Si基片和MgO基片上薄膜的微结构分析

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摘要：我们在室温下利用直流磁控溅射工艺制备了单晶NbN薄膜。XRD(X射线衍射)研究分析表明，我们获得了单晶结构良好的NbN薄膜，并对其超导电性做了初步的研究；又利用射频磁控溅射工艺制备了取向较好的AlN薄膜。XRD结果证实，制备的AlN薄膜具有(002)择优取向的六方纤锌矿晶体结构。另外本文通过抗电测试对其抗电强度进行了研究。最后通过AFM分析比较生长在硅基片上和氧化镁基片上薄膜的平整度。54214

毕业论文关键词：NbN，AlN，XRD，磁控溅射，超导电性，抗电强度

Abstract: We produced single crystal NbN films using the DC magnetron sputtering system with the room temperature, XRD (X-ray diffraction ) analysis shows that the structure of NbN thin film crystal is good, and the superconductivity was studied preliminary. We also obtained AlN thin film which is well oriented by using RF magnetron sputtering method. The results of XRD confirm that the AlN films with (002) preferred orientation have six wurtzite crystal structure. Based on the electrical resistance test, its resistance to electric intensity were studied in this paper.

Key words: NbN, AlN, XRD, Magnetron sputtering, Superconductivity, Breakdown voltage

1 前言 4

2 磁控溅射法 4

2.1 磁控溅射原理与技术 4

2.2 射频磁控溅射的特点 6

2.3 直流磁控溅射的特点 7

3 MgO基片上氮化铌薄膜的制备与分析 7

3.1 氮化铌薄膜的制备 7

3.2 氮化铌薄膜的XRD分析 7

3.3 氮化铌薄膜的XPS分析 8

4 MgO基片上氮化铝薄膜的制备与分析 9

4.1 氮化铝薄膜的制备 9

4.2 氮化铝薄膜的XRD分析 9

4.3 氮化铝薄膜的抗电强度分析 9

5 Si基片上氮化铌薄膜的制备与分析...11

5.1 氮化铌薄膜的制备..11

5.2 氮化铌薄膜的AFM分析........11

结论 12

参考文献 13

致谢 14

1 前言

NbN是一种非常好的超导材料，与纯Nb相比，NbN具有较高的超导转变温度(16.1K)，更高的工作温度(10K以上)，较窄的转变宽度（0.1K）以及更高的工作频率(1.4THz)。此外，NbN的结晶情况对其超导性能有很大的影响，单晶NbN薄膜的性能要大大优于多晶薄膜[1]；在低温和高温下也有很好的稳定性[2]；氮化铌在超导态下还有很好的磁稳定性，在4.2K时临界磁场为25T[3]，远高于铌本身的临界磁场强度。

作为III族宽带隙绝缘材料，具有电阻率大、导热系数高、化学和热稳定性能好、击穿场强高、能隙电压(6.2eV)高的AlN材料正被广泛应用于光电子学、声表面波器件及集成电路等相关领域。AlN材料不论是在光电器件等应用领域，还是作为器件的绝缘层，都要求其具有优秀的外延结构和平整的表面和界面形貌。因此需要研制具有优质外延结构的AlN薄膜。此外，作为目前微电子领域中最常用的绝缘材料SiO2薄膜，其在许多领域仍受到限制，比如在高温、高功率的电路中的限制。所以研究具有高热传导性能的绝缘薄膜及其制备技术具有很深远的意义。我们可以把SiO2薄膜用热传导性能较好的绝缘层如：用AlN等材料取代来解决此问题。