高导热绝缘氮化铝薄膜的制备、性能及在LED上的应用研究

论文摘要

氮化铝薄膜由于具有化学稳定性好、热传导率高、机械强度高、电绝缘性能佳以及高能隙、低热膨胀系数和光学特性优良等特点,可以用做声表面波器件和大功率紫外光学器件的散热材料。本文研究的氮化铝薄膜样品是利用纯度为99.999%的高纯铝靶,在反应气体氮气和工作气体氩气气氛下用直流和射频反应磁控溅射法制备的。并对样品进行了XPS成分分析和XRD结构分析,结果表明:薄膜中含有AlN和少量Al2O3及一些其它杂质;薄膜为多晶结构,具有（002）和（101）面择优取向。采用燕山大学的TC-7000型激光热导仪器测试了氮化铝薄膜的热导率,采用105C型耐压测试仪测试了薄膜的击穿电压,并对其进行了分析。氮化铝薄膜表现出良好的绝缘性能,薄膜的抗电强度最大值达到7.5MV/cm。利用WGZ-8型双光束分光光度计测定了其透光率,分析其光学性能,结果表明:随着工作压强和靶距的升高,薄膜的透光率会上升;溅射时间的长短在一定的范围对透光率影响不大;氮分压在一定的范围内就不会对透光率产生太大的影响,超出该范围就会影响氮化铝薄膜的纯度;退火处理可改善薄膜的结晶状态,提高紫外波段的光学性能;制备高透光率氮化铝薄膜样品的最佳条件为工作压强3.0Pa,靶基距7.0cm,基片温度为20℃,N2/Ar=4/24,溅射时间为45min。在此条件下薄膜的平均透光率都在90%以上。通过在组装LED上的模拟实验研究了导热涂层和氮化铝薄膜对LED灯散热性能的影响。发现加入导热涂层和生长氮化铝薄膜后,LED灯温度上升速度减缓;生长高热导率氮化铝薄膜比加入导热涂层对提高LED的散热效果更为显著。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 氮化铝（AlN）晶体的结构与能带结构
• 1.2.2 氮化铝的性能
• 1.2.3 氮化铝薄膜的制备方法
• 1.2.4 氮化铝薄膜的应用前景和发展方向
• 1.3 本文研究的目的和主要内容
• 1.3.1 本文研究的目的
• 1.3.2 本文研究的主要内容
• 2 氮化铝薄膜的制备和表征
• 2.1 薄膜的制备方法
• 2.1.1 直流磁控溅射原理
• 2.1.2 射频磁控溅射原理
• 2.1.3 反应溅射
• 2.1.4 粉末溅射
• 2.2 氮化铝薄膜的制备
• 2.2.1 实验仪器
• 2.2.2 衬底的清洗
• 2.2.3 实验过程
• 2.2.4 氮化铝薄膜的制备条件
• 2.3 氮化铝薄膜的表征
• 2.3.1 成分分析
• 2.3.2 结构分析
• 3 氮化铝薄膜的性能分析
• 3.1 热学性能分析
• 3.1.1 薄膜热导率的研究现状
• 3.1.2 AlN 薄膜热导率的测试
• 3.2 电学性能分析
• 3.2.1 引言
• 3.2.2 样品制备与检测
• 3.2.3 介电常数的测试
• 3.3 光学性能分析
• 3.3.1 透射光谱分析原理
• 3.3.2 氮分压对透光率的影响
• 3.3.3 工作压强对透光率的影响
• 3.3.4 靶距对透光率的影响
• 3.3.5 溅射时间对透光率的影响
• 3.3.6 退火处理对透光率的影响
• 3.3.7 光学带隙的理论计算
• 3.4 本章小结
• 4 氮化铝薄膜在 LED 系统上的应用
• 4.1 引言
• 4.2 实验
• 4.3 结果和讨论
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读学位期间参与的项目