不同磁控濺射方式制備的C摻雜h-BN薄膜微觀結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電性研究

姜思宇，熊 芬，吳 雋，祝柏林，郭才勝，姚亞剛，甘章華，劉 靜

(1.武漢科技大學(xué)，省部共建耐火材料與冶金國家重點實驗室，武漢 430081；2.中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所，蘇州 215123)

1 引 言

作為一種物理化學(xué)性質(zhì)優(yōu)良的寬禁帶(5.97 eV)[1]Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料，六方氮化硼(h-BN)具有介電常數(shù)低、導(dǎo)熱性和電絕緣性能優(yōu)良等性質(zhì)[2]。通過摻入C[3]、Si[4]或Be[5]、Mg[6]等元素更可實現(xiàn)n型或p型摻雜，在深紫外光探測器件以及柵極絕緣材料等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景[7]。其中，由于石墨與h-BN在結(jié)構(gòu)上極為相似，碳原子可以被摻雜進h-BN晶格替代部分硼或者氮原子而成為優(yōu)良的半導(dǎo)體材料[8]。理論計算與實驗研究均表明：摻雜C的h-BN(h-BN∶C)薄膜可結(jié)合石墨與氮化硼的特性，具有耐磨、耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)良點。此外，由于帶隙可調(diào)的特性，h-BN∶C薄膜在電學(xué)、光學(xué)等領(lǐng)域也有著十分廣泛的應(yīng)用前景[9]。

化學(xué)氣相沉積(CVD)是目前制備BN薄膜的最常見方法之一。早在1993年，Smeets等即采用CVD法利用B2H6與N2制備出表面粗糙呈花椰菜狀的BN薄膜[10]。近年來，許多學(xué)者采用CVD及其衍生方法在1000 ℃左右生長出了h-BN[11]和BCN[12]等薄膜。由于CVD方法存在制備溫度高、生長時間長等工藝上的不足，且通常用作硼源前驅(qū)體的硼烷具有較大毒性。因此物理氣相沉積(PVD)方法，如脈沖激光沉積[13]、離子束輔助沉積[14]、直流(DC)與射頻(RF)磁控濺射[15]等，成為一種安全而便捷的制備BN薄膜的優(yōu)選方法之一。中頻雙極脈沖(IFBP)磁控濺射是一種較新穎的PVD沉積方法，相比其它磁控濺射方法，IFBP可以消除因靶中毒產(chǎn)生的電弧問題，且具有較快的沉積速率[16-17]。學(xué)者采用IFBP方法成功制備了具有層狀結(jié)構(gòu)的TiO薄膜[18]和低應(yīng)力的Cu薄膜[19]，Tsai等采用脈沖直流磁控濺射法制備出了含量達82%的立方氮化硼(c-BN)[20]。因此，IFBP磁控濺射在薄膜制備領(lǐng)域中存在較廣泛的應(yīng)用前景和潛力。

鑒于IFBP磁控濺射以及作為最典型PVD之一的RF磁控濺射的一系列優(yōu)點，本文分別使用IFBP和RF磁控濺射法沉積制備 h-BN∶C薄膜，然后在95%Ar+5%H2混合氣氛中于700 ℃進行退火處理。對比研究不同濺射沉積方法制備的h-BN∶C薄膜的顯微結(jié)構(gòu)、表面形貌、化學(xué)組成以及各元素的化學(xué)態(tài)，同時研究退火處理的影響。在此基礎(chǔ)上采用典型兩探針法對其導(dǎo)電性進行表征，并對有關(guān)結(jié)果進行解析和討論。

