Étude par XPS et calculs ab initio de couches minces de nitrure de bore

Laboratoire de physico-chimie moléculaire, URA CNRS 474, hélioparc Pau-Pyrénées, 2, av Président-Angot, 64000 Pau, France.

Résumé

Des couches minces de nitrure de bore déposées par CVD sur des substrats de carbure de silicium sont étudiées par spectroscopie photoélectronique à rayonnement X (XPS ou ESCA) et calculs quantiques ab initio (base STO-3G). Les analyses XPS des couches électroniques de coeur montre la présence, de façon homogène, d'oxygène. Celui- ci n'est pas simplement adsorbé mais substitue une partie des azotes ([B] = [N] + [O]). Les spectres XPS haute résolution montre en outre l'existence des environnements NB₃, BN₃ et BN_xO_y. Ces résultats permettent d'établir un modèle de la structure turbostratique de ces couches. Ce modèle est utilisé pour le calcul ab initio de la structure électronique et la structure de bande de ces nitrures de bore oxydés, analysées par référence à celles du nitrure de bore hexagonal pur. Les spectres de valence calculés de ces composés sont en bon accord avec les spectres XPS expérimentaux.

Abstract

BN-films deposited from BF₃-NH mixtures under CVD-conditions on plane sintered α-SiC substrates were studied by XPS and ab-initio calculations (STP-3G basis set). The XPS analyses indicate homogeneous amounts of oxygen. This oxygen is not simply adsorbed but replaces partly the nitrogen atoms ([B] = [N] + [O]). The high resolution XP spectra show the existence of NB₃, BN₃ and BN_xO_y groups. These data allow to propose a model of the turbostractic structure for these films. This model is used to analyse the electronic and band structure of the oxidized nitride in relation to the electronic structure of the hexagonal BN. The calculated valence spectra are in good agreement with the experimental spectra.