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     

微波ECR等离子体增强磁控溅射制备SiNx薄膜及其性能分析

利用微波ECR磁控反应溅射法在室温下制备无氢SiN_x薄膜.通过傅里叶红外光谱 、X射线电子谱、膜厚仪、纳米硬度仪、原子力显微镜等分析手段，分析了N₂流 量、Si靶溅射功率等实验参数对SiN_x薄膜结构、化学配比以及机械性质的影响. 结果表明，SiN_x薄膜中Si-N结构、化学配比及机械性质与等离子体中的Si元素 含量关系密切，随着N₂流量的增加或者Si靶溅射功率的降低，等离子体中的Si 元素含量降低，SiN_x薄膜结构、化学配比及硬度发生变化，红外光谱发生偏移 ，硬度下降，沉积速率降低. 关键词： x')" href="#">SiN_x 磁控溅射 傅里叶变换红外吸收光谱 X射线电子谱     

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.     

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.     

不同气氛下SiOx纳米线的制备及形貌、红外、光致发光研究

以N₂/H₂、N₂或NH₃为载气,利用碳辅助化学气相沉积法,常压1140℃下在石英衬底上制备了大量直径为20—300 nm,长数百微米的非晶SiO_x纳米线.制备得到的纳米线具有高度定向生长的特性.利用透射电子显微镜、扫描电子显微镜及电子能谱对SiO_x纳米线的形貌及组分进行了分析,Si与O原子之比为1∶18.傅里叶红外吸收谱显示了非晶氧化硅的三个特征峰（482,806和1095 cm^-1）及1132 cm^-1无序氧化硅结构的强吸收峰.SiO_x纳米线光致发光光谱（PL）在440 nm（283 eV）处具有较强的荧光峰;N₂为载气生长的SiO_x纳米线的PL峰强比NH₃为载气生长的SiO_x纳米线峰强大四个数量级. 关键词： x纳米线')" href="#">SiO_x纳米线 碳辅助化学气相沉积法 傅里叶红外吸收 光致发光     

SiOx∶H(0＜x＜2)薄膜光致发光的退火行为研究

采用退火后处理的方法，使SiO_x∶H(0＜x＜2)形成纳米硅与二氧化硅的镶嵌结构.利用红外透射谱、Raman谱和光致发光谱，系统地研究了不同退火温度对薄膜微结构及室温光致发光谱的影响.发现发光谱均由两个Gauss线组成，其中主峰随着退火温度的升高而红移，而位于835nm的伴峰不变.指出退火前在720—610nm的波长范围内强的主峰可能来源于膜中的非晶硅原子团，随退火温度的升高主峰的红移是由于非晶硅原子团的长大.而伴峰可能来自硅过剩或氧欠缺引入的某种发光缺陷.1170℃退火后在850n 关键词：     

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.     

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：     

氧掺入对纳米硅薄膜微结构及能带特性的影响

采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)制备了富硅氧化硅薄膜,利用XRD衍射仪,傅里叶变换红外透射光谱仪以及紫外-可见光分光光度计分析了氧掺入对薄膜微观结构以及能带特性的影响。结果表明,随着氧掺入比(CO₂/SiH₄)的增加,薄膜晶粒尺寸减小,晶化度降低,纳米硅(nc-Si)表面的张应力先增加后减小。红外吸收谱分析表明,氧掺入比增加导致薄膜内氧含量增高,富氧Si—O键合密度增加,富硅Si—O键合密度降低。同时,薄膜结构因子减小,有序度增大,薄膜微观结构得到改善。当氧掺入比大于0.08时,薄膜结构因子增大,有序度降低。此外,氧掺入增加导致薄膜带隙不断增加,带尾宽度呈现先减小后增大的趋势。因此,通过氧掺入可以调节纳米硅薄膜微观结构及能带特性,氧掺入比为0.08时,薄膜具有高晶化度和较宽的带隙,微观结构得到有效改善,可用作薄膜太阳能电池的本征层。     

镶嵌有纳米硅的SiN_x薄膜光致发光的温度依赖特性研究

采用对靶磁控溅射法在单晶硅衬底上沉积镶嵌有纳米硅的氮化硅薄膜,然后在形成气体FG(10%H2,90%N2)气氛中进行450℃常规热退火50min。通过荧光光谱仪测得的稳态/瞬态光致发光(PL)谱研究了镶嵌有纳米硅的氮化硅(SiNx)薄膜样品光致发光特性。结果表明,样品的发光过程可以归因于纳米硅的量子限制效应发光和与缺陷相关的发光。随着激发光能量的增加,PL谱峰位发生蓝移,表明较小粒度的纳米硅发光比例增加;温度的降低会抑制非辐射复合过程,提高辐射复合几率,因此发光寿命延长,发光强度呈指数增加;随着探测波长的减小,样品的发光寿命则明显缩短,表明纳米硅的量子限制效应发光对温度有很强的依赖性。     