2 實 驗

2.1 h-BN∶C薄膜的制備

圖1 IFBP電源波形示意圖 Fig.1 Schematic diagram of the waveform of IFBP power source

采用FJL500型高真空多功能磁控濺射儀濺射沉積薄膜。RF電源為中國科學(xué)院電子研究所產(chǎn)，最大功率和頻率分別為500 W和13.56 MHz；IFBP電源為北京精益達明電子科技公司產(chǎn)，最大輸出功率、頻率及占空比分別為1000 W、40 kHz和50%，其工作時的波形圖如圖1所示。靶材為直徑60 mm的摻雜單質(zhì)石墨的h-BN熱壓靶(廠家直購，h-BN與石墨質(zhì)量比約為2∶1)。基底為單面拋光硅(Si)片。沉積前，將Si基片依次置于清洗液、無水乙醇、HPM(VHCl∶VH2O2∶VH2O=1∶2∶4)溶液以及丙酮中分別用超聲波清洗15 min以去除基底表面氧化和污染。將清洗干凈并吹干的Si基底放入濺射室后，調(diào)節(jié)靶材與Si基底間距離至48 cm并固定，抽真空使本底真空度達到8.0×10-4Pa。濺射氣氛為高純(99.999%)氬氣、氮氣和氫氣的混合氣氛，流量分別控制在42sccm、12sccm和6sccm，總濺射氣壓維持在1.0 Pa左右；濺射沉積時，根據(jù)相關(guān)文獻及之前的實驗研究[21]，確立本實驗中制備h-BN最佳的濺射功率、沉積時間和基底溫度分別為200 W、90 min和室溫。沉積后，將部分樣品放入管式爐中于700 ℃進行退火處理，升降溫速度均為10 ℃/min，保溫時間為45 min，退火氣氛為95%高純(99.999%) Ar+5%高純(99.999%)H2的混合氣氛。

2.2 h-BN∶C薄膜的表征

采用日本Horiba公司所產(chǎn)的LABRAM HR型顯微拉曼光譜儀對薄膜結(jié)構(gòu)進行分析，以波長532 nm的激光作為激發(fā)光源，激光功率為10 mW左右；采用X’pert PRO MPD型X射線衍射儀進行結(jié)晶度與相結(jié)構(gòu)分析；利用日本島津(Kratos)公司產(chǎn)Axis Ultra DLD-600W型X射線光電子能譜儀(XPS)對h-BN薄膜樣品元素成分進行XPS分析，其中X射線源為Al Kα(1486.6 eV)；采用美國Agilent Technologies產(chǎn)5500型原子力顯微鏡(AFM)對h-BN∶C薄膜表面形貌進行表征并對薄膜表面粗糙度進行測量；采用典型兩探針法對薄膜的導(dǎo)電性進行表征。

3 結(jié)果與討論

3.1 h-BN∶C薄膜結(jié)構(gòu)分析

圖2 摻雜石墨C的h-BN靶和不同濺射方法制備沉積態(tài)與退火態(tài)h-BN∶C薄膜的拉曼光譜 Fig.2 Raman spectra of the C doped h-BN target and the as-deposited and post-annealed h-BN∶C films prepared by different sputtering methods

