二维移相光栅光强分布的计算及在制备有序纳米硅阵列中的应用

从菲涅耳衍射积分的一般形式出发,结合二维（2D）移相光栅掩模(PSGM)的具体参数,通过数值计算得到了作用于样品表面的光强分布.实验上,采用激光干涉晶化的方法,利用周期为400 nm的2D-PSGM调制KrF准分子激光器的脉冲激光束斑的能量分布,在氢化非晶硅（a-Si:H）薄膜上直接制备了2D的有序纳米硅（nc-Si）阵列.测试结果表明：2D的nc-Si阵列的周期和PSGM的相一致,晶化区域与理论模拟的结果符合得很好. 关键词： 纳米硅 激光干涉晶化 移相光栅 菲涅耳衍射     

激光干涉结晶技术制备二维有序分布纳米硅阵列

利用结合移相光栅掩模 (PSGM) 的激光结晶技术在超薄a-SiN_x/a-Si:H/ a-SiN _x三明治结构样品中制备出二维有序分布的纳米硅阵列.原始样品是用等离子体 增强化学气相淀积法生长.a-Si:H层厚为10nm，a-SiN_x 为50nm，衬底材料为SiO ₂/Si或 熔凝石英.原子力显微镜、剖面透射电子显微镜、高分辨透射电子显微镜对样品表面形貌和 微结构的观测结果表明，采用该方法可以在原始淀积的a-Si:H层中得到位置可控的晶化区域 ：每个晶化区域直径约250nm，具有同PSGM一致的2μm周期；晶化区域内形成的纳米硅 颗粒尺寸接近原始淀积的a-Si:H层厚，且晶粒的择优取向为<111>. 关键词： 纳米硅 激光结晶 定域晶化 移相光栅     

尺寸可控的纳米硅的生长模型和实验验证

基于经典热力学理论，对a-SiN_x/a-Si:H/a-SiN_x三明治结构或a-Si:H/a-SiN_x多层膜结构中纳米硅成核，以及从球形到鼓形的生长过程进行了研究. 建立了限制性晶化理论模型：在纳米硅生长过程中，由于界面能增大将导致生长停止，给出限制性晶化条件——a-Si:H子层厚度小于34 nm. 在激光晶化和常规热退火两种方法形成的a-SiN_x/nc-Si/a-SiN_x三明治结构和nc-Si/a-SiN_x多层膜结构中验证了该理论模型. 关键词： 非晶硅 纳米硅 激光辐照 结晶     

nc-Si/SiO2多层膜的制备及蓝光发射

在等离子体增强化学气相淀积(PECVD)系统中，采用a-Si∶H层淀积与原位等离子体氧化相结合的逐层生长的方法成功制备出a-Si∶H/SiO2多层膜 (ML)；利用限制性结晶原理通过两步退火处理使a-Si∶H层晶化获得尺寸可控的nc-Si/SiO2 ML，并观察到室温下的蓝光发射；结合Raman散射和剖面透射电子显微镜技术分析了nc-Si/SiO2 ML的结构特性；通过对晶化样品光致发光谱和紫外-可见光吸收谱的研究，探讨了蓝光发射的起源. 关键词： 纳米硅多层膜 等离子体氧化 蓝光发射 热退火     

氢化非晶硅薄膜退火形成的纳米硅及其光致发光

本文报道对氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜在600～620℃温度下快速退火10s可以形成纳米晶硅(nc-Si),其Raman散射表明,在所形成的nc-Si在薄膜中的分布是随机的,直径在1.6～15nm范围内,并且在强激光辐照下观察了nc-Si在薄膜中的结晶和生长情况.经退火所形成的nc-Si可见光辐射较弱,不能检测到它们的光致发光(PL),但用氢氟酸腐蚀钝化后则可检测到较强的红PL,并且钝化后的nc-Si在空气中暴露一定的时间后,其辐射光波长产生了蓝移.文中就表面钝化和量子限制对可见光辐射的重要性作了讨论.     

