AlN: Er薄膜在不同退火温度下应力诱导的微观结构演变

摘要： 以透射电镜中的弱束衍衬成像和高分辨相位衬度成像为主要表征手段, 辅以X射线衍射、拉曼光谱等测试方法, 对AlN: Er样品在退火过程中的微观结构演变过程进行了深入分析。在透射电镜观察下, Er离子注入的AlN样品在退火前存在三个区域: 区域Ⅰ为自表面以下约30 nm深度; 区域Ⅱ为区域I以下约50 nm深度; 区域Ⅲ为区域Ⅱ以下的部分, 其中区域Ⅱ为损伤最为严重的区域。在较低的温度(如1025℃时)退火后, 区域Ⅰ消失; 但1200℃退火后, 又重新可以观察到区域Ⅰ。结合TEM、XRD和Raman测试结果, 从损伤恢复和应力释放的角度对上述实验现象进行了理论解释: 由于Er离子半径和基体原子半径的差异, 在区域Ⅱ中引入较大的应力; 在1025℃退火时, 来自区域Ⅱ的应力作用于区域Ⅰ, 导致区域I发生大的晶格扭曲, 和区域II合并, 用TEM观察不到; 在1200℃退火时, 应力在表面释放, 区域I的晶格扭曲修复, 从而用TEM可重新观察到。