影响氮化物材料刻蚀与生长的等离子体过程

本研究的主要目标是确定在高选择性 Si3N4/SiO2 刻蚀过程中的关键试剂。我们进行了实验，使用 NF3/O2 和 NF3/O2/N2/H2 等离子体刻蚀 Si3N4 和 SiO2 样品。将等离子体源远离被刻蚀样品，以排除 UV 发射和离子轰击造成的损伤。刻蚀过程中使用了光学发射光谱与质谱分析。反应机理采用量子化学方法研究。我们提出了分析模型，定量描述 Si3N4 和 SiO2 刻蚀速率对 NF3/O2 和 NF3/O2/N2/H2 下游等离子体中关键反应物通量的依赖关系。关键试剂的密度通过等离子体模拟测量并计算。因此，Si3N4 在 NF3/O2 混合气中的刻蚀速率曲线在 NO 密度峰值处出现峰值。在 NF3/O2/N2/H2 中出现的高且窄的 Si3N4/SiO2 选择性峰值，与振动激发的 HF(v1) 分子高密度窄峰相关。此外，本研究旨在探究高温合成中氮化硼纳米管生长前驱体的形成机制。研究表明，硼的消耗（这是大规模生产的主要障碍）通过 N2 在小硼簇上的解离吸附反应（N2 固定）发生，生成 B4N4 和 B5N4 链。液态硼是小硼簇的唯一来源。随后更长链的形成通过 B4N4 与 B5N4 相互碰撞实现。研究还表明，较慢的气体冷却速率和高压会增强合成过程中液态硼的消耗，为大规模生产高纯高质量 BNNT 创造良好条件。