兩種濺射方法制備的沉積態(tài)和經(jīng)45 min退火后的退火態(tài)h-BN∶C薄膜的拉曼譜如圖2所示，插圖為摻雜單質(zhì)石墨C的h-BN靶的拉曼譜。由靶的拉曼譜可知摻雜單質(zhì)石墨C的h-BN靶在1366 cm-1和1585 cm-1附近出現(xiàn)了兩個拉曼峰。其中位于1366 cm-1左右的拉曼峰為h-BN的E2g特征峰[22]，該峰強度高且尖銳，說明h-BN結(jié)晶性好；位于1585 cm-1附近的拉曼峰則對應(yīng)sp2雜化碳的石墨(G)峰[23]，該峰強度較弱而且半高寬較大，表明碳可能呈無定形態(tài)。與靶相似，所有薄膜的拉曼譜中也均存在兩個分別位于1366 cm-1左右與h-BN的E2g特征峰對應(yīng)以及位于1585 cm-1附近與石墨C的G峰對應(yīng)的拉曼峰，表明h-BN∶C薄膜中存在h-BN和sp2雜化碳的石墨結(jié)構(gòu)。根據(jù)相關(guān)報道得知[24]，B、N和C之間要形成理想共價鍵需要克服較高勢壘，因而采用PVD尤其低溫下沉積的h-BN薄膜中存在大量懸掛鍵等缺陷，在空氣中極不穩(wěn)定，在潮濕的環(huán)境下極易與空氣中的氧、水蒸氣等反應(yīng)而水解。為改善沉積態(tài)h-BN薄膜的穩(wěn)定性，在濺射氣體介質(zhì)中摻入一定量(5%)氫氣，使H原子與沉積B、N原子的懸掛鍵結(jié)合，可顯著提高沉積態(tài)的h-BN的穩(wěn)定性。在后續(xù)退火處理中，H原子脫離溢出，B、N、C原子間最終形成穩(wěn)定的共價鍵。此外，拉曼譜顯示所有樣品的G峰都向高波數(shù)方向發(fā)生了偏移，這可能是由于h-BN薄膜中的摻雜C元素促進了(B-)C-N成鍵，而抑制了C芳環(huán)簇的形成[25]。對比兩種不同濺射方法沉積的h-BN∶C薄膜的拉曼峰，可明顯觀察到采用IFBP制備的樣品的拉曼峰較RF磁控濺射的強，其中IFBP制備沉積態(tài)與退火態(tài)薄膜h-BN拉曼峰半高寬分別為129 cm-1與92 cm-1，RF制備的薄膜對應(yīng)半高寬為132 cm-1與143 cm-1，表明前者制備的h-BN∶C薄膜樣品的結(jié)晶性更好。同時，對于相同濺射方法制備的h-BN∶C薄膜，退火處理后其結(jié)晶性也明顯得到了改善。IFBP與RF制備薄膜的XRD衍射圖分別如圖3(a)、(b)所示。對比h-BN與SiO2的標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片(JCPDDS 85-1068、JCPDDS 74-0201)可觀察到，在RF制備沉積態(tài)薄膜中出現(xiàn)了SiO2(103)、SiO2(123)與SiO2(213)的衍射峰，其中SiO2來自Si襯底的干擾，說明在沉積態(tài)h-BN∶C薄膜中結(jié)晶性較弱，多為無定型態(tài)，而經(jīng)過退火處理后，薄膜中出現(xiàn)了明顯的h-BN(002)強衍射峰，同時其他衍射峰強度峰減弱，結(jié)晶性得到了顯著提升；在IFBP制備的薄膜中可觀察到h-BN(101)與SiO2(103)的衍射峰，且經(jīng)過退火處理后，對應(yīng)衍射峰強度得到增強，薄膜結(jié)晶性同樣得到改善。這兩種方法制備得到的h-BN由于晶粒取向不同，固在形貌上存在較大差異，這與文中AFM表面形貌結(jié)果相一致，其中IFBP制備樣品主要為顆粒狀生長，而RF制備樣品則為明顯層狀結(jié)構(gòu)。

