Estudio comparativo de películas de aln crecidas por erosión iónica dc pulsada

Abstract

The purpose of this work focused on evaluating the structure and composition of AlN thin films deposited on Si (100), Si (111), sapphire and glass substrates. For this purpose, AlN thin films were deposited by the technique of pulsed dc sputtering, with powers in the range of 60-100 W, with 1 microsecond, 2 and 3 microseconds reverse time and times of deposition in the range of 35 to 180 minutes. Characterization and comparison of the materials obtained was carried out through various techniques. Their structure was analyzed by x-ray diffraction (XRD) using CuK radiation, and it was found that films grown on glass at 90 W power and with 20 hours under vacuum previous to deposition showed better crystallization and preferential orientation than film grown at other conditions. Surface characterization by x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) showed that the samples are easily contaminated with oxygen and other components that are harmful for crystallization of the desired material and for preferential orientation. Oxygen concentrations were found between 25 and 40 atomic % for some samples, which hinders adequate growth. With energy dispersive spectroscopy (EDS) measurements reduction was found in the amount of oxygen present for samples grown at 80, 90 and 100 W with prior vacuum time of 20 hours. Thickness measurements were made for the series of samples grown, and values between 70 and 1150 nm were obtained. The samples showed a nonlinear increase in thickness with sputtering power during growth.

El propósito de este trabajo se centró en evaluar la estructura y composición de películas delgadas de AlN depositadas sobre substratos de Si(100), Si(111), zafiro y vidrio. Para ello fueron elaboradas películas delgadas de AlN por la técnica de erosión iónica (“sputtering”) dc pulsada, con potencias en el rango de 60 a 100 W, con 1 μseg, 2 μseg y 3 μseg de tiempo reverso y con tiempos de deposición en el rango de 35 a 180 minutos. La caracterización y comparación de los materiales obtenidos se llevó a cabo mediante varias técnicas. Su estructura fue analizada por difracción de rayos X (XRD) usando radiación CuK, encontrándose que las películas crecidas sobre vidrio con 90 W de potencia y con un vacío previo de 20 horas mostraron mejor cristalización y orientación preferencial que películas crecidas a condiciones distintas. En medidas de caracterización superficial por espectroscopía de fototelectrones (XPS) se encontró que las muestras son contaminadas fácilmente con oxígeno y otros componentes que son perjudiciales para lograr cristalización del material deseado y una orientación cristalina preferencial. Se encontraron concentraciones atómicas de oxígeno entre 25 y 40 % para algunas muestras, con lo cual se dificulta el crecimiento del material. Con medidas de espectroscopía de dispersión de energía (EDS) se encontró una disminución en la cantidad de oxígeno presente en muestras crecidas a 80, 90 y 100 W con tiempos de vacío previo de 20 horas. Se hicieron medidas de espesor para la serie de muestras crecidas, obteniéndose valores entre 70 y 1150 nm. Las muestras presentaron un aumento no lineal en el espesor al aumentarse la potencia de la erosión iónica durante la deposición.