(cid:36)(cid:51)(cid:51)(cid:47)(cid:44)(cid:40)(cid:39)(cid:3)(cid:48)(cid:36)(cid:55)(cid:40)(cid:53)(cid:44)(cid:36)(cid:47)(cid:54)(cid:3)(cid:40)(cid:59)(cid:43)(cid:44)(cid:37)(cid:44)(cid:55)(cid:3)(cid:20)(cid:19)(cid:23)(cid:21)(cid:3)(cid:11)(cid:51)(cid:68)(cid:85)(cid:87)(cid:3)(cid:21)(cid:3)(cid:82)(cid:73)(cid:3)(cid:22)(cid:12)
`
`INTEL EXHIBIT 1042 (Part 2 of 3)
`
`Page 159 of 304
`
`Appendix 1029-B
`Page 4 of 4
`
`

`

`(cid:36)(cid:83)(cid:83)(cid:72)(cid:81)(cid:71)(cid:76)(cid:91)(cid:3)(cid:20)(cid:19)(cid:21)(cid:28)(cid:16)(cid:38)(cid:3)
`
`Page 160 of 304
`
`

`

`B
`
`s b a y em de a s MARC ags
`
`9/28/20 12 52 PM
`
`
`
`
`
`
`
`(cid:1)(cid:51)(cid:54)(cid:57) (cid:1)(cid:58)(cid:47)(cid:48)(cid:21)(cid:51)(cid:54)(cid:57)(cid:44)(cid:1)(cid:58)(cid:47)(cid:48)(cid:57)(cid:1)(cid:61)(cid:48)(cid:53)(cid:43)(cid:54)(cid:61)(cid:1)(cid:58)(cid:54)(cid:1)(cid:56)(cid:44)(cid:58)(cid:59)(cid:56)(cid:53)(cid:1)(cid:58)(cid:54)(cid:1)(cid:58)(cid:47)(cid:44)(cid:1)(cid:42)(cid:40)(cid:58)(cid:40)(cid:51)(cid:54)(cid:46)(cid:59)(cid:44)(cid:48)(cid:53)(cid:43)(cid:54)(cid:61)(cid:1)(cid:58)(cid:54)(cid:1) (cid:56) (cid:1)(cid:58)(cid:54)(cid:1)(cid:58) (cid:1)(cid:42) (cid:51)
`
`
`
`
`
`
`
`
`
`
`
`(cid:1)(cid:26)(cid:58)(cid:44)(cid:52)(cid:1)(cid:22)(cid:44)(cid:58)(cid:40)(cid:48)(cid:51)(cid:57)(cid:51)(cid:57)
`
`
`
`(cid:24)(cid:29)(cid:36)(cid:24)(cid:29)(cid:36) (cid:35)(cid:23)
`(cid:28)(cid:22)(cid:34)(cid:28)(cid:22)(cid:34) (cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:53)(cid:40)(cid:57)(cid:1)(cid:40)(cid:9)(cid:9)(cid:7)(cid:7)(cid:9)(cid:11)(cid:8)(cid:14)(cid:40)(cid:1)(cid:11)(cid:12)(cid:7)(cid:7)
`(cid:7)(cid:7)(cid:7)(cid:7)(cid:8)
`(cid:7)(cid:8)(cid:11)(cid:12)(cid:10)(cid:9)(cid:13)(cid:11)(cid:14)
`(cid:7)(cid:7)(cid:7)(cid:7)(cid:10)
`(cid:37)(cid:50)
`(cid:7)(cid:7)(cid:7)(cid:7)(cid:12)
`(cid:9)(cid:7)(cid:9)(cid:7)(cid:7)(cid:14)(cid:7)(cid:8)(cid:7)(cid:8)(cid:7)(cid:10)(cid:11)(cid:12)(cid:6)(cid:7)
`(cid:7)(cid:7)(cid:7)(cid:7)(cid:14)
`(cid:58)(cid:40)
`(cid:7)(cid:7)(cid:7)(cid:7)(cid:15)
`(cid:15)(cid:11)(cid:7)(cid:10)(cid:9)(cid:7)(cid:42)(cid:8)(cid:16)(cid:13)(cid:9)(cid:16)(cid:16)(cid:16)(cid:16)(cid:62)(cid:62)(cid:59)(cid:44)(cid:56)(cid:1)(cid:55)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:7)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:40)(cid:7)(cid:44)(cid:53)(cid:46)(cid:1)(cid:1)
`
`(cid:7)(cid:9) (cid:7)(cid:7)(cid:9)(cid:9)(cid:7) (cid:65)(cid:40)(cid:1)(cid:7)(cid:7)(cid:7)(cid:10)(cid:5)(cid:13)(cid:16)(cid:12)(cid:8)
`(cid:7)(cid:11)(cid:7)(cid:11)(cid:7)
`(cid:65)(cid:40)(cid:1)(cid:37)(cid:50)(cid:1)(cid:65)(cid:42)(cid:1)(cid:37)(cid:50)(cid:1)(cid:65)(cid:43)(cid:1)(cid:37)(cid:50)
`
`(cid:7)(cid:15) (cid:7)(cid:11)(cid:7)(cid:15)(cid:9)(cid:7)(cid:11) (cid:65)(cid:40)(cid:1)(cid:13)(cid:9)(cid:8)(cid:1)(cid:65)(cid:9)(cid:1)(cid:9)(cid:8)
`(cid:7)(cid:15)(cid:7)(cid:15)(cid:11)
`(cid:65)(cid:40)(cid:1)(cid:32)(cid:33)(cid:1)(cid:7)(cid:7)(cid:1)(cid:65)(cid:9)(cid:1)(cid:41)(cid:51)(cid:57)(cid:56)(cid:48)(cid:57)(cid:57)(cid:42)
`
`(cid:9)(cid:11) (cid:7)(cid:7)(cid:9)(cid:11)(cid:12)(cid:7)(cid:7) (cid:65)(cid:40)(cid:1)(cid:19)(cid:55)(cid:55)(cid:51)(cid:48)(cid:44)(cid:43)(cid:1)(cid:55)(cid:47)(cid:63)(cid:57)(cid:48)(cid:42)(cid:57)(cid:1)(cid:51)(cid:44)(cid:58)(cid:58)(cid:44)(cid:56)(cid:57)(cid:6)
`(cid:9)(cid:13)(cid:9)(cid:13)(cid:7)
`(cid:65)(cid:40)(cid:1)(cid:30)(cid:44)(cid:61)(cid:1)(cid:39)(cid:54)(cid:56)(cid:50)(cid:1)(cid:17)(cid:1)(cid:65)(cid:41)(cid:1)(cid:19)(cid:52)(cid:44)(cid:56)(cid:48)(cid:42)(cid:40)(cid:53)(cid:1)(cid:26)(cid:53)(cid:57)(cid:58)(cid:48)(cid:58)(cid:59)(cid:58)(cid:44)(cid:1)(cid:54)(cid:45)(cid:1)(cid:32)(cid:47)(cid:63)(cid:57)(cid:48)(cid:42)(cid:57)(cid:4)(cid:1)(cid:65)(cid:42)(cid:1)(cid:8)(cid:16)(cid:13)(cid:9)(cid:5)
`(cid:10)(cid:7)(cid:10)(cid:7)(cid:7)
`(cid:65)(cid:40)(cid:1)(cid:60)(cid:6)(cid:1)(cid:18)(cid:1)(cid:65)(cid:42)(cid:1)(cid:9)(cid:14)(cid:1)(cid:42)(cid:52)(cid:6)
`(cid:10)(cid:8)(cid:10)(cid:8)(cid:7)
`(cid:65)(cid:40)(cid:1)(cid:24)(cid:54)(cid:56)(cid:58)(cid:53)(cid:48)(cid:46)(cid:47)(cid:58)(cid:51)(cid:63)
`(cid:10)(cid:10)(cid:10)(cid:10)(cid:13)