為進一步分析h-BN∶C薄膜的化學(xué)成分、各元素的化學(xué)價態(tài)以及化學(xué)鍵合情況，對上述薄膜進行了高分辨XPS分析。圖4(a)～(d)為各樣品的B 1s峰，通過高斯函數(shù)擬合，所有樣品的B 1s均可分解為兩個位于190.6～191.5 eV和189.9～190.6 eV的子峰。文獻報道：位于190.6～191.5 eV的子峰對應(yīng)于BN中的B 1s[26-27]；Pan和Gómez等研究發(fā)現(xiàn)BCN中的B 1s處于～191.0 eV[28-29]，而Dinescu和Perrone等則發(fā)現(xiàn)BCN中的B 1s位于～188.0 eV[30-31]；Abdul等更研究指出由于BCN薄膜中B原子生長環(huán)境和成分的差異，BCN中B 1s的結(jié)合能可在較寬范圍(188.0～191.0 eV)變化。綜上可知本研究中位于189.9～190.6 eV的子峰應(yīng)對應(yīng)于B-C-N中的B 1s。更進一步地，由于h-BN薄膜中B-N鍵結(jié)構(gòu)的特殊性，在高于B 1s主峰6.8～7.4 eV的位置會出現(xiàn)一個峰形較寬的π鍵伴峰[32]。在本實驗中，使用IFBP制備的h-BN∶C薄膜的B 1s譜中均存在明顯的π鍵伴峰，而在RF制備的h-BN∶C薄膜中則沒有發(fā)現(xiàn)，這表明IFBP方法沉積的薄膜主要為h-BN結(jié)構(gòu)，具體如圖3(a)和(b)所示。

圖3 不同濺射方法制備沉積態(tài)與退火態(tài)h-BN∶C薄膜的XRD圖譜 Fig.3 XRD patterns of the as-deposited and post-annealed h-BN∶C films prepared by different sputtering methods

圖4 不同方法制備的沉積態(tài)和退火態(tài)h-BN∶C薄膜的B 1s、N 1s和C 1sXPS譜。B 1s：(a)IFBP制備沉積態(tài)，(b)IFBP制備退火態(tài)，(c)RF制備沉積態(tài)，(d)RF制備退火態(tài)；N 1s：(e)IFBP制備沉積態(tài)，(f)IFBP制備退火態(tài)，(g)RF制備沉積態(tài)，(h)RF制備退火態(tài)；C 1s：(i)IFBP制備沉積態(tài)，(j)IFBP制備退火態(tài)，(k)RF制備沉積態(tài)，(l)RF制備退火態(tài) Fig.4 XPS of as-deposited and post-annealed h-BN∶C films prepared by different Sputtering method. B 1s:(a)as-deposited by IFBP, (b)post-annealed by IFBP, (c)as-deposited by RF, (d)post-annealed by RF; N 1s:(e)as-deposited by IFBP, (f)post-annealed by IFBP, (g)as-deposited by RF, (h)post-annealed by RF; C 1s:(i)as-deposited by IFBP, (j)post-annealed by IFBP, (k)as-deposited by RF, (l)post-annealed by RF

上述樣品的N 1s峰通過高斯函數(shù)擬合可分解為三個分別于～398.0 eV、398.6～399.5 eV和399.7～400.7 eV的子峰，具體如圖4(e)～(h)所示。根據(jù)文獻，BN中的N 1s一般位于397.3～398.7 eV[33-34]。因此，本實驗中位于398.0 eV附近的子峰對應(yīng)BN中的N 1s。Prakash和Zhou等研究認(rèn)為N=C雙鍵和N-C單鍵的N 1s一般處于～400 eV和398～399 eV[35]。據(jù)此可以認(rèn)為所有h-BN∶C薄膜中同時存在N=C雙鍵和N-C單鍵，說明C已摻入h-BN晶格并與N形成了化學(xué)鍵合。此外，通過對比還可發(fā)現(xiàn)，無論是RF還是IFBP制備的h-BN∶C薄膜，退火處理后，其N=C雙鍵所占比例均高于沉積態(tài)的。

