第12期 罗庆洪等：退火对ACN非晶薄膜结构及力学性能的影响 ·1577° 约为10°.沉积态ACGN薄膜样品截面透射电镜 图5(b快速傅里叶变换谱，进一步证实薄膜的非晶 分析结果与A!C4N相似. 结构.其他各层的界面与之类似.图5(9为膜基 图5为经1000C退火后A!G4N3薄膜截面透 界面B处的高分辨像.与沉积态不同，在膜基界面 射电镜照片.从明场像（图5(9）可以看出，与沉积 处，S基体没有出现应变层，说明退火能有效地释 态不同，1000℃退火态的AyC,N薄膜出现了明显 放出膜基界面处的应力.以上结果表明，1000℃退 的分层（四层），层间的界线不很平直，但大体和薄 火后，低A含量A膜虽然出现了分层现象， 膜的表面平行.图5(b为界面A处的高分辨像，层 但没有改变其非晶结构特征，分层可能与各层间短 间界面隐约可见，但两层均为非晶结构.图5(d为 程有序的方向不一致有关2-. @ ACN薄题 胶区 pl 基体 100nm 5 图5经1000℃退火后ACN,薄膜藏面透射电镜照片.（号明场像：（和(9分别为（中A和B处的高分辨像：（傅里叶变换 Fg5 Cross secti知TBM血您sofA!C4N,f血aneaed at1000℃：（利brghtfiek血(，(9hEou知ma率es ofA and B感ms F(:(d Fourier transom 沿垂直表面方向，在经1000C退火后的A!CN 图6为经1000℃退火后A女C薄膜截面透 薄膜的截面方向上取四个等间距区域（如图5（马中 射电镜照片.从明场像（图6(）可以看出，经 P1、2.3和4)，分别作TEM-DS能谱面扫描分 1000℃C退火后的AC没有明显的分层现象. 析，所得结果列于表1.从表1可以看出，N的原子 图6(b和(9分别为图6（中AB处的高分辨 分数由沉积态的13%降到退火态的1.65%~ 像，可以看出1000℃退火后ACN薄膜内形成 3.27%.同时，的含量由内向外降低.其原因可能 了纳米晶粒.经测量，晶体的{100}晶面间距为≈ 为，在1000℃退火过程中，A!Cg4薄膜中N原子 026四与六方AN晶体晶面吻合.经计算，AN 存在扩散现象'，扩散现象可能是薄膜分层的主要 晶粒的晶格常数-0305四与RD分析结果一 原因之一.随着薄膜垂直深度的增加，○含量基本 致.对比图6(b,和(9，可以看出近表面处薄膜中 不变 (图6(b,)的纳米晶比薄膜内部（图6(9）的密度 表11000℃退火态A小C4N薄膜样品不同深度的原子分数 和晶粒尺寸大.图6(4和(9分别为图6(b和(9 Tab 1 Compositin ofA]CN fim smples annen kd at 1000C 中所选区域的傅里叶变换，从图中也可以看出， at different depths % A为C薄膜表面处的晶粒尺寸和密度比膜基界 取样点 C N Al 面处的晶粒尺寸和密度大.图6(9中，膜基界面 八 87.45 1.65 7.99 291 处S基体没有晶格畸变现象，再次说明退火能够释 P2 87.27 1.95 7.84 294 放A薄膜膜基界面的内应力.以上结果表明 P3 8650 307 7.95 248 1000C退火后，高A含量AN薄膜出现了结晶现 4 8688 327 7.44 241 象，形成了非晶包裹A纳米晶的纳米复合结构，第 12期 罗庆洪等:退火对 AlCN非晶薄膜结构及力学性能的影响 约为 10°.沉积态 Al32C43 N25薄膜样品截面透射电镜 分析结果与 Al3C84 N13相似 . 图 5为经 1 000 ℃退火后 Al3 C84 N13薄膜截面透 射电镜照片 .从明场像 (图 5( a) )可以看出, 与沉积 态不同, 1 000 ℃退火态的 Al3 C84N13薄膜出现了明显 的分层 (四层 ), 层间的界线不很平直, 但大体和薄 膜的表面平行.