BN薄膜的殘余壓縮應(yīng)力研究及紫外光響應(yīng)的初步探索.pdf

1、立方氮化硼(cBN)薄膜擁有十分好的物理化學(xué)性能，與金剛石薄膜相比較，溫度低于1373K時(shí)不會與鐵系金屬材料反應(yīng)，同時(shí)具有寬帶隙(6.4eV)、高的擊穿電場強(qiáng)度、低的介電常數(shù)，較易實(shí)現(xiàn)p/n型摻雜、靈敏的紫外光響應(yīng)，使得其在力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)等領(lǐng)域具有十分誘人的應(yīng)用前景。這些應(yīng)用的前提是要制備出優(yōu)質(zhì)的cBN薄膜，但是，目前cBN薄膜的制備技術(shù)無一例外地都需要荷能粒子轟擊薄膜，這往往使得薄膜中的殘余應(yīng)力過大，薄膜容易從襯底上脫落。更為重要的

2、是，殘余壓應(yīng)力的形成與cBN形核、生長過程密切相關(guān)，所以研究殘余應(yīng)力具有重要的意義。因此，本文主要研究cBN薄膜的殘余應(yīng)力對紅外吸收光譜的作用規(guī)律和引起殘余應(yīng)力的起因。此外，我們還對cBN薄膜的紫外光電響應(yīng)做了簡單的分析探索，成果如下:
　　(1)發(fā)現(xiàn)了評估cBN薄膜中殘余應(yīng)力的更為科學(xué)的方法。我們結(jié)合第一性原理計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了:殘余壓應(yīng)力的存在會使薄膜中六方氮化硼(hBN)的B-N-B間的彎曲振動（780cm-1附近）隨著殘

3、余壓應(yīng)力的增加而以-3.45cm-1/GPa進(jìn)行位移。通過對比得到:用780cm-1處紅外吸收峰位移來估算殘余應(yīng)力比傳統(tǒng)的用cBN吸收峰（1080cmq附近）來估算殘余應(yīng)力更為準(zhǔn)確。
　　(2)研究了cBN薄膜存在殘余壓縮應(yīng)力的起因。通過公式推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)論證了:cBN制備過程中引入的間隙氬原子是引起薄膜中的殘余壓縮應(yīng)力的主要原因，間隙氬原子同時(shí)使cBN晶體的自由度下降，從而抑制了cBN紅外吸收峰的強(qiáng)度，合理地解釋了cBN紅外吸收強(qiáng)度