`(cid:65)(cid:40)(cid:1)(cid:58)(cid:44)(cid:62)(cid:58)(cid:1)(cid:65)(cid:9)(cid:1)(cid:56)(cid:43)(cid:40)(cid:42)(cid:54)(cid:53)(cid:58)(cid:44)(cid:53)(cid:58)
`(cid:10)(cid:10)(cid:10)(cid:10)(cid:14)
`(cid:65)(cid:40)(cid:1)(cid:59)(cid:53)(cid:52)(cid:44)(cid:43)(cid:48)(cid:40)(cid:58)(cid:44)(cid:43)(cid:1)(cid:65)(cid:9)(cid:1)(cid:56)(cid:43)(cid:40)(cid:52)(cid:44)(cid:43)(cid:48)(cid:40)
`(cid:10)(cid:10)(cid:10)(cid:10)(cid:15)
`(cid:65)(cid:40)(cid:1)(cid:60)(cid:54)(cid:51)(cid:59)(cid:52)(cid:44)(cid:1)(cid:65)(cid:9)(cid:1)(cid:56)(cid:43)(cid:40)(cid:42)(cid:40)(cid:56)(cid:56)(cid:48)(cid:44)(cid:56)
`(cid:12)(cid:16)(cid:12)(cid:16)(cid:12)
`(cid:65)(cid:40)(cid:1)(cid:35)(cid:23)(cid:23)(cid:1)(cid:19)(cid:28)(cid:35)(cid:31)(cid:1)(cid:35)(cid:23)(cid:34)(cid:26)(cid:19)(cid:28)(cid:1)(cid:34)(cid:23)(cid:21)(cid:31)(cid:34)(cid:22)(cid:35)(cid:1)(cid:27)(cid:21)(cid:35)(cid:1)(cid:35)(cid:23)(cid:6)
`(cid:12)(cid:12)(cid:12)(cid:12)(cid:12)
`(cid:65)(cid:40)(cid:1)(cid:21)(cid:59)(cid:52)(cid:59)(cid:51)(cid:40)(cid:58)(cid:48)(cid:60)(cid:44)(cid:1)(cid:48)(cid:53)(cid:43)(cid:44)(cid:62)(cid:6)
`
`(cid:14)(cid:8) (cid:9)(cid:14)(cid:8)(cid:7)(cid:9) (cid:65)(cid:40)(cid:1)(cid:19)(cid:52)(cid:44)(cid:56)(cid:48)(cid:42)(cid:40)(cid:53)(cid:1)(cid:26)(cid:53)(cid:57)(cid:58)(cid:48)(cid:58)(cid:59)(cid:58)(cid:44)(cid:1)(cid:54)(cid:45)(cid:1)(cid:32)(cid:47)(cid:63)(cid:57)(cid:48)(cid:42)(cid:57)(cid:6)
`(cid:16)(cid:11)(cid:16)(cid:11)(cid:12)
`(cid:65)(cid:40)(cid:1)(cid:19)(cid:32)(cid:32)(cid:28)(cid:26)(cid:23)(cid:22)(cid:1)(cid:32)(cid:25)(cid:39)(cid:35)(cid:26)(cid:21)(cid:35)(cid:1)(cid:28)(cid:23)(cid:36)(cid:36)(cid:23)(cid:34)(cid:35)
`
`(cid:15)(cid:12) (cid:14)(cid:8)(cid:15)(cid:12)(cid:9)(cid:14)(cid:8) (cid:65)(cid:40)(cid:1)(cid:20)(cid:56)(cid:48)(cid:58)(cid:48)(cid:57)(cid:47)(cid:1)(cid:28)(cid:48)(cid:41)(cid:56)(cid:40)(cid:56)(cid:63)(cid:1)(cid:65)(cid:41)(cid:1)(cid:35)(cid:36)(cid:26)(cid:1)(cid:65)(cid:50)(cid:1)(cid:2)(cid:32)(cid:3)(cid:1)(cid:65)(cid:47)(cid:1)(cid:32)(cid:33)(cid:1)(cid:7)(cid:7)(cid:1)(cid:65)(cid:52)(cid:1)(cid:5)(cid:23)(cid:2)(cid:8)(cid:9)(cid:3)(cid:1)(cid:65)(cid:9)(cid:1)(cid:41)(cid:51)(cid:57)(cid:56)(cid:48)(cid:57)(cid:57)(cid:42)
`
`(cid:15)(cid:13) (cid:1)(cid:7)(cid:15)(cid:13)(cid:13)(cid:1)(cid:7) (cid:65)(cid:40)(cid:1)(cid:38)(cid:54)(cid:51)(cid:59)(cid:52)(cid:44)(cid:1)(cid:8)(cid:2)(cid:8)(cid:16)(cid:13)(cid:9)(cid:3)(cid:5)(cid:1)(cid:18)(cid:1)(cid:22)(cid:44)(cid:45)(cid:48)(cid:42)(cid:48)(cid:44)(cid:53)(cid:58)(cid:17)(cid:1)(cid:60)(cid:6)(cid:1)(cid:13)(cid:9)(cid:4)(cid:1)(cid:53)(cid:54)(cid:6)(cid:9)(cid:14)(cid:4)(cid:1)(cid:8)(cid:16)(cid:16)(cid:10)
`
`(cid:15)(cid:12) (cid:11)(cid:16)(cid:15)(cid:12)(cid:9)(cid:11)(cid:16) (cid:65)(cid:40)(cid:1)(cid:20)(cid:56)(cid:48)(cid:58)(cid:48)(cid:57)(cid:47)(cid:1)(cid:28)(cid:48)(cid:41)(cid:56)(cid:40)(cid:56)(cid:63)(cid:1)(cid:65)(cid:41)(cid:1)(cid:22)(cid:35)(cid:21)(cid:1)(cid:65)(cid:49)(cid:1)(cid:8)(cid:12)(cid:14)(cid:13)(cid:6)(cid:11)(cid:7)(cid:7)(cid:7)(cid:7)(cid:7)
`
`(cid:15)(cid:13) (cid:1)(cid:7)(cid:15)(cid:13)(cid:13)(cid:1)(cid:7) (cid:65)(cid:40)(cid:1)(cid:38)(cid:54)(cid:51)(cid:59)(cid:52)(cid:44)(cid:1)(cid:8)(cid:1)(cid:2)(cid:8)(cid:16)(cid:13)(cid:9)(cid:3)(cid:5)(cid:1)(cid:65)(cid:64)(cid:1)(cid:37)(cid:27)(cid:34)(cid:34)(cid:1)(cid:34)(cid:44)(cid:58)(cid:40)(cid:48)(cid:53)(cid:44)(cid:43)(cid:1)(cid:36)(cid:48)(cid:58)(cid:51)(cid:44)
`(cid:35)(cid:39)(cid:35)(cid:39)(cid:35) (cid:7)(cid:8)(cid:11)(cid:12)(cid:10)(cid:9)(cid:13)(cid:11)(cid:14)
`
`(cid:19)(cid:42)(cid:42)(cid:44)(cid:57)(cid:57)(cid:48)(cid:41)(cid:48)(cid:51)(cid:48)(cid:58)(cid:63)(cid:1)(cid:36)(cid:44)(cid:56)(cid:52)(cid:57)(cid:1)(cid:54)(cid:45)(cid:1)(cid:59)(cid:57)(cid:44)(cid:1)(cid:66)(cid:1)(cid:36)(cid:47)(cid:44)(cid:1)(cid:20)(cid:56)(cid:48)(cid:58)(cid:48)(cid:57)(cid:47)(cid:1)(cid:28)(cid:48)(cid:41)(cid:56)(cid:40)(cid:56)(cid:63)(cid:1)(cid:20)(cid:54)(cid:40)(cid:56)(cid:43)
`
`(cid:32)(cid:9)
`
`p //p moca b uk/ /?fu c=d ec & oca _base=PR MO&doc_ umbe =014532647&fo ma =001&co _ g=e g
`Page 1 of 1
`Appendix 1029-C
`
`Page 1 of 1
`
`Page 161 of 304
`
`

