Abstract
Hydrogenated amorphous carbon nitride[a-C:H(N)] films were deposited on p-type Si(100) at room temperature with bias voltage of 200 V by DC saddle-field plasma-enhanced chemical vapor deposition. Effects of the ratio of $N_2$ to $CH_4$($N_2/CH_4$), in the range of 0 and 4 on such properties as optical properties, microstucture, relative fraction of nitrogen and carbon, etc. of the films have been investigated. The thickness of the a-C:H(N) film was abruptly decreased with the addition of nitrogen, but at $N_2/CH_4$>0.5, the thickness of the film gradually decreased with the increase of the $N_2/CH_4$. The ratio of N to C(N/C) of the films was saturated at 0.25 with the increase of $N_2CH_4$. N-H, C≡N bonds of the films increased but C-H bond decreased with the increase of $N_2CH_4$.Optical band gap energy of the film decreased from 2.53 eV at the ratio of $N_2CH_4$=4.
DC saddle-field-plasma-enhanced chemical-vapor deposition(PECVD) 장치를 이용 하여 상온에서 p-type Si(100)기판위에 hydrogenated amorphous carbon nitride [a-C:H(N)] 박막을 증착하였다. 원료가스인 $CH_4$과 $N_2$의 전체압력은 90mTorr로 고정하고 $N_2/CH_4$비를 0 에서 4까지 변화하면서 제작한 a-C:H(N)박막의 미세구조의 변화를 연구하였다. 진공조의 도달 진공도는 $1\times10^{-6}$Torr이고, 본 실험시 $N_2+CH_4$가스의 유량은 5sccm으로 고정하고 배 기량을 조절하여 진공조의 가스 압력을 90mTorr로 고정하였으며 기판에 200V의 직류 bias 전압을 인가하였다. $\alpha$-step과 X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)를 이용한 분석결과 $N_2/CH_4$비가 0에서 0.5로 증가함에 따라 박막 두께는 4840$\AA$에서 2600$\AA$으로 급격히 감소하 였으며, 박막내의 탄소에 대한 질소함유량(N/C비)는 N2/CH4비가 4일 때 최대 0.25로 증가하 는 것을 확인하였다. 또한 XPS 스펙트럼의 fitting 결과 $N_2/CH_4$비가 증가할수록 CN결합이 증가하였다. Fourier Transformation Infrared(FT-IR) 분석결과 $N_2/CH_4$비가 증가함에 따라 박막내의 C-H결합은 감소하고, N-H, C≡N결합은 증가하였다. Optical bandgap 측정 결과 $N_2/CH_4$비가 0에서 4로 증가함에 따라 a-C:H(N)박막의 bandgap 에너지는 2.53eV에서 2.3eV 로 감소하는 것을 확인하였다.
