射频等离子体增强化学气相沉积SiNx薄膜的研究

采用射频等离子体增强化学气相沉积技术,以N2和SiH4作为反应气体,在P型硅基片上进行SiNx薄膜的沉积.使用椭偏仪对薄膜厚度和光学常量进行了测量, 用傅里叶变换红外光谱仪对SiNx薄膜的化学键合结构进行了分析.研究了基片温度、射频功率以及N2和SiH4的气体流量比率等实验工艺参量对薄膜沉积速率和光学常量的影响.结果表明,射频等离子体增强化学气相沉积技术沉积的SiNx薄膜是低含氢量的SiNx薄膜,折射率在1.65~2.15之间,消光系数k在0.2~0.007之间,当SiNx薄膜为富氮时k≤0.01,最高沉积速率高达6.0 nm/min,N2和SiH4气体流量比率等于10是富硅和富氮SiNx薄膜的分界点.     

H2对Ar稀释SiH4等离子体CVD制备多晶硅薄膜的影响

以SiH4,Ar和H2为反应气体,采用射频等离子体化学气相沉积方法在300℃下制备了低温多晶Si薄膜.实验发现,反应气体中H2的比例是影响薄膜结晶质量的重要因素,在适量的H2比例下制备的多晶Si薄膜具有结晶相体积分数高,氢含量低,生长速率快、抗杂质污染等特性.     

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。     

螺旋波等离子体化学气相沉积纳米硅薄膜的光学发射谱研究

利用光学发射谱技术对螺旋波等离子体化学气相沉积纳米硅薄膜的等离子体内活性粒子的光发射特征进行了原位测量.研究了薄膜沉积过程中各实验参量对活性基团SiH^*， H^β以及H^α的发射谱强度的影响.实验结果表明，静态磁场的加入可显著提高反应气体 的解离效率 ；适当的氢稀释可以提高氢活性粒子的浓度，而过高的氢稀释比将使含硅活性基团浓度显著 减小；提高射频馈入功率整体上可以使各活性粒子的浓度增加，并有利于提高到达衬底表面 氢活性粒子的相对比例.结合螺旋波等离子体色散关系和等离子体特点对以上结果进行了分 析.该结果为螺旋波等离子体沉积纳米硅薄膜过程的理解及制备工艺参数的调整提供了基础 数据. 关键词： 光学发射谱 螺旋波等离子体化学气相沉积 纳米硅薄膜     

螺旋波等离子体制备多种碳基薄膜原位诊断研究

利用自行研制的强磁场螺旋波等离子体化学气相沉积装置(HWP-CVD),通过改变等离子放电参数,实现多种碳基薄膜制备.利用朗缪尔探针、发射光谱以及质谱对Ar/CH_4等离子体放电进行原位诊断;用扫描电子显微镜和拉曼光谱对碳基薄膜进行表征.结果表明:在给定参数下,等离子体放电模式均为螺旋波放电模式;在给定CH_4流量下,等离子体中电子能量分布均足以使甲烷分子离解,并形成含碳活性自由基.通过CH_4流量调整,实现了不同碳基薄膜的制备.研究表明:当等离子体中富含CH和H自由基时,适合类金刚石薄膜生长;当等离子体中富含C_2自由基和少H时,适合垂直石墨烯纳米片生长.根据等离子体诊断和薄膜表征结果,提出了Ar螺旋波等离子体作用下甲烷分子的裂解机理,建立了碳基薄膜的生长模型;验证了Ar/CH_4–HWP在碳基纳米薄膜制备中的可行性,为HWP-CVD技术制备碳基纳米薄膜提供借鉴.     

气体滞留时间对高速沉积的微晶硅薄膜性能的影响分析

实现高速沉积对于薄膜微晶硅太阳电池产业化降低成本是一个重要手段.采用超高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)技术，实现了微晶硅硅薄膜的高速沉积，并通过改变气体总流量改变气体滞留时间，考察了气体滞留时间在化学气相沉积(CVD)过程中对薄膜的生长速率以及光电特性和结构特性的影响.采用沉积速率达到12?/s的高速微晶硅工艺制备微晶硅电池，电池效率达到了5.3％. 关键词： 气体滞留时间 高速沉积 微晶硅 超高频等离子体增强化学气相沉积     

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.     

