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1、氮 化铝薄 膜的进展成都电讯工程学院曲喜新一、前言最近十几 年来,随着社会对 薄膜 材料的需 求越来越多,对它的研究 也越 来越深入,开发应用也越来 越广泛。至今薄膜材料已成为许多尖端技术和新兴技术的基本材料。薄膜材料的种类较多,如超导薄膜、导电薄膜、电阻薄膜、半导体薄膜、介质 薄膜、磁性 薄膜、光学 薄膜、铁电薄膜、压电薄膜、热 电薄膜、光电薄膜等。作为一种新型材料,氮化铝薄膜的开发潜 力很大,应用前景很好l )。因此,近年来,几个工 业先进国家的许多专 家都对 它 进行研究,以求尽快地达到实用。为了促进这种薄膜在我国的应用和开发,本文将对这种薄膜的制造技术、微观结构、各种性能和应用前景作一
2、分析和综述,以便 系统和深 入地 了解这种薄膜。二、氮化铝薄膜的制造技术到现 在为 止,已经有多种方法可以制造八IN薄膜。若 按成膜温度,可将这些方法分为低 温(2 0 5 00)制 膜 法和高温(一般为9 00一13 00 )制膜法。在前种方法中,有直流磁控溅射、射频磁控溅射和磁径溅射枪。其 他的方 法基本上都属 于高温制膜法。若按成膜机理,可将AIN薄膜的制造方 法分为物理气相淀积(PVD)法 和化学气相淀积(CV D)法。除 此以外,还有化学 液相淀积(C LD)等 法。属于物 理 气相淀积的有反 应蒸 发 法和 反应 溅射 法。作为前 种 方法的改 进,出现了辉 光放电法 和离子镀。r
3、其 改进鲍本质是 在蒸发室中用放电方法产生等 离子体,以促进Al和N:的反应。作为反应溅射 的 改进,在 溅射室 中加上了与 电场垂 直 的正 交磁场,以控制等离子体中的电子运动。由此 产生 了各种磁控溅 射。属于化学气相淀积的主要有两种 方 法,一种 是用 铝的卤化物 经化学反应生成AIN薄膜,另一种 是用 铝的有机化合物。对前者常称 为C VD法,后者则 常称 为MO CV D法。后 者是一种改进的CV D法。在AIN薄膜的制造方法中,有的 虽然 曾经 被用过,但由于存在着较多的缺点,现在已经很少采用,所以下面仅介绍反应蒸发、反应溅射 和CVD三种方法,以及在 其基 础上所产生出来的改 进
4、 方法。因为A IN薄膜的用途不同,所以对 它 的结 构要求各异。最 好能够用一种方 法方便地制 造出 结构不 同的各种薄膜,如 无定形薄膜、无规取向的多晶薄膜、高度择优取向的多晶薄膜和单晶薄膜。一般说来,制 造前两种薄膜,需要 的基片温度较低;而制造后 两种薄膜,需要的温度较高。并且为了便于 制造 后 两种薄膜,在 选择基片时,需要注意 下列三点:(_ )薄膜和基片的晶格要互相 匹配; 介)薄膜和基片的热胀系数要互相匹酉己;(3)基片表面的缺陷和杂质要尽可能的少。在上面所提到的制 造AIN薄 膜的方法中,有的可以制造结构不同的各种 薄膜,有的只能方便地制造、 一两种薄膜。现将各种制膜方法较为
5、洋细地分析和介绍如下。1反应蒸发一可以归于这类 方法的有:发法、辉光放电法和离子镀。一般的反应蒸这些方法的共 i呱袱)操(1)一般的反应蒸发法“”,4这种制膜方法所用的设备如 图1所示。石英磊休 振静器加热会备衣曝片到气压约为i“1 0一“至1“1丁于。r r,、 开始 渊崔粼默产,呼一咖在制膜以前,基片是经过清洁和高温热处理的AIN薄膜的淀裸速率一 用 石英晶体振荡器检测,一般为加3A/ s。- 共 觉X子长卡侧十皿.卜r.卜.卜.一r。人夏INH到光学高温基魂l公今。拗必, C 言豁 能归飞nOO七NH。气图1剑造人IN薄膜的反应蒸发设备示意图 粼张纂季瑞黎粼黔 群撰 资洲) 蓝宝石和单晶
6、硅,在蓝宝石的( 00 01 )面或 汤粉淤 拼知六):_考冲牌蕊淤蒜i犷华钾图2九IN水薄膜的万与入附墓片表而 的 速率比丫物。沪似狡间的释。注1_卿今薄膜是在1 0的下制造的单晶雄膜座标为Al嘛式中的x,其横座标为速率之比vN H。/ v 1。图 中标出的温 度是制膜时的基片 温度。从该图中看出,无论在什么退度 共:;:、覃:宝一 :念一嘿:几 念撰黑然在玻璃基片一仁,更难于制造取 向良好 的AIN薄膜。用反应蒸发 法制膜,直到基片温度低到3 0。,都 没有得出无 定形 结构的、A I N薄膜。( 2)辉 光放电法佑,7 )薄而无 针孔的AIN薄膜,用反应蒸发法制造不出来,但这 种薄膜又为
7、夹层结 构MIM所必需,故出现了辉光放电法。这种方 法与 反应蒸发法的不 同之处,是在反应室(真空室)中加上了辉光放电。产生辉 光放电的方法有的用直流,可:ok v、2.ooA;有的用交流,6 0Hz、二4 0oVrms。为产生辉光放电,所用的结构 也各有不同。用直 流时,阳极 接地,高纯 铝 阴极安装在距基片小子Icm处;用交 流时,采用放电枪。枪的结构是B N材料作枪筒,上面盖以Pt帽,内部装以Ft丝电极。为了使放电发射 出来,Pt帽上有一小孔。由于所要求的A IN膜的厚度 不 同,所以在具体制膜方法上也 有差 异。在要求膜很薄(5 0 一50 0A)时,是 先在高真空下蒸发A l,然后通
8、入高纯N。气(含水汽浓 度15 0。),用A I一和NZ直接合成薄凰一丫(待续)参考文献1曲喜新,令薄膜物理(即将 出版)25.Yoshida,仁Vac.Sci .Te c五nol.,1 6,9 90( 19 79 )怡歇Yo s h id a,AP PI .一 P听s .L“t t .,2 6,4 61一( 19 75 ) 45.Win sz t a l,Th inso l记F il植s ,3 2,251(1976)5Y口Uemu ra,Tl i insol idF ilr n s,2 0,1 1( 19 74 )-f6M.T。W a u k ,Ap p从Phy s.Le tt .1 3,2
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