`

`Appendix 1029-D
`
`Early Citations to Dogheche
`
`Page 162 of 304
`
`

`

`,
`,
`y
`c(cid:2)2000 The Japan Society of Applied Physics
`
`Deposition of AlN Thin Films with Cubic Crystal Structures on Silicon Substrates
`at Room Temperature
`Zhong-Min REN, Yong-Feng LU, Yeow-Whatt GOH, Tow-Chong CHONG, Mei-Ling NG1, Jian-Ping WANG1,
`Boon-Aik CHEONG1 and Yun-Fook LIEW1
`Laser Microprocessing Laboratory, Department of Electrical Engineering and Data Storage Institute, National University of Singapore,
`10 Kent Ridge Crescent, Singapore 119260
`1Data Storage Institute, 5 Engineering Drive 1, Singapore 117608
`
`(Received September 20, 1999 accepted for publication March 6, 2000)
`
`Cubic AlN thin films were deposited at room temperature by nitrogen-ion-assisted pulsed laser ablation of a hexagonal
`AlN target. The full-width at half maximum (FWHM) of the X-ray diffraction peak in the θ ∼ 2θ scan can reach a value of
`−1 originating from cubic AlN polycrystalline
`0.27 degrees. In the Raman spectroscopy measurement, a new peak at 2333 cm
`was observed. Nitrogen ions not only effectively promote the formation of stable Al–N bonds but also improve the crystal
`properties of the deposited thin films. A nitrogen ion energy of 400 eV is proposed for the thin-film deposition.
`KEYWORDS: AlN pulsed laser deposition thin films cubic crystalline Raman spectroscopy XRD XPS
`
`produced by a 1-cm Kaufman-type ion source irradiated the
`substrate surface to assist the deposition. The ion flux was
`set at 1 mA/cm2. The deposition rate was 0.1 nm/s as mea-
`sured by a microbalance mounted on the substrate. Si(100)
`wafers were used as substrates. The deposited thin films have
`thicknesses of around 200 ∼ 300 nm. After deposition, X-ray
`diffraction (XRD), Raman spectroscopy and X-ray photoelec-
`tron spectroscopy (XPS) measurements were carried out to
`characterize the crystal, chemical binding and compositional
`properties of the deposited thin films.
`Figure 1 shows the XRD θ ∼ 2θ spectrum of an AlN
`thin film deposited by 400 eV nitrogen ion bombardment.
`The measurements were performed on a Philips X’Pert-MRD
`system. Cu Kα irradiation with an average wavelength of
`1.5418 Å was used as an X-ray source in the diffraction mea-
`surements. In the spectrum, besides the Si(200) and Si(400)
`diffraction peaks, there are four distinct peaks at 2θ = 38.5,
`44.7, 65.3 and 78.3, corresponding respectively to orienta-
`tions of (111), (200), (220) and (311) of the cubic AlN crys-
`tal22) although the crystal structure of the target is hexagonal.
`Hexagonal structures are not detected from Fig. 1 when the
`resolution of the MRD system is taken into account. The
`FWHM of the AlN(200) peak is about 0.27 degrees, lower
`than that of films deposited by plasma source molecular beam
`epitaxy.6) The formation of AlN cubic structures on Si(100)
`
`Si(400)
`
`AlN(311)
`
`80
`
`AlN(220)
`
`60
`
`AlN(200)
`
`AlN(111)
`
`Si(200)
`
`20
`
`40
`
`Intensity(arb.unit)
`
`2
`Fig. 1. XRD θ ∼ 2θ spectrum of a AlN thin film deposited by KrF laser
`
`Recently there has been tremendous interest in the synthe-
`sis of AlN thin film due to its wide band gap and other desir-
`able properties of thermal conductivity, electrical resistivity
`(dielectric constant) and acoustic properties.1–3) Many exper-
`imental methods have been used to deposit AlN thin films, in-
`cluding metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD),4)
`plasma-assisted molecular beam epitaxy (PAMBE),5–7) RF re-
`active magnetron sputtering,8–11) ion-assisted chemical vapor
`deposition12) and pulsed laser deposition (PLD).13–19) A num-
`ber of new theoretical works have also been published re-
`cently.20 21) Almost all the deposition methods require high
`◦
`substrate temperatures (normally above 600
`C) although the
`defects both inside the thin films and at the interface between
`the substrate and the thin film cannot be avoided.6) To date, all
`the deposited AlN thin films have hexagonal structures with a
`highly textured orientation of (0001) on sapphire, silicon and
`glass substrates.3 6 7 9 10 18 19)
`In our study, we attempted to use pulsed laser ablation to
`deposit AlN thin films on silicon substrates at room tempera-
`ture. PLD has been proven to be suitable to fabricate AlN thin
`films on silicon and sapphire substrates. Compared with other
`methods, PLD has two main aspects of advantages. First, it
`can faithfully transfer the target material to the substrate sur-
`face without an obvious change in the compositional ratios of
`compound materials. Second, the energetic radicals in the ab-
`lated plume are beneficial to the formation of ideal crystalline
`structures in the deposited thin films. In our experiments, the
`ion-assisted PLD combines the advantages of ion bombard-
`ment and laser ablation. With this approach, we can indepen-
`dently control the energies of the AlN radicals in the ablated
`plasma and the nitrogen ions in the ion beam to improve the
`quality of the deposited thin films. Moreover, the nitrogen
`ions can also compensate for the loss of nitrogen species in
