CO2 激光辅助射频溅射调控氮化铝薄膜结构与光学性能的创新研究

为解决传统氮化铝(AlN)薄膜制备需高温退火导致的器件兼容性问题，研究人员通过CO2 激光辅助射频溅射技术，在200°C低温下成功制备出高结晶度AlN薄膜。XRD和UV-Vis等分析表明，0.70 W/mm2 激光能量密度可优化薄膜c轴取向，实现5.94 eV带隙及可见光区高透光率，为深紫外光电器件提供了新型低温制备方案。

　　

氮化铝(AlN)作为第三代宽禁带半导体(WBG)，因其6.2 eV的超宽带隙、高热导率(300 W/m·K)和优异绝缘性(～10¹⁴
Ω·cm)，在深紫外(UV-C)发光器件和高功率电子器件中极具潜力。然而传统制备方法需500°C以上高温或后续退火，易引发基底热损伤并限制器件集成。韩国研究人员创新性地将CO₂
激光引入射频(RF)溅射系统，通过精准调控激光能量密度(0.35-0.88 W/mm²
)，在200°C低温下实现了高质量AlN薄膜的制备。

研究采用X射线衍射(XRD)分析晶体结构，原子力显微镜(AFM)表征表面形貌，X射线光电子能谱(XPS)检测元素组成，紫外可见光谱(UV-Vis)测定光学性能，结合X射线反射率(XRR)评估薄膜厚度与界面质量。

【Results and Discussion】部分显示：(1)XRD证实0.70 W/mm²
时出现显著(002)晶面衍射峰(2θ≈36°)，表明激光能量阈值可诱导c轴择优取向；(2)AFM显示激光处理使表面粗糙度降低至0.5 nm，优于传统退火样品；(3)UV-Vis测试显示可见光区透光率>85%，光学带隙达5.94 eV，接近体材料理论值；(4)XRR检测到清晰Kiessig条纹，证实45-55 nm薄膜具有原子级平整界面。

结论指出，CO₂
激光通过界面局域热激活促进了AlN晶格有序化，避免了整体基板加热的缺陷。该技术为柔性电子和异质集成提供了新思路，论文发表于《Materials Chemistry and Physics》。研究由韩国KIAT基金(RS-2024-00421235)支持，Chang Hyeon Jo等作者声明无利益冲突。