Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Jun 2007)
Efecto de la temperatura de deposición en las características estructurales y ópticas de películas delgadas de nitruro de boro obtenidas por CVD
Abstract
Boron nitride (BN) thin films were deposited on silicon substrates by thermal CVD using mixtures of ammoniac and diborane. The effect of the deposition temperature (T) on the structural and optical characteristics of the BN samples was studied in the temperature range of 500 – 1000 oC. The deposition rate reached its maximum (1600 Å/min) at T = 900 oC. The activation energy (Ea) of the reaction NH3 + B2H6, determined from the Arrhenius plot, is of 13.6 kcal/mol in the 500 – 900 oC range. The Infrared spectroscopy revealed the existence of different bands corresponding to B-H, N-H and B-N bonds. The concentration of B-H and N-H species is below the detection limit of IR spectroscopy in the BN films deposited at T ≥ 800 oC. The chemical analysis by XPS spectroscopy showed the presence of B-B and B-N bonds. An increase of the deposition temperature lead to a decrease of B-B bonds, which favors the formation of quasi-stoichiometric BN at T = 1000 oC. At this temperature, the resulting BN films are highly transparent with a refractive index of 1.7. The BN films deposited at T ≤ 900 oC are amorphous, nevertheless at T = 1000 oC they are partially crystallized with a turbostratic structure.<br><br>Se depositaron películas de nitruro de boro (BN) sobre sustratos de silicio mediante CVD térmico utilizando mezclas de diborano y amoníaco. Se estudió el efecto de la temperatura de deposición (T), en el rango 500 – 1000 oC, sobre las características estructurales y ópticas de las muestras de BN. La velocidad de deposición alcanza su máximo (1600 Å/min) a T = 900 oC. La energía de activación (Ea) de la reacción NH3 + B2H6, determinada a partir de la representación de Arrhenius, es de 13.6 kcal/mol en el rango 500 – 900 oC. La espectroscopia IR reveló la existencia de diferentes bandas correspondientes a enlaces B‑H, N‑H y B-N. La concentración de especies B-H y N-H está por debajo del nivel de detección mediante IR en las películas de BN depositadas a T ≥ 800 oC. El análisis químico por espectroscopia XPS muestró la presencia de enlaces B‑B y B‑N. Al aumentar la temperatura de deposición se produce una disminución de los enlaces B‑B, lo que favorece la formación de BN casi-estequiométrico a T = 1000 oC. A esta temperatura las películas resultantes de BN son altamente transparentes con un índice de refracción de 1.7. Las películas de BN depositadas a T ≤ 900oC son amorfas, sin embargo a T = 1000oC cristalizan parcialmente con una estructura turbostrática.
