氢稀释对纳米晶硅薄膜晶化特性的影响及薄膜生长机理

以SiH₄与H₂作为前驱气体,采用射频等离子增强化学气相沉积技术制备了纳米晶硅薄膜.利用Raman散射和红外吸收光谱等技术,对不同氢稀释比条件下薄膜的微观结构和键合特性进行了研究.结果表明,随着氢稀释比增加,薄膜的晶化率明显提高,而氢稀释比过高时,薄膜晶化率呈现减少趋势.红外吸收光谱分析表明,纳米晶硅薄膜中氢的键合模式与薄膜的晶化特性密切相关.随着氢稀释比增加,薄膜中整体氢含量和SiH₂键合密度明显减少,而在高氢稀释比条件下,氢稀释比增加导致薄膜中SiH₂键合密度和整体氢含量增加.     

高氢稀释制备微晶硅薄膜微结构的研究

采用高氢稀硅烷热丝化学气相沉积方法制备氢化微晶硅薄膜.其结构特征用Raman谱，红外透射谱，小角X射线散射等来表征.结果表明微晶硅的大小及在薄膜中的晶态比χ_c随氢稀释度的提高而增加.而从红外谱计算得到氢含量则随氢稀释度的增加而减少.小角X射线散射结果表明薄膜致密度随氢稀释度的增加而增加.结合红外谱和小角X射线散射的结果讨论与比较了不同相结构下硅网络中H的键合状态.认为随着晶化的发生和晶化程度的提高H逐渐移向晶粒表面，在硅薄膜中H的存在形式从以SiH为主向SiH₂ 关键词：     

纳米晶硅薄膜中氢含量及键合模式的红外分析

采用传统射频等离子体化学气相沉积技术在100—350℃的衬底温度下高速沉积氢化硅薄膜. 傅里叶变换红外光谱和Raman谱的研究表明,纳米晶硅薄膜中的氢含量和硅氢键合模式与薄膜的晶化特性有密切关系,当薄膜从非晶相向晶相转变时,氢的含量减少了一半以上,硅氢键合模式以SiH₂为主. 随着衬底温度的升高和晶化率的增加,纳米晶硅薄膜中氢的含量以及其结构因子逐渐减少. 关键词： 氢化纳米晶硅薄膜 红外透射谱 氢含量 硅氢键合模式     

氢稀释对高速生长纳米晶硅薄膜晶化特性的影响

以SiH₄与H₂为气源,采用射频等离子体增强化学气相沉积技术,在较高的压强(230Pa)下,研究氢稀释率对纳米晶硅薄膜的生长速率和晶化特性的影响. 实验表明,薄膜的晶化率,晶粒尺寸随着氢稀释率的提高而增加,当氢稀释率为99%,薄膜的晶化率接近70%. 而沉积速率却随着氢稀释率的减小而增加,当氢稀释率从99%减小到95%时,薄膜的沉积速率由0.3nm/s 增加至0.8nm/s. 关键词： 纳米晶硅薄膜 氢稀释 晶化率 硅烷     

镶嵌有纳米硅的氮化硅薄膜键合特性分析

采用螺旋波等离子体化学气相沉积(HWPCVD)技术制备了非化学计量比的氢化氮化硅薄膜,对所沉积样品及氮气环境中920 ℃退火样品的微观结构及键合特性进行了分析。Raman散射结果表明,薄膜中过量硅以非晶纳米粒子形式存在,退火样品呈现纳米晶硅和氮化硅的镶嵌结构。红外吸收和可见光吸收特性比较结果显示,薄膜样品的微观结构依赖于化学计量比以及退火过程,硅含量较低样品因高的键合氢含量而表现出低的纳米硅表面缺陷态密度;退火过程将引起Si—H和N—H键合密度的减少,因晶态纳米颗粒的形成,退火样品表现出更高的结构无序度。     

