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摘 要

针对衬底温度对AlN绝缘导热镀层沉积过程的影响展开了研究。本研究在不同衬底温度下（室温、100 ℃、200 ℃、300 ℃）采用磁控溅射技术在6061铝合金上沉积了AlN镀层。采用扫描电子显微镜分析了AlN镀层的表面形貌、截面形貌。采用X射线衍射仪分析了AlN镀层的结晶状态。使用耐压测试仪研究了AlN镀层的绝缘性能。根据以上研究方式探讨了衬底温度对AlN镀层微观形貌、结晶状态、绝缘性能的影响。

研究结果表明：随着衬底温度从室温升高到200 ℃，颗粒尺寸由100 nm扩大到500 nm，镀层厚度由523 nm增厚到588 nm；衬底温度为200 ℃到300 ℃之间时，镀层开始出现不平整现象，颗粒尺寸大小不均。衬底温度在200 ℃时，沉积速率达到最大值3.27 nm/min。随着衬底温度从室温升高到300 ℃时，AlN镀层的（100）、（101）衍射峰强度逐渐增强。衬底温度在100 ℃时，击穿电压为112.8 V，击穿强度为201.1 V/m，达到最大值，绝缘性能最好。

关键词：AlN镀层 磁控溅射 衬底温度 择优取向 表面形貌

Effects of Substrate Temperature on Deposition Process of AlN Insulation Thermal Conductive Coatings

Abstract

The influence of substrate temperature on the deposition process of AlN insulating thermally conductive coatings was studied. In this study, AlN coatings were deposited on 6061 aluminum alloy by magnetron sputtering at different substrate temperatures (room temperature, 100 °C, 200 °C, 300 °C). The surface morphology and cross-section of the AlN coatings were analyzed by scanning electron microscopy. The crystal state of the AlN plating layer was analyzed by an X-ray diffractometer. The insulation properties of the AlN coatings were investigated using a Hi-pot Tester. Based on the above results, the effects of substrate temperature on the morphology, crystallization and insulation properties of AlN coatings were investigated.

The results show that as the substrate temperature increases from room temperature to 200 °C, the particle size increases from 100 nm to 500 nm, the coatings thickness increases from 523 nm to 588 nm; when the substrate temperature is between 200 ° C and 300 ° C, the coatings begins to appear uneven and the particle size is uneven. When the substrate temperature is 200 °C, the deposition rate reaches a maximum of 3.27 nm/min. As the substrate temperature increases from room temperature to 300 °C, the intensity of the (100) and (101) diffraction peaks gradually increases. When the substrate temperature is 100 °C, the breakdown voltage is 112.8 V, the breakdown strength is 201.1 V/m, and the maximum value is obtained.

Key Words: AlN thin film; magnetron sputtering; substrate temperature; preferred orientation; surface morphology

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 导热基板发展现状 1

1.2.1 导热基板的分类对比 2

1.2.2 导热Al基板的制备过程 3

1.2.3 绝缘导热材料的对比 3

1.3 氮化铝镀层的制备方法对比 3

1.3.1 化学气相沉积 4

1.3.2 激光脉冲沉积法 4

1.3.3 分子束外延法 4

1.3.4 磁控溅射法 4

1.4 AlN绝缘导热镀层的研究现状 5

1.5 课题研究意义和目的 6

1.6 本文研究内容 6

第二章 实验部分 7

2.1 试样基材 7

2.1.1 试样材料 7

2.1.2 试样处理 7

2.1.3 衬底的清洗 7

2.2 AlN镀层的制备 8

2.2.1 磁控溅射设备介绍 8

2.2.2 实验过程 9

2.2.3 实验过程中的工艺参数 9

2.3 检测设备介绍 10

2.3.1 X射线衍射仪 10

2.3.2 扫描电子显微镜 10

2.3.3 耐压测试仪 10

2.3.4 能谱仪 10

第三章 数据与分析 11

3.1 衬底温度对AlN镀层的微观结构的影响 11

3.1.1 衬底温度对AlN镀层的表面形貌的影响 11

3.1.2 衬底温度对AlN镀层的截面形貌的影响 13

3.2 衬底温度对AlN镀层的结晶状态的影响 15

3.3 衬底温度对AlN镀层的元素比例的影响 16

3.4 衬底温度对AlN镀层的击穿电压的影响 17

第四章 结论 19

参考文献 20

致 谢 23

第一章 绪论

1.1 引言

在科技飞速发展的现在，高功率的器件，如LED节能灯凭借着其自身的优势如自身体积小、电量使用少、使用寿命长、节能环保等优点，从各种照明器件中脱颖而出，被认为是有可能取代白炽灯和荧光灯照明的一种新型固态冷光源^[1]。

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