`the ablation process.
`In the experiment, we used a KrF excimer laser at a wave-
`length of 248 nm to ablate an AlN target. The deposition was
`carried out in a PLD system with a background vacuum of
`1× 10
`−6 Torr. An AlN target with a standard hexagonal crys-
`tal structure and a purity of 99.995% was mounted on a target
`holder that was rotated by an external motor. The target was
`placed 2 cm away from the substrate surface. The laser pulse
`−2 with
`duration was 30 ns The laser fluence was set at 2 J cm
`
`Page 163 of 304
`
`

`

`L 424
`
`Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 39 (2000) Pt. 2, No. 5A
`
`Z.-M. REN et al.
`
`For the thin films deposited without nitrogen ions, no obvi-
`ous Raman peak can be observed, implying that the nitrogen
`ions can effectively improve the crystal property of the thin
`film. Although it induces defects, ion implantation can possi-
`bly benefit the growth of the crystal grains. The energetic ni-
`trogen ions can enhance the chemical combinations between
`Al and N atoms and thus lead to more and larger AlN crystal
`grains.
`The chemical binding and compositional properties of
`the AlN thin films were analyzed by XPS measurements.
`Figure 3 shows the XPS Al 2p spectra for three AlN thin films
`deposited with different ion energies. The binding energy of
`the Al 2p electron increases slightly with increasing nitrogen
`ion energy from 100 to 400 eV, due to the fact that the ener-
`getic nitrogen ions can effectively react with Al atoms to form
`AlN compounds. The binding energy of the Al 2p electron in
`the AlN compound is higher than that in atomic Al due to the
`weak shielding effect. Higher ion energy can lead to the for-
`
`200 eV
`
`400 eV
`
`Al 2p
`
`100 eV
`
`Intensity(arb.unit)
`
`70
`
`80
`78
`76
`74
`72
`Binding Energy (eV)
`
`82
`
`Fig. 3. XPS Al 2p spectra for AlN thin films deposited under different ni-
`trogen ion energies of 100, 200, and 400 eV. The laser fluence is 2 J/cm2.
`The ion flux is 1 mA/cm2.
`
`(a)
`
`400 eV N+
`
`N-Al
`
`N 1s
`
`N-N
`
`398
`
`406
`404
`402
`400
`Binding Energy (eV)
`
`408
`
`(b)
`
`N2 atmosphere
`N-N
`
`N 1s
`
`N-Al
`
`Intensity(arb.unit)
`
`Intensity(arb.unit)
`
`398
`
`406
`404
`402
`400
`Binding Energy (eV)
`
`408
`
`+
`
`substrates is different from most other research results in
`which hexagonal AlN structures are formed.15 18 19) In the
`detailed studies6 7) of the microstructures and initial stages
`of thin-film deposition, AlN films have an initial amorphous
`region at the interface between the substrate and the thin
`film, followed by c-axis-oriented columnar grains. Substrate
`◦
`temperatures higher than 600
`C can significantly reduce the
`amorphous regions at the interface and promote to grow AlN
`with hexagonal (0001) orientation. However, in our deposi-
`tion, since substrate temperature is low, the c-axis-orientated
`growth of hexagonal AlN is not preferred. Instead, another
`metastable state of the crystal AlN with a cubic structure was
`obtained from our deposition, although the hexagonal AlN is
`possibly in a much stable state. The PLD at room temperature
`with the assistance of ion-beam coprocessing leads to mainly
`(111)-oriented c-AlN thin films.
`We also deposited AlN thin films without nitrogen ion
`bombardment. These deposited thin films exhibit no XRD
`peaks, indicating only amorphous structures. The result re-
`veals the important role of nitrogen ions in the synthesis of
`AlN thin films with cubic crystal structures. Moreover, ni-
`trogen ion energy lower than 400 eV leads to weaker and
`broader XRD peaks. Therefore, nitrogen ions with an en-
`ergy of 400 eV can effectively assist in the formation of cu-
`bic crystalline structures in the deposited thin films. When
`the nitrogen ion energy exceeds 400 eV, the deposition will
`be impeded due to the resputtering effect caused by the ion
`bombardment.
`Figure 2 shows the Raman spectra of the AlN thin films de-
`posited under the different nitrogen ion energies of 100, 200,
`and 400 eV. Similar to most other research findings,19 23 24)
`the Raman peaks of the AlN thin films are weak. The peaks at
`−1 reflect the phonon modes of E1(TO),
`618, 670 and 826 cm
`A1(LO) and E1(LO), respectively,23 24) indicating the crystal
`structures of the deposited thin films. The intensities of these
`Raman peaks increase with increasing nitrogen ion energy
`from 100 to 400 eV, implying that the nitrogen ion energy of
`400 eV is optimal for the deposition of crystal AlN thin films,
`in agreement with the XRD analysis result. Besides these
`−1 which is
`peaks, there is a sharp and strong peak at 2333 cm
`observed for the first time. The intensity of this peak also in-
`creases with the nitrogen ion energy and reaches a maximum
`when the ion energy increases to 400 eV. Therefore, this peak
`must originate from the cubic structure of AlN.
`
`618
`
`826
`
`670
`
`Si
`
`Si
`
`Intensity(arb.unit)
`
`Page 164 of 304
`
`400 eV
`
`200 eV
`
`2333
`
`100 eV
`2700
`
`1800
`900
`Raman Shift (cm-1)
`Fig. 2. Raman spectra of AlN thin films deposited under different nitrogen
`2
`
`