激发频率对高氢稀释下纳米晶硅薄膜生长特性的影响

利用等离子体增强化学气相沉积技术,在高氢稀释条件下,研究不同激发频率对纳米晶硅薄膜生长特性的影响.剖面透射电子显微镜(TEM)分析结果显示,不同激发频率下制备的纳米晶硅薄膜晶化区均呈锥状结构生长,但13.56 MHz激发频率下制备的纳米晶硅薄膜最初生长阶段存在非晶态孵化层,即纳米晶硅薄膜的形成经历了由非晶态孵化层到晶态结构层的转变.而高激发频率(40.68 MHz)下硅纳米晶则能直接在非晶态衬底上生长形成.Raman谱和红外吸收谱测量结果表明高激发频率(40.68 MHz)下制备的纳米晶硅薄膜不但具有较高     

红外光谱法研究射频功率对微晶硅薄膜微结构的影响

采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)技术,在硅衬底上以不同的射频功率生长微晶硅(μc-Si:H)薄膜,利用傅里叶变换红外透射光谱技术对薄膜进行测试.通过对红外透射光谱的高斯拟合分析,结果表明薄膜中的氢含量和硅氢键合模式跟射频功率密切相关;当射频率从30W增加到110W时,薄膜中的氢含量先减少后慢慢增加,而结构因子逐渐增加后再减小,并且硅氢键合模式由以SiH为主转变为以SiH2为主.并讨论了这些参量随射频功率变化的机理.     

氢化非晶硅叠层薄膜对单晶硅表面钝化研究

采用等离子体增强化学气相沉积法生长的单层本征氢化非晶硅薄膜对单晶硅片进行钝化,结果表明增加氢稀释比有利于减少薄膜中的缺陷,增强钝化效果,过量的氢稀释比会导致非晶硅在硅片表面的外延晶化生长,降低钝化效果。退火导致非晶硅晶化程度增加,降低了钝化效果,同时退火提升了薄膜的质量,改变了H键合方式,增强了钝化效果。因此,单层氢化非晶硅只有在合适的氢稀释比和退火温度才可以获得最佳钝化效果。为了提高非晶硅薄膜对硅片的钝化效果,采用具有高低氢稀释比的叠层本征非晶硅薄膜对硅片进行钝化。因此将高氢稀释比沉积的非晶硅薄膜叠层生长于低氢稀释比的薄膜之上,避免非晶硅在硅片表面的外延生长。在退火过程中,高氢稀释比薄膜中的氢扩散到低氢稀释比薄膜中,有效地钝化了非晶硅中和单晶硅表面的悬挂键,改善了非晶硅/硅片的界面质量,叠层钝化后硅片的少子寿命为7.36 ms,隐含开路电压为732 mV。     

氢化纳米硅薄膜中氢的键合特征及其能带结构分析

对氢化纳米硅薄膜中氢的键合特征和薄膜能带结构之间的关系进行了研究.所用样品采用螺 旋波等离子体化学气相沉积技术制备，利用Raman散射、红外吸收和光学吸收技术对薄膜的 微观结构、氢的键合特征以及能带结构特性进行了分析.Raman结果显示不同衬底温度下所生 长薄膜的微观结构存在显著差异，从非晶硅到纳米晶硅转化的衬底温度阈值为200℃.薄膜中 氢的键合特征与薄膜的能带结构密切相关.氢化非晶硅薄膜具有较高的氢含量，因键合氢引 起的价带化学位移和低衬底温度决定的结构无序性，使薄膜呈现较大的光学带隙和带尾宽度 .升 关键词： 氢化纳米硅 螺旋波等离子体 能带结构     

4H-SiC纳米薄膜的微结构及其光电性质研究

采用新设计的电极结构的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,在高功率密度、高氢稀释比、低温、偏压及低反应气压的条件下,在衬底表面形成双等离子流,增加了衬底表面SiC的成核概率,增强成核作用,形成纳米晶.采用高H2等离子体刻蚀弱的、扭曲的、非晶Si—C及Si—Si和Si—H等键时,由于H等离子体对纳米SiC晶粒与非晶态键的差异刻蚀作用,产生自组织生长,发生晶化.Raman光谱和透射电子衍射(TEM)的测试结果表明,纳米晶SiC是4HSiC多型结构.电子显微照片表明平均粒径为16nm,形状为微柱体.实验结果指出,SiC纳米晶的形成必须经过偏压预处理成核,并且其晶化存在一个功率密度阈值;当低于这一功率密度阈值时,晶化消失;当超过这一阈值时,纳米晶含量随功率密度的提高而增加.随着晶化作用的加强,电导率增加. 关键词： 4H-SiC PECVD 纳米结构 多型薄膜 纳米电子学     