微波ECR磁控溅射制备SiNx薄膜的XPS结构研究

利用微波电子回旋共振等离子体增强非平衡磁控溅射法在不同N₂流量下制备无氢SiN_x薄膜.通过X光电子能谱、纳米硬度仪等表征技术,研究了不同N₂流量下制备的SiN_x薄膜的化学键结构、化学键含量、元素配比及各元素沿深度分布.研究结果表明,N₂流量是影响SiN_x薄膜化学键结构、元素配比、元素延深度分布等性质的主要因素.在N_{2关键词： x}')" href="#">SiN_x 磁控溅射 XPS 化学键结构     

Si-nanostructures formation in amorphous silicon nitride SiNx:H deposited by remote PECVD

The formation of silicon nanoclusters embedded in amorphous silicon nitride (SiN_x:H) can be of great interest for optoelectronic devices such as solar cells. Here amorphous SiN_x:H layers have been deposited by remote microwave-assisted chemical vapor deposition at 300 °C substrate temperature and with different ammonia [NH₃]/silane [SiH₄] gas flow ratios (R=0.5−5). Post-thermal annealing was carried out at 700 °C during 30 min to form the silicon nanoclusters. The composition of the layers was determined by Rutherford back scattering (RBS) and elastic recoil detection analysis (ERDA). Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) showed that the densities of SiH (2160 cm⁻¹) and NH (3330 cm⁻¹) molecules are reduced after thermal annealing for SiN:H films deposited at flow gas ratio R>1.5. Breaking the SiH bonding provide Si atoms in excess in the bulk of the layer, which can nucleate and form Si nanostructures. The analysis of the photoluminescence (PL) spectra for different stoichiometric layers showed a strong dependence of the peak characteristics (position, intensity, etc.) on the gas flow ratio. On the other hand, transmission electron microscopy (TEM) analysis proves the presence of silicon nanoclusters embedded in the films deposited at a gas flow ratio of R=2 and annealed at 700 °C (30 min).     

沉积参数对SiNx薄膜结构及阻透性能的影响

利用直流脉冲磁控溅射法在室温下制备无氢SiN_x薄膜.通过傅里叶变换红外光谱、台阶仪、紫外—可见分光光度计、接触角测量仪、透湿测试仪等表征技术,分析了N₂流量、Si靶溅射功率等实验参数对SiN_x薄膜成分、结构、及阻透性能、透光性能、接触角等性能的影响.研究结果表明,Si靶溅射功率固定时,在低N₂流量条件下,或N₂流量固定时,在高Si靶溅射功率条件下,制备的SiN _{关键词： x}')" href="#">SiN_x 磁控溅射 微观结构 阻透性能     

基片温度对SiNx薄膜结晶状态及机械性能的影响

利用微波电子回旋共振增强磁控反应溅射法在不同基片温度下制备无氢SiN_x薄膜.通过傅里叶变换红外光谱、透射电子显微镜、台阶仪、纳米硬度仪等表征技术,研究了基片温度对SiN_x薄膜结晶状态、晶粒尺寸、晶体取向等结晶性能以及薄膜的生长速率、硬度等机械性能的影响,并探讨了薄膜结晶性能与机械性能之间的关系.研究结果表明,在基片温度低于300℃时制备的SiN_x薄膜以非晶状态存在,硬度值仅为18GPa左右;基片温度 关键词： x')" href="#">SiN_x 磁控溅射 微观结构 硬度     

脉冲偏压电弧离子镀CNx薄膜研究

用脉冲偏压电弧离子镀通过控制不同的氮流量在(100)单晶Si基片上制备了不同成分的CN_x薄膜.用光学显微镜,XPS,XRD,激光Raman和Nanoindenter等方法研究了薄膜的形貌、成分、结构和性能.结果表明,薄膜表面平整致密、氮含量随着氮流量的降低而降低、结构为非晶且为类金刚石薄膜;随着氮含量从18.9%降低到5.3%(摩尔百分比,全文同),薄膜的硬度和弹性模量单调增加而且增幅较大,其中硬度从15.0 GPa成倍增加到30.0 GPa;通过氮流量的调整能够敏感地改变薄膜中的sp³键的含量,是CN_x薄膜的硬度和弹性模量获得大幅度调整的本质原因. 关键词： x薄膜')" href="#">CN_x薄膜 脉冲偏压 电弧离子镀 硬度     

Optical and Structural Properties of Ammonia-Free Amorphous Silicon Nitride Thin Films for Photovoltaic Applications

