的脉冲激光沉积（pulsed laser deposition,PLD）,是近年发展起来的一种薄膜制备技术,已成功应用于多种薄膜材料的制备。ECR微波放电可以在低工作气压下产生高密度、高电离度的等离子体。我们把这两种技术结合起来发展成一种新的成膜方法--电子回旋共振等离子体辅助脉冲激光沉积（ECR-PLD）。该方法综合了PLD成膜和ECR微波放电等离子体两种技术的特点:脉冲激光烧蚀涉及强烈非平衡过程,可以突破某些平衡热力学的限制;脉冲激光烧蚀靶而产生的粒子具有较高的动能和位能,这使得低温成膜成为可能;ECR等离子体提供的大量具有化学活性的各种粒子,易与激光烧蚀的产物发生反应;ECR等离子体对衬底的辐照还利于高质量膜层的形成。这一方法特别适宜于低温条件下化合物的形成和薄膜的生长。本论文将这一方法用于Al2O3薄膜的制备。Al2O3是一种新型的Ⅲ-Ⅵ族宽禁带半导体材料,具有高硬度、高抗腐蚀性、高热传导性、高化学稳定性、对碱性杂质低渗透性且易于实现掺杂、高带隙,在高温下与Si之间有良好的热稳定性,且有较低的漏电流密度。绝缘性非常好,介电常数比SiO2高出4倍,因此也是一种可用作互补金属氧化物半导体（CMOS）栅介层的SiO2替代材料。常用制备Al2O3薄膜的方法有原子层沉积法、分子束外延法、脉冲激光沉积法、离子束辅助沉积法、溶胶凝胶法等。本论文采用高纯度的金属铝（Al）作为靶材料,在化学活性的ECR氧等离子体环境中激光烧蚀铝靶、以ECR氧等离子体辅助的脉冲激光沉积方法在常温条件下制备Al2O3薄膜。对制备的Al2O3薄膜进行了多项表征和分析,并通过高温退火处理得到了a相的氧化铝（a-Al2O3）,薄膜的光学性质也发生相应改变。高温退火还影响了

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 脉冲激光烧蚀和脉冲激光沉积
• 1.1.1 脉冲激光烧蚀（PLA）
• 1.1.2 脉冲激光沉积（PLD）
• 1.2 ECR等离子体辅助脉冲激光沉积
• 1.2.1 ECR等离子体
• 1.2.2 ECR等离子体辅助脉冲激光沉积方法
• 1.2.3 ECR等离子体辅助脉冲激光沉积装置
• 2O₃薄膜'>1.3 高K栅介质材料和Al₂O₃薄膜
• 1.3.1 高K栅介质材料
• 2O₃薄膜'>1.3.2 Al₂O₃薄膜
• 1.4 硫系玻璃薄膜
• 1.5 本文的研究内容和安排
• 2O₃薄膜'>第二章 ECR等离子体辅助脉冲激光沉积Al₂O₃薄膜
• 2O₃薄膜'>2.1 Al₂O₃薄膜
• 2O₃薄膜的制备'>2.2 Al₂O₃薄膜的制备
• 2.3 退火热处理
• 2O₃薄膜的结构和性能表征'>2.4 Al₂O₃薄膜的结构和性能表征
• 2.5 实验结果及讨论
• 2.5.1 傅立叶变换红外光谱（FTIR）
• 2.5.2 拉曼光谱（Raman）
• 2.6 本章小结
• 2O₃薄膜与Si衬底的边界层问题'>第三章 Al₂O₃薄膜与Si衬底的边界层问题
• 3.1 边界层的研究背景
• 2O₃薄膜的制备'>3.2 Al₂O₃薄膜的制备
• 3.3 退火热处理
• 3.4 膜层的分析表征（FTIR）
• 3.5 本章小结
• 第四章 PLD制备硫系玻璃As-S/As-Se/Ge-As-Se薄膜
• 4.1 硫系玻璃薄膜的研究背景
• 4.2 硫系玻璃薄膜的制备
• 4.3 膜层的分析表征
• 4.3.1 可见红外紫外光谱
• 4.3.2 极值包络线计算法
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 后记