螺旋波等离子体增强化学气相沉积氮化硅薄膜

利用螺旋波等离子体增强化学气相沉积(HWP-CVD)技术，以SiH4和N2为反应气体进行了氮化硅(SiN)薄膜沉积，并研究了实验参量对薄膜特性的影响.利用傅里叶变换红外光谱、紫外—可见光谱和椭偏光检测等技术对薄膜的结构、厚度和折射率等参量进行了测量.结果表明，采用HWP-CVD技术能在低衬底温度条件下以较高的沉积速率制备低H含量的SiN薄膜，所沉积的薄膜主要表现为Si—N键合结构.采用较低的反应气体压强将提高薄膜沉积速率，并使薄膜的致密性增加.适当提高N2/SiH4比例有利于薄膜中H含量的降低. 关键词： 螺旋波等离子体 化学气相沉积 氮化硅薄膜     

氮流量在高氢氛围中对富硅氮化硅薄膜材料结构及其发光特性的影响

采用等离子体增强化学气相沉积技术,以N₂掺入到SiH₄和H₂的沉积方式,分别在玻璃和N型单晶硅片(100)衬底上制备富硅氮化硅薄膜。通过紫外-可见光吸收光谱、傅里叶变换红外吸收光谱(FTIR光谱)、拉曼光谱和光致发光谱(PL谱)分别表征掺氮硅薄膜材料的带隙、结构及其发光特性的变化。结果表明：在氢气的氛围中,随着氮气流量的增加,氢原子能够对薄膜缺陷起到抑制作用,并使较低的SiH₄/N₂流量比下呈现富硅态,但却不利于硅团簇的形成。随着氮原子的掺入,Si—N键的含量增大,带隙增大,薄膜内微结构的无序度也增大,薄膜出现了硅与氮缺陷相关的缺陷态发光;随着氮原子进一步增加,出现了带尾态发光,进一步讨论了发光与结构之间的关联。这些结果有助于采用PECVD制备富硅氮化硅对材料发光与结构特性的优化。     

Effects of hydrogen on photoluminescence properties of a-SiNx:H films prepared by VHF-PECVD

Luminescent hydrogenated amorphous silicon nitride films were prepared with different hydrogen flow rate in very high frequency plasma enhanced chemical vapor deposition system. Very bright orange-red light emissions can be clearly observed with the naked eye in a bright room for the films grown at the hydrogen flow rate of 30 sccm. The photoluminescence intensity of the film grown at the hydrogen flow rate of 30 sccm is found to be four times higher than that of the film without hydrogen dilution. However, with further increasing the hydrogen flow rate from 30 to 90 sccm, the photoluminescence intensity of the film rapidly decreases. Fourier-transform infrared absorption spectra indicate that the introduction of hydrogen concentration bonded to silicon and nitrogen is of a key role to enhance the photoluminescence intensity of the films. Based on the measurements of structural and bonding configurations, the improved photoluminescence intensity is attributed to the well hydrogen passivation of nonradiative defect states related to N and Si at proper hydrogen flow rate.     

Influences of hydrogen dilution on microstructure and optical absorption characteristics of nc-SiO_x:H film

By using the plasma enhanced chemical vapor deposition(PECVD) technique, amorphous silicon oxide films containing nanocrystalline silicon grain(nc-Si O x:H) are deposited, and the bonding configurations and optical absorption properties of the films are investigated. The grain size can be well controlled by varying the hydrogen and oxygen content,and the largest size is obtained when the hydrogen dilution ratio R is 33. The results show that the crystallinity and the grain size of the film first increased and then decreased as R increased. The highest degree of crystallinity is obtained at R = 30.The analyses of bonding characteristics and light absorption characteristics show that the incorporation of hydrogen leads to an increase of overall bonding oxygen content in the film, and the film porosity first increases and then decreases. When R = 30, the film can be more compact, the optical absorption edge of the film is blue shifted, and the film has a lower activation energy.     