图 5( b)为界面 A处的高分辨像, 层 间界面隐约可见, 但两层均为非晶结构.图 5( d)为 图 5( b)快速傅里叶变换谱, 进一步证实薄膜的非晶 结构 .其他各层的界面与之类似 .图 5 ( c)为膜 /基 界面 B处的高分辨像.与沉积态不同, 在膜 /基界面 处, Si基体没有出现应变层, 说明退火能有效地释 放出膜 /基界面处的应力 .以上结果表明, 1 000℃退 火后, 低 Al含量 AlCN薄膜虽然出现了分层现象, 但没有改变其非晶结构特征, 分层可能与各层间短 程有序的方向不一致有关 [ 12--13] . 图 5 经 1 000℃退火后 Al3C84N13薄膜截面透射电镜照片.( a)明场像;( b)和 (c)分别为( a)中 A和 B处的高分辨像;( d)傅里叶变换 Fig.5 Cross-sectionTEMimagesofAl3C84N13 filmannealedat1000℃:(a) bright-fieldimage;( b), ( c) highresolutionimagesofAandBregions inFig.( a) ;( d) Fouriertransform 沿垂直表面方向,在经 1000℃退火后的 Al3C84 N13 薄膜的截面方向上取四个等间距区域 (如图 5( a)中 p1、p2、p3和 p4), 分别作 TEM-EDS能谱面扫描分 析, 所得结果列于表 1.从表 1 可以看出, N的原子 分数由沉积态 的 13%降到 退火态 的 1.65% ～ 3.27%.同时, N的含量由内向外降低.其原因可能 为, 在 1 000 ℃退火过程中, Al3 C84 N13薄膜中 N原子 存在扩散现象 [ 14] , 扩散现象可能是薄膜分层的主要 原因之一.随着薄膜垂直深度的增加, O含量基本 不变. 表 1 1 000℃退火态 Al3 C84N13薄膜样品不同深度的原子分数 Table1 CompositionofAl3 C84 N13 filmsamplesannealedat1 000 ℃ atdifferentdepths % 取样点 C N O Al p1 87.45 1.65 7.99 2.91 p2 87.27 1.95 7.84 2.94 p3 86.50 3.07 7.95 2.48 p4 86.88 3.27 7.44 2.41 图 6为经 1 000 ℃退火后 Al32 C43 N25薄膜截面透 射电镜照片 .从明场像 (图 6 ( a) ) 可以看出, 经 1 000 ℃退火后的 Al32 C43 N25没有明显的分层现象. 图 6( b)和 ( c) 分别为图 6 ( a)中 A、 B处的高分辨 像, 可以看出 1 000 ℃退火后 Al32 C43 N25薄膜内形成 了纳米晶粒.经测量, 晶体的 {100}晶面间距为 a≈ 0.26 nm, 与六方 AlN晶体晶面吻合.经计算, AlN 晶粒的晶格常数 a=0.305 nm, 与 XRD分析结果一 致.对比图 6( b)和 ( c), 可以看出近表面处薄膜中 (图 6( b) )的纳米晶比薄膜内部 (图 6( c) ) 的密度 和晶粒尺寸大 .图 6( d)和 ( e)分别为图 6( b)和 ( c) 中所选区域的傅里叶变换, 从图中也可以看出, Al32 C43 N25薄膜表面处的晶粒尺寸和密度比膜基界 面处的晶粒尺寸和密度大.图 6 ( c) 中, 膜 /基界面 处 Si基体没有晶格畸变现象, 再次说明退火能够释 放 AlCN薄膜膜 /基界面的内应力 .以上结果表明, 1 000 ℃退火后, 高 Al含量 AlCN薄膜出现了结晶现 象, 形成了非晶包裹 AlN纳米晶的纳米复合结构, · 1577·