Si衬底上MgO薄膜的生长_毕业论文

　

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摘要：采用射频磁控溅射的方法，在Si(100)衬底上生长MgO薄膜。将在不同气压和Ar分压条件下得到的样品在氧气氛围下1000℃退火并进行X射线衍射(XRD)分析，结果表明，溅射总气压和Ar分压影响MgO薄膜的择优取向，Si衬底取向也对薄膜的择优取向产生影响。我们还获得了晶格常数为0.421nm的MgO薄膜和晶格常数为0.812nm的新结构的MgO薄膜，实验表明，高的溅射气压和高的衬底温度有利于晶格常数为0.812nm的新结构的MgO相的形成。在高的气压和温度下，制备出了晶格常数为0.812nm的MgO薄膜，利用原子力显微镜(AFM)研究了这种薄膜的表面形貌。52047

毕业论文关键词：MgO，射频磁控溅射，XRD，0. 812nm

Abstract: MgO thin films were produced on Si(100) substrates by RF magnetron sputtering. The samples at different deposition pressure and Ar partial pressure were post annealed at 1000℃ in oxygen. It is found that the preferred orientation of MgO thin films strongly depended on the total pressure and Ar partial pressure according to XRD analysis results. We obtained a new type of MgO with a lattice constant of 0.812nm. We found that high gas pressure and high substrate temperature are in favor of the growth of this new MgO films. The surface morphology of such thin films were investigated by atom force microscopy.

Key words: MgO, RF magnetron sputtering, XRD, 0. 812nm

目录

1 引言 4

2 实验原理 4

2.1 溅射 4

2.2 磁控溅射 5

3 实验结果和分析 6

3.1 总气压不同时薄膜晶格取向 6

3.2 O2分压不同时薄膜晶格取向 7

3.3 MgO薄膜晶格取向与不同衬底的关系 7

3.4 衬底温度较低时生长MgO薄膜 8

3.5 溅射气压和衬底温度对生长MgO的影响 8

3.6 衬底温度和溅射气压较高时生长MgO薄膜 9

3.7 新结构MgO薄膜表面形貌 9

结论 11

参考文献 12

致谢 13

1 引言

近年来，随着微电子工业的快速发展，传统的Si基半导体器件的特征尺寸进入到了微米、纳米的数量级，客观上要求器件具有更低的损耗和漏流，同时兼容性要求薄膜微电子器件在Si衬底上要有良好的集成。器件集成化的发展趋势，使得在Si衬底上生长各种氧化物薄膜变得十分重要，如高温超导材料、铁电材料和巨磁阻材料等具有钙钛矿结构的氧化物。但许多薄膜材料都和Si单晶存在晶格失配，影响了薄膜材料的性能[1，2]。MgO具有很好的热稳定性和化学稳定性，近年来在实际生产中得到广泛应用[3]。而且，许多钙钛矿氧化物(如YBCO)已被证实可以在MgO单晶衬底上外延生长；重要的超导材料NbN也是如此。因此，在Si衬底上生长性能优良的MgO薄膜，具有非常重要的意义。

在Si衬底上生长MgO薄膜有许多方法，常见的方法如：PLD[4]、MOCVD[5]、sol-gel法[6]等。制备MgO薄膜，很少有系统研究磁控溅射法对MgO薄膜生长和结构的工作。MgO晶格呈面心立方结构，与多数钙钛矿结构的铁电材料都有相近的晶格参数，晶格常数一般为0.421nm。而钙钛矿氧化物的晶格常数典型值为0.39nm，这和MgO之间有7.4%的失配，失配相对较大。本文通过改变溅射的气氛条件和基底温度，系统地研究了磁控溅射MgO薄膜的晶格取向，为以后在其表面生长功能材料（如高温超导材料和铁电材料）奠定良好的基础，还通过磁控溅射法在Si(100)衬底上生长MgO薄膜，通过X射线衍射仪分析其晶格常数并通过原子力显微镜观察其表面形貌。源^自·751{文·论[文'网]www.751com.cn

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