Hydrogenated amorphous silicon nitride (a-SiN_x:H) thin films have been deposited through the green chemistry route using silane (SiH₄) and nitrogen (N₂) as process gases with SiH₄ flow being variable and N₂ flow being constant without the use of pollutant and corrosive ammonia (NH₃) by the plasma-enhanced chemical vapor deposition technique at 13.56 MHz. Fourier transform infrared spectroscopy analysis shows various possible vibrational modes of Si-H, Si-N, and N-H bonds present in the film. Raman spectroscopy is performed on these samples to calculate volume fractions corresponding to amorphous phases present in the a-SiN_x:H films. The refractive index (η) values are calculated using Swanepoel's method, which are in the range of 2.89 to 3.17. The thickness of the deposited films has been evaluated using transmission spectra. Absorption coefficient and band gap (E _g) values are obtained from optical absorption studies. An increase in the E _g and a decrease in the η value have been observed for the samples grown with decreasing SiH₄ flow.     

Characterization of Zr-Si-N films deposited by cathodic vacuum arc with different N2/SiH4 flow rates

Zr-Si-N films were deposited on silicon and steel substrates by cathodic vacuum arc with different N₂/SiH₄ flow rates. The N₂/SiH₄ flow rates were adjusted at the range from 0 to 12 sccm. The films were characterized by X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscope (SEM), hardness and wear tests. The structure and the mechanical properties of Zr-Si-N films were compared to those of ZrN films. The results of XRD and XPS showed that Zr-Si-N films consisted of ZrN crystallites and SiN_x amorphous phase. With increasing N₂/SiH₄ flow rates, the orientation of Zr-Si-N films became to a mixture of (1 1 1) and (2 0 0). The column width became smaller, and then appeared to vanish with the increase in N₂/SiH₄ flow rates. The hardness and Young's modulus of Zr-Si-N films increased with the N₂/SiH₄ flow rates, reached a maximum value of 36 GPa and 320 GPa at 9 sccm, and then decreased 32 GPa and 305 GPa at 12 sccm, respectively. A low and stable of friction coefficient was obtained for the Zr-Si-N films. Friction coefficient was about 0.1.     

纳米β-FeSi2/a-Si多层膜室温光致发光分析

采用射频磁控溅射的方法,在Si（100）基片上制备了纳米β-FeSi₂/Si多层结构,利用X射线衍射、透射电子显微镜、光致发光光谱等表征技术,研究了β-FeSi₂/Si多层结构的结构、成分和光致发光特性.研究结果表明：利用磁控溅射法得到的Fe/Si多层膜,室温下能够检测到β-FeSi₂的1.53 μm处光致发光信号;未退火时多层膜是（非晶的FeSi₂+β-FeSi₂颗粒）/非晶Si结构,退火后则是 关键词： 2')" href="#">β-FeSi₂ 磁控溅射 XRD 光致发光光谱     

原位氧化Zn3N2制备p型ZnO薄膜的性能研究

采用射频反应溅射法在玻璃衬底上制备Zn₃N₂薄膜，然后向真空室中通入纯氧气进行热氧化制备ZnO薄膜.利用X射线衍射、扫描电子显微镜、霍尔效应测量、透射光谱和光致发光光谱等表征技术，研究了氧化温度和氧化时间对ZnO薄膜的结晶质量、电学性质和光学性能的影响.研究结果显示，450 ℃ 下氧化2 h后的样品中除含有ZnO外，还有Zn₃N₂成分，500 ℃下氧化2 h可以制备出电阻率为0.7 Ωcm，空穴载流子浓度为10^{关键词： p型ZnO薄膜 3N₂薄膜')" href="#">Zn₃N₂薄膜 射频溅射 原位氧化}     

The effect of Si surface nitridation on the interfacial structure and electrical properties of (La2O3)0.5(SiO2)0.5 high-k gate dielectric films

Thermal stability, interfacial structures and electrical properties of amorphous (La₂O₃)_0.5(SiO₂)_0.5 (LSO) films deposited by using pulsed laser deposition (PLD) on Si (1 0 0) and NH₃ nitrided Si (1 0 0) substrates were comparatively investigated. The LSO films keep the amorphous state up to a high annealing temperature of 900 °C. HRTEM observations and XPS analyses showed that the surface nitridation of silicon wafer using NH₃ can result in the formation of the passivation layer, which effectively suppresses the excessive growth of the interfacial layer between LSO film and silicon wafer after high-temperature annealing process. The Pt/LSO/nitrided Si capacitors annealed at high temperature exhibit smaller CET and EOT, a less flatband voltage shift, a negligible hysteresis loop, a smaller equivalent dielectric charge density, and a much lower gate leakage current density as compared with that of the Pt/LSO/Si capacitors without Si surface nitridation.