`

`Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 39 (2000) Pt. 2, No. 5A
`
`Z.-M. REN et a1.
`
`L425
`
`mation of more Al—N bonds and therefore an increase in the
`
`Al 2p binding energy.
`Figure 4 shows two XPS N ls spectra forAlN thin films
`deposited with and without the assistance of nitrogen ions,
`respectively. It is evident that, in the thin films, there are two
`nitrogen statuses related to N—N and N—Al bonds. The differ—
`ence between these two spectra in Fig. 4 is quite obvious. The
`thin film deposited in the N2 atmosphere has a very strong N—
`N peak whereas that deposited with 400 eV N+ implantation
`has a strong N—Al peak. The nitrogen ions in the deposition
`promote the formation of Al—N bonds and reduce the density
`of N—N bonds. Therefore, nitrogen ions with an energy of
`about 400 eV are beneficial to the synthesis of AlN thin films,
`in agreement with the above XRD and Raman results.
`The N/Al atomic ratio of the deposited thin films is in the
`range of 0.90 to 1.12. The N/Al atomic ratio is evaluated us-
`ing N : A1 = AN/SN : Am/SAI, where AN and AM are the
`areas under the N15 and A12p peaks, and the constants SN
`and SA! are the sensitivity factors of nitrogen and aluminum,
`respectively. The ratio is slightly lower than 1.0 when the
`ion energy is 400eV, due to the resputtering effect. Depo—
`sition with ion-beam bombardment is a nonequilibrium pro-
`cess. The low substrate temperature does not provide any en-
`ergy for the equilibrium growth of an AlN crystal. The de-
`position is accomplished by energetic ions with energies of
`about 400eV. Therefore, the crystalline growth mechanism
`is quite different from other deposition methods where high
`substrate temperatures and low ion energies are employed.
`Hexagonal AlN thin films were deposited by PLD at substrate
`temperatures above 675°C15-13) and by RF magnetic sputter-
`ing and molecular beam epitaxy with substrate temperatures
`higher than 400°C,6-9-1°-19) even on silicon6'9' 18) and glasslo)
`substrates. However, in our deposition, the c—axis-oriented
`growth which leads to the hexagonal structure is not possible
`due to the low substrate temperature. In contrast, the ener-
`getic ions promote the formation of another metastable state
`of crystal A1N with a cubic structure. Therefore, the use of
`nitrogen ions with the energy of about 400 eV plays an im—
`portant role in the formation of a cubic AlN crystal.
`In summary, AlN thin films were deposited at room tem—
`perature on Si( 100) substrates by nitrogen-ion—assisted pulsed
`laser ablation of a hexagonal AlN target. The thin films
`have cubic crystal structures with orientations of (l l l), (200),
`(220) and (311), difierent from most other research results in
`which hexagonal AlN was obtained. Energetic nitrogen ion
`implantation plays an important role in the formation of a cu—
`
`bic AlN crystal. An ion energy of 400 eV was determined to
`be appropriate for the deposition process.
`
`Acknowledgements
`The authors would like to thank Miss. H. L. Koh for her
`technical assistance in this research.
`
`1) W. R. L. Lambrecht: Mater. Res. Synrp. Proc. 339 (1994) 565.
`2) F. A. Ponce, S. P. DenBaars, B. K. Meyer, S. Nakamrrra and S. Suite:
`Nitride Semiconductors (Materials Research Society, Boston, 1998).
`3) K. A. Jones, K. Xie, D. W. Eckart, M. C. Wood, V. 'I‘alyansky, R. D.
`Vrspute, T. Venkatesan, K. Wongchotigul and M. Spencer. J. App].
`Phys. 83 (1998) 8010.
`4) P. King, A. Saxler, X. Zhang, D. Walker, T. C. Wang, I. Furguson and
`M. Razeght Appl. Phys. Lett. 66 (1995) 2958.
`S) K. S. Stevens,A. OhIani,M. KinnibmghandRBeresforrt App]. Phys.
`Lett. 65 (1994) 321.
`6) G. W. Amer, F. Jin, V. M. Naik and R. Nair J. Appl. Phys. 85 (1999)
`7879.
`7) J. R. Heffelfinger, D. L. Medlin and K. F. Mccarty: J. App]. Phys. 85
`(1999) 466.
`8) WJ. Meng,J.HerernansandY.T. Chang: Appl. Phys. Lett. 59 (1991)
`2097.
`9) E. Dogheche, D. Remiens, A. Boudrioua and J. C. Loulergue: Appl.
`Phys. Iett. 74 (1999) 1209.
`10) A. Rodriguez-Navarro, W. Otano—Rivera, L. J. Pilione, R. Messier and
`J. M. Garcia-Ruiz: J. Vac. Sci. & Techno]. A 16 (1998) 1244.
`11) H.Y.Joo,H.J. Kim, 5.]. KirnandS.Y.Kinr J.Vac. Sci. &Technol.
`A 17(1999) 862.
`12) J. C. Sanchez-Lopez, L. Contreas, A. Fernandez, A. R. Gonzalez-Elipe,
`J. M. Martin and B. Vacher. Thin Solid Films 317 (1998) 100.
`13) T. F. Huang and]. S. Harris, Jr.: App]. Phys. ten. 72 (1998) 1158.
`14) V. Talyansky, R. D. Vrspute, R. Ramesh, R. P. Shanna, T. Venkatesan,
`Y. X. Li, L. G. Salamanca—Riba, M. C. Wood, R. T. Lareau, K. A. Jones
`andA. A. Iliadis: Thin Solid Films 323 (1998) 37.
`15) G. S. Sudlrir, H. Fujii, W. S. Wong, C. Kisielowski, N. Newman, C.
`Dicker, Z. liliental-Weber, M. D. Rubin and E. R. Weber. Appl. Surf.
`Sci. 127 (1998) 471.
`16) R. D.Vrspute, J. NarayanandJ. D. Budai: 'I‘hinSofid Films 299 (1997)
`94.
`17) M.He, N. Cheng, P. Dion, H. Okabe and]. B. Halpern: J. Vac. Sci. &
`Technol. A 16 (1998) 2372.
`18) A.Knmar,H.L.Chan,J.J.WeirnerandL.Sanderson: ThinSolidFilms
`308/309 (1997) 406.
`19) K. Jagannadham, A. K. Sharma, Q. Wei, R. Kalyamaman and J.
`Narayan: J. Vac. Sci. & Techno]. A 16 (1998) 2804.
`20) R. Di Felice and J. E. Northrup: Appl. Phys. Iett. 73 (1998) 936.
`21) R.DiFe1ice, C. M. Bertoni andA.Cate]]ani: App1.Phys.Lett.74 (1999)
`2137.
`22) H. Vollstadt: Proc. Jpn. Acad. B 66 (1990) 7.
`23) C. Carlone, K. M. Ialnn and H. R. Shanks: J. Appl. Phys. 55 (1984)
`4010.
`24) L. E. McNeil, M. Grimsditchand R. H. Franc]: J. Am. Ceram. Soc. 76
`(1993) 1132.
`
`Page 165 of 304
`
`