磷掺杂纳米硅薄膜的研制

用PECVD薄膜沉积方法,成功地制备了磷掺杂纳米硅(nc-Si:H(P))薄膜.用扫描隧道电镜(STM)、Raman散射、傅里叶变换红外吸收(FTIR)谱、电子自旋共振(ESR)、共振核反应(RNR)技术对掺磷纳米硅进行了结构分析,确认了样品的微结构为纳米相结构.掺磷后膜中纳米晶粒的平均尺寸d减小,一般在25—45nm之间,且排列更加有序.掺磷nc-Si:H膜具有较高的光吸收系数,光学带隙在173—178eV之间,和本征nc-Si:H相同.掺杂nc-Si:H薄膜电导率在10^-1关键词：     

原位等离子体逐层氧化a-Si:H/SiO2多层膜的光致发光研究

采用在等离子体增强化学汽相沉积系统中沉积a-Si:H和原位等离子体逐层氧化的方法制备a-Si:H/SiO2多层膜.改变a-Si:H层的厚度，首次在室温下观察到来自a-Si:H/SiO2多层膜较强的蓝色光致发光和从465到435nm的蓝移.x射线能谱证明，SiO2层是化学配比的SiO2；C-V特性表明，a-Si:H/SiO2界面得到了很好的钝化；透射电子显微镜表明，样品形成了界面陡峭的多层结构.结合光吸收谱和光致发光谱的研究，对其发光机理进行了讨论.用一维量子限制模型对光致发光峰随着a-Si:H层厚度的减小 关键词： a-Si:H/SiO2多层膜 光致发光     

a-SiCx:H/nc-Si:H多层薄膜的室温时间分辨光致可见发光

在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统中,通过控制进入反应室的气体种类逐层沉积非晶SiCx：H(a-SiCx：H)和非晶Si：H(a-Si：H)薄膜,然后经过高温热退火处理,成功制备了晶化纳米a-SiCx：H／nc-Si：H(多晶SiC和纳米Si)多层薄膜。利用截面透射电子显微镜技术分析了a-SiCx：H／nc-Si：H多层薄膜的结构特性。通过对晶化样品的时间分辨光致发光谱的研究,结果表明：随着退火温度的升高,发光峰位置开始出现一些红移现象：当退火温度为900℃时,样品的发光强度和发光衰减时间分别达到最大值和最小值;随着退火温度的继续升高,发光峰位置又开始出现蓝移现象。由此探讨纳米a-SiCx：H／nc-Si：H多层薄膜的发光特性和发光机理。     

多光束纳秒紫外激光制作硅表面微结构

使用波长351 nm的半导体泵浦全固态脉冲激光器作为光源,经过位相光栅分束,形成干涉光场,在硅表面直接刻蚀微结构,制作了周期为0.55 μm,槽深可达55 nm的一维微光栅和周期为1.25 μm,刻蚀深度45 nm的正交微光栅结构.给出了微光栅形貌结构的扫描电子显微镜和原子力显微镜的测量结果.正交微光栅的一级衍射效率在1.8%～6.3%之间.该研究是改变硅表面微结构,优化硅材料特性的一种新方法,并扩展了大功率激光刻蚀在表面微加工领域的应用.     

一种简单高效的制备硅纳米孔阵结构的方法

本文介绍了一种简单高效的制备硅纳米孔阵结构的方法. 利用激光干涉光刻技术, 结合干法和湿法刻蚀工艺, 直接将光刻胶点阵刻蚀为硅纳米孔阵结构, 省去了图形反转工艺中的金属蒸镀和光刻胶剥离等必要步骤, 在2英寸的硅 (001) 衬底上制备了高度有序的二维纳米孔阵结构. 利用干法刻蚀产生的氟碳有机聚合物作为湿法刻蚀的掩膜, 以及在干法刻蚀时对样品进行轻微的过刻蚀, 使SiO₂点阵图形下形成一层很薄的硅台面, 是本方法的两个关键工艺步骤. 扫描电子显微镜图片结果表明制备的孔阵图形大小均匀, 尺寸可控, 孔阵周期为450 nm, 方孔大小为200–280 nm. 关键词： 激光干涉光刻 纳米阵列 刻蚀 氟碳有机聚合物     

