磁控溅射非晶CN_x薄膜的热稳定性研究

为了研究非晶CNx薄膜的热稳定性,采用射频磁控溅射方法沉积了非晶CNx薄膜样品,并在真空中退火至900℃,利用FTIR,Raman和XPS谱探讨了高温退火对CNx薄膜化学成分及键合结构的影响.研究表明:CNx薄膜样品中N原子分别与sp、sp2和sp3杂化状态的C原子相结合,退火处理极大地影响了CN键合结构的稳定性;当退火温度低于600℃时,膜内N含量的损失较少,CNx薄膜的热稳定性较好,退火温度超过600℃时,将导致CNx膜中大多数C、N间的键合分离,造成N大量损失,膜的热稳定性下降;退火可促使膜内sp3型键向sp2型键转变,在膜中形成大量的sp2型C键,导致CNx膜的石墨化.

轰击离子能量对CN_x薄膜中sp^3型C—N键含量的影响

对磁控溅射生长在单晶Si(001)衬底上的CN_x薄膜样品的化学键合及结构进行了研究,利用不同的衬底负偏压(V_h)来控制轰击衬底表面的入射离子能量,从而影响膜中的化学键合的状态。样品的FTIR,Ra-man和XPS分析结果表明,CN_x薄膜中N原子分别与sp,sp^2和sp^3杂化状态的C原子结合,其中sp^3型C—N键含量先随着衬底偏压(V_b)的升高而增加,并在偏压V_b=-50V时达到最大值,但随着V_b继续升高,sp^3型C—N键含量减少,这表明CN_x薄膜中,sp^3型C—N键的含量与轰击离子的能量变化密切相关。

高温退火对非晶CN_x薄膜场发射特性的影响

采用射频磁控溅射方法在纯N2 气氛中沉积了非晶CNx 薄膜样品 ,并在真空中退火至 90 0℃ .对高温退火引起的CNx 薄膜化学成分、键合结构及其场发射特性方面的变化进行研究 .用傅里叶变换红外光谱和x射线光电子能谱分析样品的内部成分及键合结构的变化 ,其中sp2 键及薄膜中N的含量与薄膜的场发射特性密切相关 .退火实验的结果表明高温退火可以导致CNx 薄膜中N含量大量损失 ,并在薄膜中形成大量sp2 键 ,这些化学成分及键合结构上的变化将直接影响CNx 薄膜的场发射特性 .与其他温度退火样品相比 ,75 0℃退火的样品具有最低的阈值电场 。