`

`(cid:8)(cid:17)(cid:18)(cid:16)
`(cid:5)(cid:6)(cid:6)(cid:7) (cid:8)(cid:9)(cid:7)(cid:10)(cid:9)(cid:11)(cid:12)(cid:8)(cid:13)(cid:11)(cid:9) (cid:14)(cid:15)(cid:16)(cid:8)(cid:17)(cid:9)(cid:14)(cid:18)(cid:14) (cid:6)(cid:19)
`(cid:19)(cid:18)(cid:20)(cid:7)(cid:14) (cid:21)(cid:15) (cid:16)(cid:18)(cid:8)(cid:11)(cid:6)(cid:22)(cid:9)(cid:16)(cid:4)(cid:18)(cid:6)(cid:16)(cid:4)(cid:12)(cid:14)(cid:14)(cid:18)(cid:14)(cid:8)(cid:9)(cid:23) (cid:10)(cid:13)(cid:20)(cid:14)(cid:9)(cid:23) (cid:20)(cid:12)(cid:14)(cid:9)(cid:11)
`(cid:23)(cid:9)(cid:10)(cid:6)(cid:14)(cid:18)(cid:8)(cid:18)(cid:6)(cid:16)
`
`(cid:5)(cid:6)(cid:7)(cid:8) (cid:9)(cid:10)(cid:11) (cid:12)(cid:13)(cid:14)(cid:15)(cid:16)(cid:9)(cid:17) (cid:13)(cid:18) (cid:19)(cid:20)(cid:20) (cid:6)(cid:8)(cid:21) (cid:22)(cid:23)(cid:24)(cid:10)(cid:6)(cid:25)(cid:10) (cid:24)(cid:24)(cid:26) (cid:27)(cid:28)(cid:29)(cid:30) (cid:31)(cid:32)(cid:33)(cid:33)(cid:33)(cid:34)(cid:35) (cid:23)(cid:7)(cid:7)(cid:20)(cid:10)(cid:11)(cid:36)(cid:36)(cid:21)(cid:13)(cid:6)(cid:37)(cid:13)(cid:15)(cid:38)(cid:36)(cid:39)(cid:33)(cid:37)(cid:39)(cid:33)(cid:30)(cid:28)(cid:36)(cid:39)(cid:37)(cid:39)(cid:28)(cid:32)(cid:33)(cid:33)(cid:39)(cid:33)
`(cid:40)(cid:14)(cid:41)(cid:42)(cid:6)(cid:7)(cid:7)(cid:8)(cid:21)(cid:11) (cid:39)(cid:33) (cid:19)(cid:20)(cid:15)(cid:6)(cid:17) (cid:32)(cid:33)(cid:33)(cid:33) (cid:37) (cid:19)(cid:25)(cid:25)(cid:8)(cid:20)(cid:7)(cid:8)(cid:21)(cid:11) (cid:32)(cid:43) (cid:19)(cid:14)(cid:38)(cid:14)(cid:10)(cid:7) (cid:32)(cid:33)(cid:33)(cid:33) (cid:37) (cid:22)(cid:14)(cid:41)(cid:17)(cid:6)(cid:10)(cid:23)(cid:8)(cid:21) (cid:44)(cid:16)(cid:17)(cid:6)(cid:16)(cid:8)(cid:11) (cid:32)(cid:43) (cid:45)(cid:13)(cid:46)(cid:8)(cid:42)(cid:41)(cid:8)(cid:15) (cid:32)(cid:33)(cid:33)(cid:33)
`
`(cid:47)(cid:37) (cid:48)(cid:37) (cid:49)(cid:8)(cid:16)(cid:26) (cid:50)(cid:37) (cid:51)(cid:37) (cid:52)(cid:14)(cid:26) (cid:53)(cid:37) (cid:54)(cid:37) (cid:45)(cid:6)(cid:26) (cid:55)(cid:37) (cid:50)(cid:37) (cid:51)(cid:37) (cid:52)(cid:6)(cid:8)(cid:56)(cid:26) (cid:57)(cid:37) (cid:19)(cid:37) (cid:5)(cid:23)(cid:8)(cid:13)(cid:16)(cid:38)(cid:26) (cid:40)(cid:37) (cid:58)(cid:37) (cid:5)(cid:23)(cid:13)(cid:56)(cid:26) (cid:48)(cid:37) (cid:52)(cid:37) (cid:45)(cid:38)(cid:26) (cid:9)(cid:16)(cid:21) (cid:12)(cid:37) (cid:22)(cid:37) (cid:59)(cid:9)(cid:16)(cid:38)
`
`(cid:25)(cid:5)(cid:26)(cid:27)(cid:28)(cid:29)(cid:30)(cid:31) (cid:32)(cid:33)(cid:34) (cid:35)(cid:25)(cid:32) (cid:36)(cid:30) (cid:27)(cid:37)(cid:26)(cid:30)(cid:5)(cid:30)(cid:31)(cid:26)(cid:30)(cid:38) (cid:27)(cid:37)
`
`(cid:40)(cid:7)(cid:15)(cid:14)(cid:25)(cid:7)(cid:14)(cid:15)(cid:9)(cid:17) (cid:25)(cid:23)(cid:9)(cid:15)(cid:9)(cid:25)(cid:7)(cid:8)(cid:15)(cid:6)(cid:10)(cid:7)(cid:6)(cid:25)(cid:10) (cid:13)(cid:18) (cid:19)(cid:17)(cid:45) (cid:18)(cid:6)(cid:17)(cid:42)(cid:10) (cid:21)(cid:8)(cid:20)(cid:13)(cid:10)(cid:6)(cid:7)(cid:8)(cid:21) (cid:41)(cid:24) (cid:20)(cid:14)(cid:17)(cid:10)(cid:8)(cid:21) (cid:17)(cid:9)(cid:10)(cid:8)(cid:15) (cid:21)(cid:8)(cid:20)(cid:13)(cid:10)(cid:6)(cid:7)(cid:6)(cid:13)(cid:16) (cid:9)(cid:16)(cid:21) (cid:15)(cid:8)(cid:9)(cid:25)(cid:7)(cid:6)(cid:46)(cid:8)
`(cid:42)(cid:9)(cid:38)(cid:16)(cid:8)(cid:7)(cid:15)(cid:13)(cid:16) (cid:10)(cid:20)(cid:14)(cid:7)(cid:7)(cid:8)(cid:15)(cid:6)(cid:16)(cid:38)(cid:11) (cid:19) (cid:25)(cid:13)(cid:42)(cid:20)(cid:9)(cid:15)(cid:9)(cid:7)(cid:6)(cid:46)(cid:8) (cid:10)(cid:7)(cid:14)(cid:21)(cid:24)
