低温铝诱导晶化制备纳米晶硅薄膜的物相和光学性能研究

采用射频磁控溅射镀膜系统,在玻璃衬底上制备了非晶硅(α-Si)/铝(Al)复合薄膜,结合氮气(N₂)气氛中低温快速光热退火制备了纳米晶硅(nc-Si)薄膜;利用光学显微镜、共焦光学显微仪、X射线衍射(XRD)仪、拉曼散射光谱(Raman)仪和紫外-可见光-近红外分光光度计(UV-VIS-NIR)对纳米晶硅薄膜的表面形貌、物相及光学性能进行了表征,研究了退火工艺对薄膜性能的影响。结果表明： 300 ℃,25 min光热退火可使α-Si/Al膜晶化为纳米晶硅薄膜,晶化率为15.56%,晶粒尺寸为1.75 nm;退火温度从300 ℃逐渐升高到400 ℃,纳米晶硅薄膜晶粒尺寸、晶化率、带隙逐渐增加,表面均匀性、晶格畸变量逐渐减小;退火温度从400 ℃逐渐升高到500 ℃,纳米晶硅薄膜的晶粒尺寸、晶化率继续增加,带隙则逐渐降低;采用纳米晶硅薄膜的吸光模型验证了所制备的纳米晶硅薄膜的光学特性,其光学带隙的变化趋势与吸光模型得出的结果一致。     

脉冲溅射功率对含硅量子点SiC_x薄膜的结构和光学特性的影响

采用射频和脉冲磁控共溅射法并结合快速光热退火法制备了含硅量子点的SiC_x薄膜.采用掠入射X射线衍射、喇曼光谱、紫外-可见-近红外分光光度计和透射电子显微镜对薄膜进行表征.研究了脉冲溅射功率对薄膜中硅量子点数量、尺寸、晶化率和薄膜光学带隙的影响.结果表明:当溅射功率从70 W增至100 W时,硅量子点数量增多,尺寸增至5.33nm,晶化率增至68.67%,而光学带隙则减至1.62eV;随着溅射功率进一步增至110 W时,硅量子点数量减少,尺寸减至5.12nm,晶化率降至55.13%,而光学带隙却增至2.23eV.在本实验条件下,最佳溅射功率为100 W.     

nc-Si:H/α-SiC:H多层膜的结构与光吸收特性

利用等离子体增强化学气相沉积工艺制备了α-Si:H/α-SiC:H多层膜结构,并在900—1000?C下进行了高温退火处理,获得了尺寸可控的nc-Si:H/α-SiC:H多层膜样品.Raman测量表明,900?C以上的退火温度可以使α-Si:H层发生限制晶化.透射电子显微镜照片显示出α-Si:H层中形成的Si纳米晶粒的纵向尺寸被α-SiC:H层所限制,而与α-Si:H层的厚度相当,晶粒的择优取向是?111?晶向.傅里叶变换红外吸收谱则清楚地显示出,高温退火导致多层膜中的H原子大量逸出,以及α-SiC:H层中有更多的Si-C形成.对nc-Si:H/α-SiC:H多层膜吸收系数的测量证明,多层膜的吸收主要由nc-Si:H层支配,随着Si晶粒尺寸减小,多层膜的光学带隙增大,吸收系数降低.而当nc-Si:H层厚度不变时,α-SiC:H层厚度变化则不会引起多层膜吸收系数以及光学带隙的改变.     

变温退火制备铝诱导大晶粒多晶硅薄膜的机理研究

为了缩短铝诱导法制备大晶粒多晶硅薄膜的退火时间,用射频磁控溅射法在玻璃衬底上沉积了a-Si/SiO2/Al叠层膜,并用两种方法进行变温退火.分析了变温退火工艺对铝诱导晶化过程的影响,着重讨论了退火过程中温度由低温升到高温时不形成小晶粒的机理和条件.研究表明,当退火温度升高时,是否形成小晶粒取决于晶粒半径、耗尽层厚度和相邻晶粒间距三者之间的关系.     

用镍硅氧化物源横向诱导晶化的多晶硅薄膜

采用磁控溅射法,以镍硅合金为靶,制备了一种适用于金属诱导横向晶化的氧化物镍源——自缓释镍源.该镍源在内部构成和晶化现象上都不同于纯金属镍源.采用该镍源制备低温多晶硅材料,晶化速率不明显依赖于镍源薄膜的厚度,且晶化多晶硅膜内的残余镍量亦可有效降低,可为薄膜晶体管提供宽的工艺窗口.本文对用纯金属镍源所得多晶硅薄膜的晶化率、表面粗糙度、电学特性等与溅射条件的关系进行了研究,并对相应结果进行了讨论. 关键词： 自缓释 金属诱导横向晶化 多晶硅薄膜 低温制备与退火     

退火对Ge诱导晶化多晶Si薄膜结晶特性的影响

本文采用磁控溅射法, 衬底温度500 ℃下在硅衬底上分别制备具有Ge填埋层的a-Si/Ge 薄膜和a-Si薄膜, 并进行后续退火, 采用Raman光谱、X射线衍射、原子力显微镜及场发射扫描电镜等对所制薄膜样品进行结构表征. 结果表明, Ge有诱导非晶硅晶化的作用, 并得出以下重要结论: 衬底温度为500 ℃时生长的a-Si/Ge薄膜, 经600 ℃退火5 h Ge诱导非晶硅薄膜的晶化率为44%, 在相同的退火时间下退火温度提高到700 ℃, 晶化率达54%. 相同条件下, 无Ge填埋层的a-Si薄膜经800 ℃退火5 h薄膜实现晶化, 晶化率为46%. 通过Ge填埋层诱导晶化可使在相同的条件下生长的非晶硅晶薄膜的晶化温度降低约200 ℃. Ge诱导晶化多晶Si薄膜在Si(200)方向具有高度择优取向, 且在此方向对应的晶粒尺寸约为76 nm. 通过Ge诱导晶化制备多晶Si薄膜有望成为制备高质量多晶Si薄膜的一条有效途径.     