圖4(i)～(l)為各樣品的C 1s峰及其高斯函數(shù)擬合。結(jié)果顯示：所有樣品的C 1s峰均可擬合為五個子峰，分別位于～285 eV、284.5～284.7 eV、285.4～286.6 eV、286.6～287.1 eV和288.8～289.2 eV。盡管樣品在進行XPS分析前均進行了約10秒的Ar濺射清洗以去除表面雜質(zhì)，但XPS分析時仍均以處于285 eV的C 1s為內(nèi)標(biāo)確定各峰峰位。因此，位于285 eV的C 1s也可能來自沾污C。根據(jù)文獻報道，BC3或B4C的C 1s結(jié)合能約為284.5 eV[36-37]。盡管在B 1s分析時發(fā)現(xiàn)了存在B-C-N而沒有發(fā)現(xiàn)B和C原子直接鍵合的證據(jù)，但位于284.5～284.7 eV的子峰仍可歸于C-B鍵。而位于285.4～286.6 eV和286.6～287.1 eV的子峰則可分別對應(yīng)于(sp2)C-N[33]與(sp3)C-N[38]。位于289～288 eV較高結(jié)合能的子峰主要來自污染的CO2[39]。對比發(fā)現(xiàn)IFBP法制備的沉積態(tài)h-BN∶C薄膜中的C以(sp2)C-N鍵合為主，退火后與B和N原子的鍵合增強，但沾污CO2較多，即便在95%Ar+5%H2混合氣氛中經(jīng)700 ℃退火處理45 min后仍有CO2存在；相比之下，RF制備的沉積態(tài)h-BN∶C薄膜中的沾污CO2較少，退火后基本被清除。而且退火后C也以(sp2)C-N鍵合為主，與B和N原子的鍵合也明顯增強。綜上分析可知：采用IFBP和RF兩種濺射沉積方法結(jié)合700 ℃低溫退火處理均制備出了h-BN∶C薄膜，而且C元素已經(jīng)摻入h-BN晶格中并與B和N形成了較好的化學(xué)鍵合，其中IFBP結(jié)合低溫退火處理制備的h-BN∶C薄膜中的C分布更加均勻。

圖5 h-BN∶C 的原子結(jié)構(gòu)模型圖 Fig.5 Model diagram of atomic structure of C doped h-BN films

綜合拉曼和XPS分析結(jié)果可以認(rèn)為兩種濺射方法制備的退火態(tài)h-BN∶C薄膜主要保持了h-BN和石墨C的蜂窩狀六元環(huán)結(jié)構(gòu)，C原子取代部分B和/或N原子，形成B-C、N=C與N-C、B-C-N等化學(xué)鍵。由于拉曼譜顯示有石墨特征峰，而且XPS分析顯示有C，盡管這些C有可能部分來自沾污C但仍說明摻雜的C原子很可能發(fā)生了一定聚集，由于h-BN和石墨C均為六元環(huán)結(jié)構(gòu)，因而表現(xiàn)出了石墨C結(jié)構(gòu)。綜上分析可繪出h-BN∶C薄膜的單層原子結(jié)構(gòu)模型，具體如圖5所示。兩種濺射方法制備的沉積態(tài)h-BN∶C薄膜的結(jié)構(gòu)與退火態(tài)一樣，只是結(jié)晶性更差，懸掛鍵更多。沉積過程中，這些懸掛鍵與濺射氣氛中活潑的H原子結(jié)合，從而使h-BN∶C薄膜穩(wěn)定性得到顯著提高。