`(cid:12)(cid:13)(cid:14)(cid:15)(cid:16)(cid:9)(cid:17) (cid:13)(cid:18) (cid:60)(cid:9)(cid:25)(cid:14)(cid:14)(cid:42) (cid:40)(cid:25)(cid:6)(cid:8)(cid:16)(cid:25)(cid:8) (cid:61) (cid:55)(cid:8)(cid:25)(cid:23)(cid:16)(cid:13)(cid:17)(cid:13)(cid:38)(cid:24) (cid:19) (cid:39)(cid:40)(cid:26) (cid:32)(cid:43)(cid:33)(cid:29) (cid:31)(cid:39)(cid:62)(cid:62)(cid:43)(cid:34)(cid:35) (cid:23)(cid:7)(cid:7)(cid:20)(cid:10)(cid:11)(cid:36)(cid:36)(cid:21)(cid:13)(cid:6)(cid:37)(cid:13)(cid:15)(cid:38)(cid:36)(cid:39)(cid:33)(cid:37)(cid:39)(cid:39)(cid:39)(cid:30)(cid:36)(cid:39)(cid:37)(cid:63)(cid:43)(cid:39)(cid:29)(cid:32)(cid:63)
`
`(cid:64)(cid:13)(cid:16)(cid:4)(cid:9)(cid:10)(cid:10)(cid:6)(cid:10)(cid:7)(cid:8)(cid:21) (cid:20)(cid:14)(cid:17)(cid:10)(cid:8)(cid:21) (cid:17)(cid:9)(cid:10)(cid:8)(cid:15) (cid:21)(cid:8)(cid:20)(cid:13)(cid:10)(cid:6)(cid:7)(cid:6)(cid:13)(cid:16) (cid:13)(cid:18) (cid:9)(cid:17)(cid:14)(cid:42)(cid:6)(cid:16)(cid:14)(cid:42) (cid:16)(cid:6)(cid:7)(cid:15)(cid:6)(cid:21)(cid:8) (cid:7)(cid:23)(cid:6)(cid:16) (cid:18)(cid:6)(cid:17)(cid:42)(cid:10)
`(cid:12)(cid:13)(cid:14)(cid:15)(cid:16)(cid:9)(cid:17) (cid:13)(cid:18) (cid:19)(cid:20)(cid:20)(cid:17)(cid:6)(cid:8)(cid:21) (cid:22)(cid:23)(cid:24)(cid:10)(cid:6)(cid:25)(cid:10) (cid:24)(cid:41)(cid:26) (cid:39)(cid:63)(cid:29)(cid:33) (cid:31)(cid:32)(cid:33)(cid:33)(cid:33)(cid:34)(cid:35) (cid:23)(cid:7)(cid:7)(cid:20)(cid:10)(cid:11)(cid:36)(cid:36)(cid:21)(cid:13)(cid:6)(cid:37)(cid:13)(cid:15)(cid:38)(cid:36)(cid:39)(cid:33)(cid:37)(cid:39)(cid:33)(cid:30)(cid:28)(cid:36)(cid:39)(cid:37)(cid:28)(cid:27)(cid:32)(cid:33)(cid:29)(cid:30)
`
`(cid:65)(cid:20)(cid:6)(cid:7)(cid:9)(cid:66)(cid:6)(cid:9)(cid:17) (cid:38)(cid:15)(cid:13)(cid:56)(cid:7)(cid:23) (cid:13)(cid:18) (cid:19)(cid:17)(cid:45) (cid:7)(cid:23)(cid:6)(cid:16) (cid:18)(cid:6)(cid:17)(cid:42)(cid:10) (cid:13)(cid:16) (cid:10)(cid:6)(cid:17)(cid:6)(cid:25)(cid:13)(cid:16) (cid:31)(cid:39)(cid:39)(cid:39)(cid:34) (cid:10)(cid:14)(cid:41)(cid:10)(cid:7)(cid:15)(cid:9)(cid:7)(cid:8)(cid:10) (cid:41)(cid:24) (cid:20)(cid:14)(cid:17)(cid:10)(cid:8)(cid:21) (cid:17)(cid:9)(cid:10)(cid:8)(cid:15) (cid:21)(cid:8)(cid:20)(cid:13)(cid:10)(cid:6)(cid:7)(cid:6)(cid:13)(cid:16)
`(cid:12)(cid:13)(cid:14)(cid:15)(cid:16)(cid:9)(cid:17) (cid:13)(cid:18) (cid:19)(cid:20)(cid:20)(cid:17)(cid:6)(cid:8)(cid:21) (cid:22)(cid:23)(cid:24)(cid:10)(cid:6)(cid:25)(cid:10) (cid:41)(cid:41)(cid:26) (cid:29)(cid:27)(cid:32)(cid:29) (cid:31)(cid:39)(cid:62)(cid:62)(cid:63)(cid:34)(cid:35) (cid:23)(cid:7)(cid:7)(cid:20)(cid:10)(cid:11)(cid:36)(cid:36)(cid:21)(cid:13)(cid:6)(cid:37)(cid:13)(cid:15)(cid:38)(cid:36)(cid:39)(cid:33)(cid:37)(cid:39)(cid:33)(cid:30)(cid:28)(cid:36)(cid:39)(cid:37)(cid:28)(cid:63)(cid:62)(cid:29)(cid:29)(cid:39)
`
`(cid:12)(cid:13)(cid:14)(cid:15)(cid:16)(cid:9)(cid:17) (cid:13)(cid:18) (cid:19)(cid:20)(cid:20)(cid:17)(cid:6)(cid:8)(cid:21) (cid:22)(cid:23)(cid:24)(cid:10)(cid:6)(cid:25)(cid:10) (cid:24)(cid:24)(cid:26) (cid:27)(cid:28)(cid:29)(cid:30) (cid:31)(cid:32)(cid:33)(cid:33)(cid:33)(cid:34)(cid:35) (cid:23)(cid:7)(cid:7)(cid:20)(cid:10)(cid:11)(cid:36)(cid:36)(cid:21)(cid:13)(cid:6)(cid:37)(cid:13)(cid:15)(cid:38)(cid:36)(cid:39)(cid:33)(cid:37)(cid:39)(cid:33)(cid:30)(cid:28)(cid:36)(cid:39)(cid:37)(cid:39)(cid:28)(cid:32)(cid:33)(cid:33)(cid:39)(cid:33)
`
`(cid:24)(cid:24)(cid:26) (cid:27)(cid:28)(cid:29)(cid:30)
`
`(cid:67) (cid:32)(cid:33)(cid:33)(cid:33) (cid:19)(cid:42)(cid:8)(cid:15)(cid:6)(cid:25)(cid:9)(cid:16) (cid:64)(cid:16)(cid:10)(cid:7)(cid:6)(cid:7)(cid:14)(cid:7)(cid:8) (cid:13)(cid:18) (cid:22)(cid:23)(cid:24)(cid:10)(cid:6)(cid:25)(cid:10)(cid:37)
`
`Page 166 of 304
`
`