氢稀释对FTS沉积a-Si:H薄膜结构特性的影响

采用对靶磁控反应溅射技术,以氢气作为反应气体在不同的氢稀释比条件下制备了氢化非晶硅薄膜.利用台阶仪、傅里叶红外透射光谱、Raman谱和紫外-可见光透射谱测量研究了不同氢稀释比对氢化非晶硅薄膜生长速率和结构特性的影响.分析结果发现,利用对靶磁控溅射技术能够实现低温快速沉积高质量氢化非晶硅薄膜的制备.随着氢稀释比不断增加,薄膜沉积速率呈现先减小后增大的趋势.傅里叶红外透射光谱表明,氢化非晶硅薄膜中氢含量先增大后变小.而Raman谱和紫外-可见光透射谱分析发现,氢稀释比的增加使氢化非晶硅薄膜有序度和光学带隙均先增大后减小.可见,此技术通过改变氢稀释比R能够实现氢化非晶硅薄膜结构的有效控制.     

ECR-CVD制备的非晶SiOxNy薄膜的光致蓝光发射

使用90%N2稀释的SiH4与O2作为前驱气体，利用微波电子回旋共振等离子体化学气相沉积（ECR CVD）方法制备了非晶氮氧化硅薄膜（a-SiOxNy）.红外吸收光谱的结果表明，a SiOxNy薄膜主要由Si O Si和Si N键的两相结构组成，在存在氧流量的情形下，薄膜主要成分是SiOx相，而在无氧流量的情形下，薄膜则主要是SiNx相.使用565eV的紫外光激发，发现SiOxNy薄膜出现了位于460nm的光致蓝光主峰，且其发光强度随着氧流量的降低而显著增强.根据缺陷态发光中心和SiNx蓝光发射能隙态模 关键词： ECR CVD 红外吸收光谱 非晶氮化硅薄膜 光致发光     

氢稀释对FTS沉积a-Si∶H薄膜结构特性的影响

采用对靶磁控反应溅射技术,以氢气作为反应气体在不同的氢稀释比条件下制备了氢化非晶硅薄膜.利用台阶仪、傅里叶红外透射光谱、Raman谱和紫外-可见光透射谱测量研究了不同氢稀释比对氢化非晶硅薄膜生长速率和结构特性的影响.分析结果发现,利用对靶磁控溅射技术能够实现低温快速沉积高质量氢化非晶硅薄膜的制备.随着氢稀释比不断增加,薄膜沉积速率呈现先减小后增大的趋势.傅里叶红外透射光谱表明,氢化非晶硅薄膜中氢含量先增大后变小.而Raman谱和紫外-可见光透射谱分析发现,氢稀释比的增加使氢化非晶硅薄膜有序度和光学带隙均先增大后减小.可见,此技术通过改变氢稀释比R能够实现氢化非晶硅薄膜结构的有效控制.     

Effects of high hydrogen dilution ratio on optical properties of hydrogenated nanocrystalline silicon thin films

Hydrogenated nanocrystalline silicon thin films were prepared by plasma enhanced vapor deposition technique. In our experiment, hydrogen dilution ratio R_H was changed mainly, while the other parameters, such as the radio frequency power, the direct current bias value, the chamber pressure, the total gas flow and the substrate temperature were kept constant. The film's surface topography was gained by AFM. The chemical bond was confirmed by Fourier transform infrared spectra. The optical properties were characterized by transmission spectra. To consider absorption peak of stretching vibration mode of SiH₃ at 2140 cm⁻¹ and to reduce the calculation error, a hydrogen content calculation method was proposed. Effects of hydrogen dilution ratio on the deposition rate v and hydrogen content C_H were investigated. The bonding mode and the force constants k of chemical bond, the structural factor f in films were changed by high hydrogen dilution ratio, which gave rise to the shift of absorption peak of infrared stretching mode and the decrease of optical band gap E_g.