电极间距对μc-Si_(1-x)Ge_x:H薄膜结构特性的影响

采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)技术,使用SiH4加GeH4的反应气源组合生长微晶硅锗(μc-Si1-x Gex:H)薄膜.研究了电极间距对μc-Si1-x Gex:H薄膜结构特性的影响.发现薄膜中的Ge含量随电极间距的降低逐渐增加.当电极间距降至7 mm时,μc-Si1-x Gex:H薄膜具有较大的晶粒尺寸并呈现较强的(220)择优取向,同时具有较低的微结构因子.通过薄膜结构特性的变化分析了反应气源的分解状态,认为Ge含量的提高主要是SiH4的分解率降低所导致的.在较窄的电极间距(7 mm)下,等离子体中GeH3基团的比例较大,增强了Ge前驱物的扩散能力,使μc-Si1-x Gex:H薄膜的质量得到提高.     

VHF等离子体光发射谱(OES)的在线监测

采用光发射谱(OES)测量技术，对不同制备条件下的甚高频(VHF)等离子体辉光进行了在线监 测.实验表明，VHF等离子体中特征发光峰(Si，SiH,H_α,H^*_β 等)的强度较常规的射 频(RF)等离子体明显增强，并且在制备μc-Si：H的工艺条件下(H稀释度R(H₂/S iH₄)=23 )，随激发频率的增加而增大，这些发光峰的变化趋势与材料沉积速率的变化规律较相似.Si H峰等的强度随气压的变化则因硅烷H稀释度及功率的不同而异：高H稀释(R=23)时，SiH峰强 度在低辉光功率下随反应气压的增大单调下降，在高辉光功率下随气压的变化呈现类高斯规 律；低H稀释(R=5．7)时， SiH峰随气压的变化基本上是单调下降的，下降速率也与功率有 关，这些结果表明，VHF-PECVD制备μc-Si：H和a-Si：H的反应动力学过程存在较大差异.此 外，随着激发功率的增大，Si，SiH峰都先迅速增大然后趋于饱和，并且随着H稀释率的增大 ，将更快呈现饱和现象.通过对OES结果的分析与讨论可知，VHF-PECVD技术沉积硅基薄膜可 以有效提高沉积速率，而且，硅基薄膜的沉积速率的进一步提高需要综合考虑H稀释度、气 压和功率等的匹配与优化. 关键词： 甚高频等离子体化学气相沉积 氢化硅薄膜 光发射谱     

等离子体增强化学气相沉积工艺制备SiON膜及对硅的钝化

研究了等离子体增强化学气相沉积工艺条件对氮氧化硅膜的生长厚度及折射率的影响以及氮氧化硅/氮化硅叠层膜对p型硅片的钝化效果.实验结果表明,NH3的流量和N2O/SiH4流量比对氮氧化硅膜的影响较大,薄膜折射率能从1.48变化到2.1,厚度从30—60 nm不等.腔内压力和射频功率主要影响膜厚,压力越大,功率越大,沉积速率加快,生成的膜越厚.温度对膜厚和折射率的影响可以忽略.钝化效果显示,在有无NH3下,N2O/SiH4流量比分别为20和30时,退火后氮氧化硅/氮化硅叠层膜对p型硅的钝化效果最好,其潜在电压和少子寿命分别为652 mV,56.7μs和649 mV,50.8μs,均优于参照组氮化硅膜样品的钝化效果.     