`

`JOURNAL OF APPLIED PHYSICS
`
`VOLUME 88, NUMBER 12
`
`15 DECEMBER 2000
`
`Room temperature synthesis of c-AlN thin films by nitrogen-ion-assisted
`pulsed laser deposition
`Z. M. Ren, Y. F. Lu,a) and H. Q. Ni
`Laser Microprocessing Laboratory, Department of Electrical Engineering and Data Storage Institute,
`National University of Singapore, 10 Kent Ridge Crescent, 119260 Singapore
`T. Y. F. Liew, B. A. Cheong, S. K. Chow, M. L. Ng, and J. P. Wang
`Data Storage Institute, 5 Engineering Drive 1, 117608 Singapore
`共Received 10 April 2000; accepted for publication 28 August 2000兲
`
`Cubic aluminum nitride (c-AlN) thin films have been deposited at room temperature on silicon
`substrates by nitrogen-ion-assisted pulsed laser ablation of a hexagonal AlN target. The deposited
`thin films exhibit good crystal properties with sharp x-ray diffraction peaks. The influences of the
`nitrogen ion energy on the morphological, compositional, and electronic properties of the AlN thin
`films have been studied. The nitrogen ions can effectively promote the formation of Al–N bonds
`and improve the crystal properties of the deposited thin films. A nitrogen ion energy of 400 eV is
`proposed to deposit high quality c-AlN thin films. © 2000 American Institute of Physics.
`关S0021-8979共00兲03623-9兴
`
`I. INTRODUCTION
`
`II. EXPERIMENT
`
`Aluminum nitride is increasingly receiving high interest
`from the material research community due to its wide band
`gap, high thermal conductivity, high electrical resistivity 共di-
`electric constant兲, and good acoustic properties.1–3 Many re-
`search groups are exploring the synthesis of high quality
`AlN. Some experimental methods have been used to deposit
`AlN thin films,
`including metalorganic chemical vapor
`deposition,4 plasma-assisted molecular beam epitaxy,5–7 rf
`reactive magnetron sputtering,8–11 ion-assisted chemical va-
`por deposition12 and pulsed laser deposition 共PLD兲.13–19
`Most of the deposition methods require high substrate tem-
`peratures 共normally