為了揭示Al-C-N 非晶薄膜的結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電性以及它們之間的關(guān)系,本文采用非平衡磁控濺射沉積技術(shù)在Si (100) 基體上沉積得到了不同Al 含量的Al-C-N 薄膜。使用X射線光電子能譜儀、X射線衍射和高分辨透射電鏡研究了所制備薄膜的相組成和微觀結(jié)構(gòu)。采用四引線法測定了薄膜電阻率- 溫度關(guān)系和霍爾電阻率2磁場關(guān)系。實驗結(jié)果表明,所制備薄膜為非晶結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)致密,沒有明顯的缺陷,薄膜中主要的化學(xué)鍵為C-N ,C-C 和Al-N 鍵。薄膜的成分對其導(dǎo)電性能有著明顯的影響,當(dāng)Al 含量較低時,Al-C-N 薄膜為p 型半導(dǎo)體;當(dāng)Al 含量較高時薄膜轉(zhuǎn)變?yōu)榻^緣體。

　　由于β-C3N4 具有優(yōu)越的晶體結(jié)構(gòu),硬度預(yù)期可超過金剛石,因此在近二十年來受到了相當(dāng)?shù)年P(guān)注。另一方面,N 加入碳膜提高了石墨化溫度,還具有半導(dǎo)體或高阻特性 , 因此碳氮(CNx) 薄膜近年來也逐步得到了人們的重視。同時,AlN 薄膜材料具有大禁帶寬度、高熱傳導(dǎo)率系數(shù)、較高硬度、良好的化學(xué)穩(wěn)定性,以及在半導(dǎo)體、光電和壓電性能方面的獨特性質(zhì),在光電子器件和微電子器件上具有不可估量的應(yīng)用潛力。

　　Al-C-N 三元薄膜有可能結(jié)合CN 和AlN 薄膜的優(yōu)點,在保持高硬度、高熱傳導(dǎo)性和良好化學(xué)穩(wěn)定性的同時,可通過控制薄膜中的Al 含量實現(xiàn)Al-C-N三元薄膜帶隙寬度連續(xù)可調(diào)。一般認為,Al-C-N 薄膜主要含有C-N ,Al-C ,Al-N 等鍵,有較好的熱穩(wěn)定性(大于600 ℃) ,與Al 摻雜類金剛石薄膜有很大的區(qū)別 。雖然近年來Al2C2N 三元薄膜得到了一定的研究,但其成分、結(jié)構(gòu)與電子學(xué)等特性關(guān)系的研究亟待進行。

　　反應(yīng)磁控濺射法由于具有沉積速率高和可控參數(shù)多等優(yōu)點已成為當(dāng)前制備多組元薄膜最主要的方法。本實驗結(jié)合反應(yīng)磁控濺射高速率和中頻濺射高效率的優(yōu)點,通過改變?yōu)R射時鋁靶和碳靶電流,大范圍地調(diào)制Al 和C 的含量,在單晶Si (100) 基體上制備出具有不同Al 和C 含量的單層Al-C-N 薄膜樣品。研究C 和Al 的含量對Al-C-N 薄膜結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能方面的影響及其規(guī)律,以期獲得Al-C-N 薄膜導(dǎo)電特性與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。

3、結(jié)論

　　采用四靶中頻非平衡磁控濺射沉積工藝,通過調(diào)節(jié)鋁靶和碳靶的濺射電流在Si (100) 基體上制備得到不同Al 含量的Al-C-N 薄膜。結(jié)果顯示:

　　(1) 所制備薄膜為非晶結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)致密,沒有明顯的缺陷,薄膜中主要的化學(xué)鍵為C —N ,C —C 和Al —N 鍵。

　　(2) 薄膜的成分對其導(dǎo)電性能有著明顯的影響,當(dāng)Al 含量較低時,Al-C-N 薄膜為p 型半導(dǎo)體;當(dāng)Al含量較高時薄膜轉(zhuǎn)變?yōu)榻^緣體。

　　(3)Al₃C₈₄N₁₃ ,Al₇C₇₉N₁₄ ,Al13C71N16和Al19C61N204種薄膜的帶隙值大約分別為1.41 , 2.33 , 6.75 和16.6 eV。300K溫度時,隨著Al 含量的增加,霍爾系數(shù)增大。Al3C84N13樣品在低溫時,霍爾系數(shù)幾乎不變,當(dāng)溫度達到280 K后霍爾系數(shù)明顯的增大。