辉光放电辅助激光沉积（２００）－ＭｇＯ／Ｓｉ薄膜地研究.pdfVIP

第十届全国电子柬离子束光子束学术年会 辉光放电辅助激光沉积 (200)一MgO／Si薄膜的研究 符晓荣．黄继颇。多瓤中，林成鲁 (中国科学院上海冶金所信息功能材料国家重点实验室，上海200050) 薄膜。实验表晴，辅助以辉光放电可以明显地提高沉积速率和降低合成温度。同时，用X射 关键词：氧化镁；脉冲激光沉积；薄膜 l 引言 最近M阳薄膜作为制备高温超导体和铁电薄膜的稳定阻挡层引起了人们广泛的兴 趣(t,23。因为在制备高性能的集成器件过程中，首先必须在半导体(主要是Si和GaAs上制备 高质量的铁电或超导薄膜。但是由于铁电(或超导)材料与半导体材料在物理化学性质上存在 很大的差别，直接将铁电(或超导)薄膜沿积在半导体衬底上会出现许多问题，诸如互扩散反 应，晶格失配以及铁电(或超导)内部产生的大量位错都会影响铁电(或超导)的性能。MgO属 性和绝缘性。MgO与常用半导体衬底材料Si、电极材料Pt以及铁电和超导材料的晶格常数 等关键性质很接近，是一种非常优良村底材料。同时考虑到与现有半导体集成电路的平面工 艺相适应，人们引入了阻挡层材料；以缓解两者晶格常数和热膨胀系数差异的梯度，同时阻挡 YBazCu307r1Jo；又如在Mgo(111)薄膜上可以外延生长出性能优良的铁电薄膜【4’“。 MgO薄膜的制备方法很多，其中PLD工艺过程简单、生长速率快、组份比容易控制，因而 这种技术成为制各MgO薄膜最好的方法之一L51j。本文采用辉光放电辅助激光沉积技术， 在200℃即得到具有(200)取向的MgO薄膜。 2实验 采用ArE脉冲准分子激光器(LamdaPhyslk 角入射到金属Mg靶上。在现有系统上，在靶和村底之间增加了一个辉光放电环。放电环直 ——437 湖南·长沙 硅片为衬底。在MgO沉积时，先用机械泵抽真空至101Pa，然后加热衬底，温度设定在室温 子力显微镜(。心M)观察。 3结果与讨论 实验发现辉光放电辅助对激光沉积MgO薄膜有很大影响(见圈1)。其中，ST为衬底加热 论有还是没有辉光发电辅助，都能得到(200)择优取向的MgO薄膜。但在有辉光放电辅助的 情况下，MgO薄膜的(200)强度明显强于没有辉光放电情况下的，说明辉光辅助有助于MgO 薄膜的生长。当沉积温度降为200℃时，对激光沉积MgO薄膜结构的影响也非常显著。有辉 光放电时，可以得到(200)取向的Mgo薄膜，但没有辉光放电辅助沉积时，根本无法得到MgO 薄膜，这比现有文献报道的采用PLD法沉积MgO薄膜的温度低。辉光放电可以描述成一个 与低压和低温气体相关的区域。一定程度准中性的离子被具有一定能量的电子所保持。电子 可以聚集足够的动能，所以在碰撞过程中产生激发态和离子态的可能性极大，在PLD辉光放 电辅助沉积制备薄膜过程中，产生的等离子体的作用有两个，即加速沉积速率和改变生长机 理。在有辉光放电时，会有更多的活性氧离子与M_g反应，可明显增加薄膜的沉积速率。 另外，本文还研究了低温沉积条件(200℃)下辉光辅助下的沉积情况，此时P岛皆为2Pa。 从图2的XRD结果看，沉积MgO薄膜与激光能量有很大关系。激光能量高，薄膜的也就越容 易反应沉积。在辉光放电情况下，130fro的激光能量很适宜Mgo薄膜的生长，当能量降至 100n订，薄膜的结晶质量变得很差。而没有辉光放电，激光能裁为100m,l时，根据就不姥得到 MgO薄膜。 一一JL ，，。。。。．。． ^ 1∞“dcddm· 一———，^ ¨¨·“m_m●～√ I∞_^脯鹿d—wp ^ J