3.2 h-BN∶C薄膜表面形貌分析

圖6為上述各樣品表面的AFM圖像。從圖中可以明顯看出在Si基底上已經(jīng)成功生長出了連續(xù)的h-BN∶C薄膜。其中圖6(a)、(c)分別為IFBP與RF磁控濺射方法制備的沉積態(tài)h-BN∶C薄膜，可以觀察到這兩種方法制備的沉積態(tài)h-BN∶C薄膜表面均由分布均勻且致密細(xì)小的顆粒組成，表面較平整，均方根(RMS)表面粗糙度為0.715 nm。圖6(b)、(d)分別為經(jīng)700 ℃退火處理的退火態(tài)h-BN∶C薄膜，相對于沉積態(tài)而言， IFBP制備的退火態(tài)h-BN∶C薄膜仍保持了顆粒狀，但顆粒已明顯長大，同時表面粗糙度也明顯增加，RMS達到約8.08 nm。與之相比，RF制備的h-BN∶C薄膜退火后形貌發(fā)生了顯著變化，由之前極為細(xì)小的顆粒狀轉(zhuǎn)變成了片層狀。前面的拉曼譜與XRD衍射圖也顯示RF制備的沉積態(tài)h-BN∶C薄膜的E2g峰極弱且寬，表明其結(jié)晶性較差，多呈無序態(tài)；而IFBP制備的沉積態(tài)h-BN∶C薄膜的E2g峰相對較強，表明結(jié)晶性相對較好。一般而言，PVD法制備的薄膜的結(jié)晶性、形貌和形態(tài)與沉積原子的能量和可動性密切相關(guān)。在本實驗中，所有濺射沉積溫度均保持在室溫左右，沉積在Si基底上的B、N和C原子能量較低、可動性較差，難以長距離遷移，而且B、N、C之間要形成理想共價鍵需要克服較高勢壘。因此，沉積態(tài)的h-BN∶C薄膜的結(jié)晶性較差，存在較多懸掛鍵。其中，在濺射功率相同的情況下，RF濺射沉積的B、N和C原子能量更低，成鍵狀況和結(jié)晶性更差，懸掛鍵更多。在退火過程中，隨著溫度的升高，原子的能量升高，可動性增強，B、N和C原子通過遷移形成了穩(wěn)定共價鍵。這說明退火處理提高了h-BN∶C薄膜的結(jié)晶性。而且，正由于不同濺射方式下制備的沉積態(tài)h-BN∶C薄膜在晶粒取向、成鍵狀況、結(jié)晶性以及懸掛鍵多少方面存在明顯差異，導(dǎo)致退火后h-BN∶C薄膜的形貌出現(xiàn)了顯著不同。能量高、結(jié)晶性和成鍵狀況較好的IFBP制備的h-BN∶C薄膜在退火處理后仍保持了顆粒狀，但顆粒已明顯長大；而RF制備的結(jié)晶性和成鍵狀況均較差的h-BN∶C薄膜經(jīng)退火處理后則由極為細(xì)小的顆粒狀轉(zhuǎn)變成了片層狀。圖6(e),(f)為IFBP制備h-BN∶C薄膜表面與基底之間臺階區(qū)域及其選取橫斷面輪廓變化圖。從圖中可以進一步證實得到薄膜的厚度約為160 nm左右。

圖6 不同濺射方法制備沉積態(tài)與退火態(tài)h-BN∶C薄膜的表面形貌圖像 (a)IFBP-DC制備沉積態(tài)；(b)IFBP制備退火態(tài)；(c)RF制備沉積態(tài);(d)RF制備退火態(tài)；(e)表面與基底臺階面；(f)臺階區(qū)域選取橫斷面輪廓圖 Fig.6 AFM images of the as-deposited and post-annealed h-BN∶C films prepared by different sputtering methods (a)as-deposited by IFBP;(b)post-annealed by IFBP;(d)as-deposited by RF;(e)step between films and substrate;(f)cross-sectional profile for selected area

3.3 h-BN∶C薄膜導(dǎo)電性分析

圖7 不同濺射方法制備沉積態(tài)與退火態(tài)h-BN∶C薄膜的電流密度-電壓梯度(J-E)曲線 Fig.7 J-E curves of as-deposited and posy-annealed h-BN∶C films prepared by different sputtering method