FABRICATION AND CHARACTERIZATION OF THE SIZE-CONTROLLED AND PATTERNED nc-Si DOTS

A new method of phase-modulated excimer laser crystallization is adopted to fabricate the patterned nanometer-sized crystalline silicon (nc-Si) dots within the sandwiched structure (a-SiN_x:H/a-Si:H/a-SiN_x:H) films. The results of transmission electron microscopy, electron diffraction and Raman scattering show the ultra-thin and single-layer nc-Si films were patterned in the lateral direction and the size of crystallites is controlled by the thickness of as-deposited a-Si film in the longitudinal direction. The effects of the laser energy density on the structures of the samples and the crystallization mechanism are discussed.     

Microstructures of patterned nc-Si superlattices made by pulsed laser interference crystallization

We employed atomic force microscopy, cross-section transmission electron microscopy and high-resolution electron microscopy to investigate the microstructures and surface morphology of laser interference crystallized a-Si : H/a-SiN_x : H superlattices. The experimental results show that Si nanocrystallites (nc-Si) are formed within the initial a-Si : H sublayers and are patterned in certain regions with the same periodicity of 2.0 μ m as the phase-shifting mask grating. The size of nc-Si is limited by adjacent a-SiN _x: H sublayers due to the constrained crystallization effect so it is possible to use this crystallization method to get a three-dimensional ordered nc-Si array.     

激光限制结晶技术制备nc-Si/SiO2多层膜

在等离子体增强化学气相淀积系统中，采用aSi:H层淀积和原位等离子体氧化相结合的逐层生长技术制备了aSi:H/SiO_2多层膜.在激光诱导限制结晶原理基础上，使用KrF准分子脉冲激光为辐照源，对aSi:H/SiO_2多层膜进行辐照，使纳米级厚度的aSi:H子层晶化.Raman散射谱和电子衍射谱的结果表明，经过激光辐照后纳米Si颗粒在原始的aSi:H子层内形成，晶粒尺寸可以根据aSi:H层的厚度精确控制.还研究了样品的光致发光（PL）特性以及激光辐照能量密度对PL性质的影响. 关键词： 脉冲激光 多层膜 限制结晶     

Comparative investigation of unipolar resistance switching effect of Pt/Mg0.6Zn0.4O/Pt devices with different electrode patterns for nonvolatile memory application

In this report, we study crystallization and Raman spectral and transmission electron microscopy (TEM) changes in amorphous and nanocrystalline Si. Micro-Raman spectra combined with TEM show that considerable crystallization occurs in a-Si:H and a-Si(Al) (the structure of aluminum-diffused amorphous Si/Al/c-Si), but no additional crystallization was observed for nc-Si:H, after the exposure to a laser or accelerating electrons. Meanwhile, moving toward lower or higher energy for a-Si:H and nc-Si:H, by contrast, the Raman shift appeared for a-Si(Al) as if it were for single-crystalline Si, in which it remained constant at one energy, as the laser intensity increased or decreased.     

Light Intensity Distribution in Laser Interference Crystallization by Using a Phase shift Grating and Talbot Effect

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆｐａｔｅｒｎｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ／ｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｎｔｈｉｎｆｉｌｍｓｉｓａｂａｓｉｃｐｒｏｃｅｓｉｎｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＶＬＳＩｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｈｏｗｅｖｅｒ,ｆｏｒｔｈｅｐａｔ...     

Light Intensity Distribution in Laser Interference Crystallization by Using a Phase-shift Grating and Talbot Effect

Light intensity distribution in laser interference crystallization with an imperfect phase-shift grating is calculated and compared with that by a perfect one. The effect of zero-order defracted light on laser interference crystallization is analyzed in detail. The AFM images of a-Si∶H film irradiated by a KrF excimer pulsed laser have confirmed our calculated results. Longitudinal periodicity of light intensity distribution is discussed and compared with the Talbot Effect.