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本文报道了利用等离子源体分子束外延(PSMBE)对6H-SiC（0001）衬底上生长的AlN薄膜晶体质量的影响，我们了解了AlN在不同温度下在PSMBE系统中的生长机制。

AlN薄膜的沉积是利用我们实验室开发的一种独特的技术，即等离子体源分子束外延(PSMBE)来完成的，一种高纯氩气和氮气的混合物被供应到中空阴极，其中形成了由高能铝、氩气和氮气组成的等离子体，能量在1eV左右的+和N的+离子留下空心阴极源，由于施加在衬底上的负偏差，进一步加速了这个通量。

AlN薄膜在440℃、500℃、560℃、640℃和800℃下生长，衬底偏置电压为-15eV，这是我们的PSMBE系统的最佳电压，通过压电厚度监测器测量，所有薄膜的厚度都约为2000a。用反射高能电子衍射(RHEED)和原子力显微镜(AFM)、x射线衍射(XRD)和光学反射率对薄膜进行了原位表征，AFM表征是使用数字仪器纳米镜III与标准氮化硅针尖进行的，在scintagX1θ-θ衍射仪中对薄膜进行了XRD表征，样品被支撑在一个零背景的石英板上，

对于电测量，Pt电极沉积在磁磁控溅射系统中，在500℃生长的样品上，毯子电极沉积在碳化硅衬底的底表面，直径为1毫米的顶部圆形接触通过硬掩模沉积在薄膜表面，使用HP4192ALF阻抗分析仪在1MHz频率下进行C-V表征。I-V测量是在带有直流电压源的HP4140B皮安表上进行的，一个加热的卡盘被用来达到高达300摄氏度的温度。

AFM显示在衬底表面有一些划痕，经AFM测定，较深层的划痕深度约为2nm，在850℃下持续1小时的脱气过程后，对6H-SiC底物的RHEED研究给出了条纹图案，这表明有梯田和台阶的表面相对光滑。在640℃沉积的薄膜的RHEED图案由圆点组成，表明表面粗糙，是由于表面粗糙的传递，而不是表面反射

图1

图1显示了在500℃、640℃和800℃下生长的薄膜的AFM图像和RHEED模式,在640℃下生长的薄膜在所有薄膜中具有最大的粗糙度和最大的基底特征,在低于640℃的温度下生长的薄膜具有与500℃的薄膜具有非常相似的小表面特征,沉积在800℃下的薄膜表现出异常的形状特征,从表面分析中可以得出结论，在640℃左右，生长机制发生了变化。

关于碳化硅峰值的摇摆扫描表明衬底不是单晶，通常包含约4度的扩散。在晶片的另一块碎片的6H-SiC峰附近的摇摆曲线，说明了一个错误的切割，大于指定的一个，以及较宽的方向扩展。除了在摇摆扫描中看到的强晶体峰外，碳化硅的相当一部分强度是扩散的，由于这种弥漫性的“光晕”，我们无法最终确定我们是否观察到了AlN峰。

图3

图3显示了在180~800nm波长间隔内的所有5种薄膜的光反射率测量值,所有的反射率曲线都有一个较大的峰,在209-230nm的时间间隔内，这取决于生长温度,在低于640℃温度下生长的薄膜在209-216nm范围内的峰值反射率为37-40%，在较低波长的反射率下降，可能是由于AlN带隙的吸收。在高质量的AlN中，吸收应发生在200nm左右，对应于能量为6.2eV,在较低温度下生长的薄膜的吸收由于生长的紧张而转移到较低的波长,在生长640℃或更高的温度下，观察到吸收向200nm移动，据我们所知，这是由于生长模式的变化导致薄膜中的应变弛豫,这一结论与上面所讨论的表面分析数据相一致。

我们认为，其他样品的接触短路是由于在光学显微镜下可见的衬底表面的小晶体引起的,这是基底表面质量对器件结构性能的关键影响的一个例子,在室温和300℃下均观察到一个较小的磁滞回线，这表明了捕获中心的存在,C-V曲线的另一个特征是在室温和300℃时存在一个肩,然而，在300℃时，这个肩向较低的电压移动。

最后系统地研究了沉积温度对AlN结晶质量的影响，RHEED和AFM的表面分析表明，在640℃左右，生长模式由伪形变为三维，高于640摄氏度的温度往往会使薄膜更光滑，由于碳化硅峰的高扩散强度，XRD扫描不能最终确定在2θ=36o处的高强度是由于AlN峰，光反射率测量显示，随着薄膜沉积温度的增加，吸收向200nm移动，在500℃沉积的薄膜的电测量表明，Pt/AlN接触为肖特基，C-V测量结果显示，在室温和300℃下都有一个较小的磁滞回线，在300℃下的C-V曲线向较低的负电压移动。