為了研究摻雜對h-BN薄膜導(dǎo)電性的影響，首先查閱了相關(guān)文獻報道得知純h-BN在室溫下電阻率較大，約為1010～1016Ω·cm[2]，而單質(zhì)石墨室溫下導(dǎo)電性較好，電阻率約為(5～10)×10-5Ω·cm。且對摻雜單質(zhì)石墨氮化硼靶材的電阻率進行了測量，其電阻率約為6.37×10-3Ω·cm，表明摻碳氮化硼靶具有優(yōu)良導(dǎo)電性，但與單質(zhì)石墨碳的電阻率相比有明顯升高。h-BN∶C薄膜的導(dǎo)電性是按照圖7插圖中的電路示意圖測得的J-E曲線計算得出。在圖7中可觀察到所有樣品的J-E曲線均具有好的對稱性，并由線性與非線性兩部分組成。根據(jù)相關(guān)報道，可知J-E曲線中線性部分與非線性部分分別對應(yīng)于歐姆與空間電流限制(SCLC)特性，其中SCLC特性的出現(xiàn)表示樣品中存在勢壘，這是由于在晶界中或者薄膜沉積過程中產(chǎn)生的缺陷所導(dǎo)致。這種SCLC特性也曾在其他學(xué)者的研究結(jié)果中出現(xiàn)，Shishonok等[40]對出現(xiàn)在n型摻雜h-BN中的SCLC特性進行了理論分析，發(fā)現(xiàn)其受勢壘強度的影響。此外，在何斌等[41]通過離子注入法將Be摻雜至BN薄膜的報道中，同樣也發(fā)現(xiàn)了SCLC特性。當(dāng)輸入電流加大到一定程度后，勢壘將被克服，J-E曲線呈線性規(guī)律，根據(jù)擬合線性部分可計算出使用IFBP與RF制備的樣品電阻率分別約為2.0×105Ω·cm和2.5×105Ω·cm，這與郭寧等通過CVD法制備的BCN薄膜中垂直電阻率(55 kΩ·cm)相接近[42]。薄膜電阻率相比靶材而言也顯著升高，更比單質(zhì)C的電阻率高，同時遠(yuǎn)低于純BN的電阻率，說明本文中C摻雜BN薄膜電阻率降低主要是因為摻雜C所致，且C與其它元素形成了化學(xué)鍵。經(jīng)過700 ℃退火處理后，相應(yīng)的樣品電阻率分別為2.9×104Ω·cm與3.9×104Ω·cm。表明退火處理在保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的同時對薄膜導(dǎo)電性尚未有顯著影響。此外，對比兩種制備方法可知RF制備的樣品的導(dǎo)電性要優(yōu)于IFBP制備的，根據(jù)AFM表面形貌結(jié)果推測出這可能是由于RF所制備薄膜表面層狀面積更完整，薄膜連續(xù)性更好，同時IFBP制備薄膜顆粒細(xì)小，對電子波散射強，從而導(dǎo)電性較差。

4 結(jié) 論

(1)采用RF與IFBP磁控濺射結(jié)合700 ℃低溫退火均制備出了連續(xù)、穩(wěn)定而致密的h-BN∶C薄膜，實現(xiàn)了大面積h-BN∶C薄膜的低溫制備。

(2)濺射氣體中摻入的少量氫氣有助于提高沉積態(tài)h-BN∶C薄膜的穩(wěn)定性。此外，沉積后的退火處理更能顯著提高h(yuǎn)-BN∶C薄膜穩(wěn)定性、結(jié)晶性以及鍵合情況。但由于不同濺射方式下制備的沉積態(tài)h-BN∶C薄膜在成鍵狀況、結(jié)晶性以及懸掛鍵數(shù)量方面存在明顯差異，退火后h-BN∶C薄膜的形貌也出現(xiàn)了顯著差異。其中IFBP制備的h-BN∶C薄膜能量高、結(jié)晶性和成鍵狀況較好，退火處理后顆粒明顯長大，分布致密且結(jié)晶度高；而RF磁控濺射制備h-BN∶C薄膜經(jīng)退火處理后則由極為細(xì)小的顆粒狀轉(zhuǎn)變成了片層狀。

(3)上述兩種工藝路線均實現(xiàn)了h-BN薄膜的C元素?fù)诫s，摻雜后h-BN∶C薄膜的電阻率降低至2.9×104～2.5×105Ω·cm，導(dǎo)電性顯著提高。