立方氮化硼薄膜的制备与表征 薄膜物理/技术在基础研究和应用研究两方面都有很重要的意义,因为:1) 各种材料的薄膜(两维体系)往往都表现出与其体材料(三维体系)不同的性质 2)实际中的很多应用(如光学薄膜、各种保护膜等)往往只对材料表面的性质 有要求(通过镀膜即可实现)。薄膜物理/技术的研究对象是薄膜、衬底和它们 之间的界面,主要内容包括能满足特定需要的镀膜设备的构建、镀膜过程的控制 和薄膜性能的表征等。 立方氮化硼是硬度仅次于金刚石的超硬材料,因其特殊的物理化学性能,有 非常广泛的应用前景。近年来,人们对立方氮化硼薄膜进行了大量的深入研究, 也取得了不少可喜的进展;但由于薄膜的稳定性等原因,人们期盼的大面积的应 用仍未实现。 由于立方氮化硼薄膜生长对实验参数有很严格的要求,薄膜的表征又需要有 若干相关的表面分析的基础知识,本实验旨在让学生通过实验准备及随后的实际 操作过程中可以深入地了解和掌握下列相关知识和技术:高真空技术,等离子体 物理,薄膜制备与监控,离子与固体表面的相互作用和表面分析等,从而拓展自 己的知识面,培养对有关工作兴趣,并为将来的研究工作打下较好的基础。 背景知识 立方氮化硼(c-BN)是一种人工合成的强度仅次于金刚石的Ⅲ-V族化合物 半导体材料,具有宽带隙、低介电常数、髙化学稳定性(优于金刚石)、耐高温 耐腐蚀等诸多优异性能,此外相比于金刚石,c-BN还具有可进行p型和n型掺 杂等优点,因此c-BN在力学、热学及电子学等方面都有着广泛的应用前景 1.1立方氮化硼简介 1.1.1氮化硼的结构 与碳相类似,氮化硼既有软的六角的sp2杂化结构又有硬的类金刚石的sp3 杂化结构。其四种相结构分别是与金刚石的闪锌矿结构对应的立方氮化硼 (c-BN),与六角石墨对应的六角氮化硼(h-BN),与三方菱面体结构的石墨对应 的菱形氮化硼(r-BN)和与六方金刚石对应的纤锌矿氮化硼(wBN),如图1.1 所示。其中sp2杂化的hN和sp3杂化的cBN为稳定态结构,而sp2杂化的r-BN 和sp3杂化的w-BN为非稳定结构。立方氮化硼薄膜的制备与表征 薄膜物理/技术在基础研究和应用研究两方面都有很重要的意义，因为：1） 各种材料的薄膜（两维体系）往往都表现出与其体材料（三维体系）不同的性质； 2）实际中的很多应用（如光学薄膜、各种保护膜等）往往只对材料表面的性质 有要求（通过镀膜即可实现）。薄膜物理/技术的研究对象是薄膜、衬底和它们 之间的界面，主要内容包括能满足特定需要的镀膜设备的构建、镀膜过程的控制 和薄膜性能的表征等。 立方氮化硼是硬度仅次于金刚石的超硬材料，因其特殊的物理化学性能，有 非常广泛的应用前景。近年来，人们对立方氮化硼薄膜进行了大量的深入研究， 也取得了不少可喜的进展；但由于薄膜的稳定性等原因，人们期盼的大面积的应 用仍未实现。 由于立方氮化硼薄膜生长对实验参数有很严格的要求，薄膜的表征又需要有 若干相关的表面分析的基础知识，本实验旨在让学生通过实验准备及随后的实际 操作过程中可以深入地了解和掌握下列相关知识和技术：高真空技术，等离子体 物理，薄膜制备与监控，离子与固体表面的相互作用和表面分析等，从而拓展自 己的知识面，培养对有关工作兴趣，并为将来的研究工作打下较好的基础。 一、背景知识 立方氮化硼（c-BN）是一种人工合成的强度仅次于金刚石的Ⅲ-Ⅴ族化合物 半导体材料，具有宽带隙、低介电常数、高化学稳定性（优于金刚石）、耐高温 耐腐蚀等诸多优异性能，此外相比于金刚石，c-BN 还具有可进行 p 型和 n 型掺 杂等优点，因此 c-BN 在力学、热学及电子学等方面都有着广泛的应用前景。 1.1 立方氮化硼简介 1.1.1 氮化硼的结构 与碳相类似，氮化硼既有软的六角的 sp 2 杂化结构又有硬的类金刚石的 sp 3 杂化结构。其四种相结构分别是与金刚石的闪锌矿结构对应的立方氮化硼 （c-BN），与六角石墨对应的六角氮化硼（h-BN），与三方菱面体结构的石墨对应 的菱形氮化硼（r-BN）和与六方金刚石对应的纤锌矿氮化硼（w-BN），如图 1.1 所示。其中 sp 2杂化的 h-BN 和 sp 3杂化的 c-BN 为稳定态结构，而 sp 2杂化的 r-BN 和 sp 3杂化的 w-BN 为非稳定结构