為了揭示Al-C-N 非晶薄膜的結構、導電性以及它們之間的關系,本文采用非平衡磁控濺射沉積技術在Si (100) 基體上沉積得到了不同Al 含量的Al-C-N 薄膜。使用X射線光電子能譜儀、X射線衍射和高分辨透射電鏡研究了所制備薄膜的相組成和微觀結構。采用四引線法測定了薄膜電阻率- 溫度關系和霍爾電阻率2磁場關系。實驗結果表明,所制備薄膜為非晶結構,結構致密,沒有明顯的缺陷,薄膜中主要的化學鍵為C-N ,C-C 和Al-N 鍵。薄膜的成分對其導電性能有著明顯的影響,當Al 含量較低時,Al-C-N 薄膜為p 型半導體;當Al 含量較高時薄膜轉變為絕緣體。

　　由于β-C3N4 具有優越的晶體結構,硬度預期可超過金剛石,因此在近二十年來受到了相當的關注。另一方面,N 加入碳膜提高了石墨化溫度,還具有半導體或高阻特性 , 因此碳氮(CNx) 薄膜近年來也逐步得到了人們的重視。同時,AlN 薄膜材料具有大禁帶寬度、高熱傳導率系數、較高硬度、良好的化學穩定性,以及在半導體、光電和壓電性能方面的獨特性質,在光電子器件和微電子器件上具有不可估量的應用潛力。

　　Al-C-N 三元薄膜有可能結合CN 和AlN 薄膜的優點,在保持高硬度、高熱傳導性和良好化學穩定性的同時,可通過控制薄膜中的Al 含量實現Al-C-N三元薄膜帶隙寬度連續可調。一般認為,Al-C-N 薄膜主要含有C-N ,Al-C ,Al-N 等鍵,有較好的熱穩定性(大于600 ℃) ,與Al 摻雜類金剛石薄膜有很大的區別 。雖然近年來Al2C2N 三元薄膜得到了一定的研究,但其成分、結構與電子學等特性關系的研究亟待進行。

　　反應磁控濺射法由于具有沉積速率高和可控參數多等優點已成為當前制備多組元薄膜最主要的方法。本實驗結合反應磁控濺射高速率和中頻濺射高效率的優點,通過改變濺射時鋁靶和碳靶電流,大范圍地調制Al 和C 的含量,在單晶Si (100) 基體上制備出具有不同Al 和C 含量的單層Al-C-N 薄膜樣品。研究C 和Al 的含量對Al-C-N 薄膜結構和電學性能方面的影響及其規律,以期獲得Al-C-N 薄膜導電特性與結構之間的關系。

3、結論

　　采用四靶中頻非平衡磁控濺射沉積工藝,通過調節鋁靶和碳靶的濺射電流在Si (100) 基體上制備得到不同Al 含量的Al-C-N 薄膜。結果顯示:

　　(1) 所制備薄膜為非晶結構,結構致密,沒有明顯的缺陷,薄膜中主要的化學鍵為C —N ,C —C 和Al —N 鍵。

　　(2) 薄膜的成分對其導電性能有著明顯的影響,當Al 含量較低時,Al-C-N 薄膜為p 型半導體;當Al含量較高時薄膜轉變為絕緣體。

　　(3)Al₃C₈₄N₁₃ ,Al₇C₇₉N₁₄ ,Al13C71N16和Al19C61N204種薄膜的帶隙值大約分別為1.41 , 2.33 , 6.75 和16.6 eV。300K溫度時,隨著Al 含量的增加,霍爾系數增大。Al3C84N13樣品在低溫時,霍爾系數幾乎不變,當溫度達到280 K后霍爾系數明顯的增大。