Deposition and characterization of low temperature silicon nitride films deposited by inductively coupled plasma CVD

Silicon nitride films have been deposited at a low temperature (70 °C) by inductively coupled plasma chemical vapor deposition (ICP-CVD) technique and their physical and chemical properties were studied. For a deposited SiN sample, β-phase was observed and refractive index of 2.1 at 13.18 nm/min deposition rate was obtained. The attained stress of 0.08 GPa is lower as compared to the reported value of 1.1 GPa for SiN thin films. To study the deposited film, characterization was performed using X-ray photoelectron spectra (XPS), X-ray diffraction (XRD), micro Raman spectroscopy, Fourier transfer infrared spectroscopy (FTIR), cross-section scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM).     

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.     

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     

磁控反应溅射SiNx薄膜的研究

用磁控反应溅射(RF)的方法制备了SiN_x薄膜. 分析了以硅为靶材, 用N₂/Ar做溅射气体条件下不同的气流比率、总气压以及沉积速率对薄膜光学常数和表面结构形态的影响, 得出较低总气压下气流比率对薄膜光学常数的影响是最关键的, 而总气压较大的时候, 水汽影响增大, 气流比率的影响反而不明显. 最后提出了合适的工艺条件来制备符合要求的SiN_x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。     

沉积压力对氢化非晶硅薄膜特性的影响

采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)系统,以乙硅烷和氢气为气源,普通钠钙玻璃为衬底制备了氢化非晶硅(a-Si∶H)薄膜,研究了沉积压力对非晶硅薄膜的沉积速率、光学带隙以及结构因子的影响。采用台阶仪、紫外可见分光光度计、傅里叶变换红外光谱仪和扫描电子显微镜等手段分别表征了a-Si∶H薄膜的沉积速率,光学带隙、结构因子和表面形貌。结果表明： 随着沉积压力的增加,沉积速率呈现先上升后下降的趋势,光学带隙不断下降。当沉积压力小于210 Pa时,以SiH键存在的H原子较多,而以SiH₂或SiH₃等形式存在的H较少; 当沉积压力大于210 Pa时,以SiH₂,(SiH₂)_n或SiH₃等形式存在的H较多。通过结构因子的计算,发现沉积压力在110～210 Pa的范围内沉积的薄膜质量较好。     

a-C:F薄膜的热稳定性与光学带隙的关联

以CF4和C6H6的混合气体作为气源,在微波电子回旋共振化学气相沉积(ECRCVD)装置中制备了氟化非晶碳薄膜(aC:F),并在N2气氛中作了退火处理以考察其热稳定性.通过傅里叶变换红外吸收谱和紫外可见光谱获得了薄膜中CC双键的相对含量和光学带隙,发现膜中CC键含量与光学带隙之间存在着密切的关联,在高微波功率下沉积的氟化非晶碳膜具有低的光学带隙和较好的热稳定性. 关键词： 氟化非晶碳膜 光学带隙 退火温度 热稳定性     

Deposition of hydrogenated amorphous carbon nitride films by dielectric barrier discharge plasmas

Hydrogenated amorphous carbon nitride (a-C:N:H) films were synthesized from CH₄/N₂, C₂H₄/N₂ and C₂H₂/N₂ mixtures using dielectric barrier discharge (DBD) plasmas. Atomic force microscopy (AFM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were used to characterize the surface morphology, bonding structure, and composition of the a-C:N:H films. The influences of plasma parameters (discharge pressure in the range of 25-1000 Pa) and feed gases used on the composition and the structure of deposited films were systematically studied. The a-C:N:H films with the uniform surface structure were deposited by low-pressure DBD plasmas with various systems. Compared to the films deposited in C₂H₄/N₂ and C₂H₂/N₂ systems, the films deposited in the CH₄/N₂ system exhibit the relatively lower surface roughness and deposition rate. For all the films prepared in these three systems, increasing the discharge pressure leads to an increase in film surface roughness and deposition rate. Significant differences among the FTIR spectra of all deposited a-C:N:H films were also observed. Both FTIR and XPS spectra show that for all the films deposited in three different systems, increasing the N₂ fraction leads to a decrease in the H content of deposited a-C:N:H films and an increase in the N content. The properties of deposited films may change from those of polymerlike to diamond-like when the discharge pressure is increased. Correlations between the film properties and growth processes are discussed in this study.