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　　立方氮化硼(cubic boron nitride, CBN)晶體，是一種人工合成的III-V族半導(dǎo)體材料，目前，人們還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)天然存在的CBN晶體。研究表明，CBN的禁帶寬度(~6.4eV)是 III-V族化合物和IV族元素半導(dǎo)體中大的，硬度和熱導(dǎo)率僅次于金剛石。作為電子材料和光電子材料，CBN具有廣闊的應(yīng)用前景，所以在材料的制備、物 理性質(zhì)的研究及應(yīng)用等方面受到人們的極大關(guān)注。但由于生長(zhǎng)條件苛刻，很難獲得高質(zhì)量、大尺寸的CBN單晶或薄膜材料，這極大地限制了相關(guān)的研究進(jìn)展。 本論文以一種高溫高壓條件下合成的具有顏色分區(qū)的片狀CBN單晶(商品型號(hào)：210型)為研究對(duì)象，該樣品外露的8個(gè)表面均為{111}晶面，其中上下兩 個(gè)大面相互平行，平整光滑，且易于解理加工，很適合作為電子器件和光電器件的襯底材料。因此有必要對(duì)這種CBN晶體的物理和化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行深入的研究。 本文主要采用化學(xué)腐蝕、形貌觀測(cè)、X射線光電子譜(X-ray photoelectronspectroscopy, XPS)、拉曼(Raman)光譜等手段，對(duì)210型CBN單晶樣品的表面極性、雜質(zhì)和缺陷等進(jìn)行了研究，得到一些有意義的研究結(jié)果。

　　1.主要從CBN合成及其半導(dǎo)體特性研究等方面介紹了相關(guān)的研究進(jìn)展和研究所面臨的困難，并概括了本論文的主要研究工作。

　　2.主要介紹了目前已知CBN基本的物理和化學(xué)性質(zhì)，制備工藝以及一些主要的應(yīng)用研究。

　　3.主要研究了210型CBN晶體的化學(xué)腐蝕、表面形貌、I-V特性等與表面極性的關(guān)系，并找到了一種方便、快捷、非破壞性的判斷210型CBN單晶表 面極性的方法——顯微鏡觀察法。 本文使用的210型CBN晶體是具有明顯顏色分區(qū)的片狀樣品，所有外露的晶面都是{111}面。其中上下兩個(gè)大面相互平行，六個(gè)小側(cè)面兩兩相對(duì)且相互平 行。在顯微鏡下觀察CBN的六邊形大面，會(huì)發(fā)現(xiàn)三個(gè)三角形琥珀色區(qū)域和三個(gè)三角形透明區(qū)域相間且對(duì)稱分布，六個(gè)三角形有共同的頂點(diǎn)，位于樣品的中央。 研究結(jié)果表明：熔融的NaOH能夠腐蝕CBN晶體，{111}N面的腐蝕速度快，腐蝕坑為三角形或六邊形，且腐蝕坑尺寸較大。而{111}B面的腐蝕速度 慢，腐蝕坑均為三角形，腐蝕坑較小，且特別密集。進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)：與透明區(qū)連接的側(cè)面為{111}B面，與琥珀色區(qū)域連接的側(cè)面為{111}N面;與側(cè)面 為{111}N面成鈍角的大面為{111}B面，與側(cè)面為{111}N面成銳角的大面是{111}N面。于是，只需顯微鏡觀察能確定這種顏色分區(qū)的片狀 CBN晶體表面極性，而不再需要化學(xué)腐蝕。 將CBN晶體沿{110}面解理并在熔融的NaOH中腐蝕后發(fā)現(xiàn)：{110}面的腐蝕形貌有兩種：一種是沒(méi)有出現(xiàn)腐蝕坑，并且表面光滑平整。因?yàn)? {110}面腐蝕速度相同，不存在各向異性，因此觀察不到腐蝕坑;另一種是在{110}面觀察到條狀的腐蝕坑。 210型CBN共面I-V特性結(jié)果表明： N面的表面漏電流明顯比B面的表面漏電流大。

　　4.主要通過(guò)XPS譜分析了CBN晶體中的雜質(zhì)、缺陷及其化學(xué)態(tài)。結(jié)果表明：CBN晶體中含有C、O、Si雜質(zhì)。Si含量極少，可能來(lái)自于hBN原材 料。Ar離子濺射后，O雜質(zhì)的含量急劇降低，表明O雜質(zhì)源于CBN晶體的表面吸附和沾污。濺射后CBN中依然含有大量的C雜質(zhì)(~6at%)，說(shuō)明除了部 分的C雜質(zhì)以表面吸附和沾污形式存在外，還有相當(dāng)一部分的C雜質(zhì)存在于CBN晶體內(nèi)，這些C雜質(zhì)可能來(lái)自于CBN晶體生長(zhǎng)室的石墨壁。通過(guò)峰型擬合和化 學(xué)態(tài)分析可知：C在CBN晶體中占據(jù)了氮的位置(CN)，成為受主雜質(zhì)。Ar離子濺射前后，B和N的原子比均大于1，化學(xué)計(jì)量比的偏離說(shuō)明在CBN晶體中 存在N空位(VN)，VN屬于施主陷阱。VN-CN可形成施主-受主對(duì)，不僅影響CBN的電學(xué)特性，也影響CBN晶體的發(fā)光特性，使得CBN發(fā)光譜復(fù)雜 化。進(jìn)一步研究可知，XPS譜也受CBN晶體表面極性的影響。濺射前，N面比B面的B:N比低;濺射后，B面的B:N比降低，而N面的B:N比升高。從濺 射前C1s譜的擬合結(jié)果可看出，N面可能存在C-N-B鍵，或者N面的缺陷較多;B面可能存在C-B-N鍵。

　　5.主要研究了210型CBN單晶的Raman光譜。結(jié)果表明：CBN晶體的Raman也表現(xiàn)出與B、N面極性相關(guān)的特點(diǎn)。對(duì)于(111)B面，只觀察 到TO模(1053cm~(-1))和LO模(1305cm~(-1)53cm~(-1)處還觀);測(cè)而到對(duì)邊于峰(結(jié)11構(gòu)1)。N面從，等除離了子激 TO元模—和LO L O聲模子，相在互作92用5c、m-1，955cm~(-1)，12局域模、富硼、wBN及無(wú)序引起的拉曼散射(disorder-activated Raman scattering，DARS)五個(gè)方面分析邊峰的來(lái)源。{111} N面的缺陷多，因此，遠(yuǎn)離布里淵區(qū)中心的聲子也可能發(fā)生散射，導(dǎo)致邊峰的出現(xiàn)。925cm~(-1)處的峰可視為布里淵區(qū)K點(diǎn)的TO模式 TO(K)，955cm~(-1)附近的峰和Q點(diǎn)的TO聲子能量接近TO(Q)。1253cm~(-1)處的拉曼峰和布里淵區(qū)特殊點(diǎn)的聲子頻率吻合的不 好，但可能是布里淵區(qū)非對(duì)稱點(diǎn)的聲子對(duì)CBN拉曼光譜綜合貢獻(xiàn)的結(jié)果。因此，認(rèn)為1253cm~(-1)處的拉曼峰也是由DARS引起的。{111}B面 沒(méi)有邊峰，因?yàn)锽面的缺陷少，沒(méi)有DARS現(xiàn)象出現(xiàn)。