XPS测量稀土氧化物薄膜禁带宽度的可行性研究

采用射频磁控溅射法在石英衬底和Si衬底上分别生长了Er2O3,Tm2O3和Yb2O3三种稀土氧化物薄膜。分别利用光学方法和X射线光电子能谱测量法对以上三种稀土氧化物的禁带宽度进行了测量,并将测量结果进行了对比研究。采用光学方法测量的Er2O3,Tm2O3和Yb2O3的带隙分别是(6.3±0.1),(5.8±0.1)和(7.1±0.1)eV;而采用X射线光电子能谱法测量的这三种材料的禁带宽度分别为(6.2±0.2),(6.0±0.2)和(6.9±0.2)eV。两种测量结果的对比分析表明:在误差允许的范围内,利用X射线光电子能谱方法测量稀土氧化物的禁带宽度是可行的。

原子层沉积系统设计的研究

本文介绍作者自行设计的原子层沉积(ALD)实验系统和所沉积薄膜的检测结果。为了研究ALD技术,作者设计了一套试验性的ALD沉积系统。该系统主要由反应腔、前驱体容器、真空泵、控制系统等部件构成。两个前驱体容器带有加热装置,支持气体或液体前驱体。前驱体、反应腔的温度,沉积过程中气体的交替,以及各种参数都可以设定,并由控制系统自动控制。在系统测试中,使用Al2(CH3)3和H2O作为前驱体,在含有Si-H键的Si基片上沉积Al2O3高k介质薄膜。使用电子探针分析仪分析薄膜成分后,证实了所沉积的薄膜是Al2O3。使用XPS分析薄膜表面时只检测到Al,O元素,没有检测到Si元素,说明Al2O3薄膜是连续的,完整地覆盖了Si表面。使用X射线光电子谱检测元素面分布的结果显示,Al,O在Si上的分布具有较好均一性,表明Al2O3薄膜的均匀性良好。使用电子束照射已沉积Al2O3的Si基片时,发现有大量电子累积在薄膜表面,说明所沉积的Al2O3具有良好的介电性。