溅射功率对Mo薄膜微结构和性能的影响

 实验采用直流磁控溅射沉积技术在不同溅射功率下制备Mo膜,研究了不同溅射功率下Mo膜的沉积速率、表面形貌及晶型结构,并对其晶粒尺寸和应力进行了研究。利用原子力显微镜观察样品的表面形貌发现随着溅射功率的增加,薄膜表面粗糙度逐渐增大。X射线衍射分析表明薄膜呈立方多晶结构,晶粒尺寸为14.1～17.9 nm;应力先随溅射功率的增大而增大,在40 W时达到最大值(2.383 GPa),后随溅射功率的增大有所减小。     

溅射工艺参数对硅薄膜微结构影响的Raman分析

为了解决碳化硅难以进行光学加工的问题,该文采用射频磁控溅射方法,在碳化硅反射镜坯体上沉积与碳化硅具有相近热膨胀系数且易于进行光学加工的硅薄膜。利用拉曼光谱(Raman)对衬底温度、射频功率、衬底偏压等溅射工艺条件对硅膜微结构的影响进行了分析。研究发现：随着衬底温度的升高,薄膜的晶化率先增大后减小;衬底偏压的增加不利于薄膜有序结构的形成;射频功率对薄膜微结构的影响比较复杂,随着功率的升高,薄膜晶粒尺寸减小,晶化率降低,当射频功率进一步升高时,薄膜中有序团簇尺寸和晶化率逐渐升高。但过高的射频功率反而不利于薄膜的晶化。     

电感耦合等离子体CVD低温生长硅薄膜过程中的铝诱导晶化

利用电感耦合等离子体CVD方法在350℃的低温下在镀Al玻璃衬底上制备出具有良好结晶性的Si薄膜.利用x射线衍射、紫外-可见分光椭圆偏振谱、原子力显微镜及x射线光电子谱等研究了薄膜的结构、表面形貌和成分分布等.结果表明，用这种方法制备的Si薄膜不但晶化程度高，而且具有良好的（111）结晶取向性，晶粒尺寸大于300nm，样品中无Al的残留.结合电感耦合等离子体的高电子密度特征讨论了低温生长过程中Al诱导Si薄膜晶化的机理. 关键词： 电感耦合等离子体CVD Al诱导晶化 Si薄膜 低温生长     

非晶硅薄膜的低温快速晶化及其结构分析

在镀铝的廉价玻璃衬底上高速沉积的非晶硅薄膜在不同的温度下退火10min.退火温度为500℃时,薄膜表面形成了硅铝的混合相, 非晶硅薄膜开始呈现了晶化现象;退火温度为550℃时,大部分(约80%)的非晶硅晶化为多晶硅,平均晶粒尺寸为500nm;退火温度为600℃时,几乎所有的非晶硅都转化为多晶硅,其平均晶粒尺寸约为1.5μm.     

退火及溅射气氛对氮化硅薄膜光致发光的影响

利用射频磁控反应溅射方法制备富硅的氮化硅薄膜。衬底材料为抛光的硅片,靶材为硅靶,在Ar-N₂气环境下,通过改变两种气体的组分比来改变样品成分,并在高纯N₂气氛下对其进行高温退火处理。用X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射(XRD)对样品进行了表征,并测试了样品的光致发光谱 (PL)。实验结果表明：X射线光电子能谱中出现了Si—N键合结构,同时还有少量的Si—O键生成,通过计算得出Si/N比值约为1.51,制备出了富硅的氮化硅薄膜;薄膜未经退火前,在可见光区域没有观察到明显的光致发光峰,经过高温退火后,XRD中新出现的衍射峰证实了纳米硅团簇的生成,PL图谱中在可见光区域出现了光致发光峰的蓝移现象,结合XRD结果,用纳米晶的量子限域效应对上述现象进行了合理解释。     

532nm连续激光晶化非晶硅薄膜的原位拉曼光谱研究

用磁控溅射制备了非晶硅薄膜,用波长为532 nm的连续激光退火和显微Raman光谱原位测试技术和场发射扫描电子显微镜研究了非晶硅薄膜在不同激光功率密度和不同扫描速度下的晶化状态。结果表明,激光照射时间10 s,激光功率密度大于2.929×105W/cm2时,能实现非晶硅薄膜晶化。在激光功率密度为5.093×105W/cm2,扫描速度为10 mm/s时非晶硅开始向多晶硅转化。在5.093×105W/cm2的功率密度下,以1.0 mm/s的扫描速度退火非晶硅薄膜,得到的晶粒直径为740 nm。     

热退火诱导纳米银膜形貌变化对表面等离激元共振特性的影响

采用磁控溅射技术制备并通过不同温度的快速热退火得到了不同表面形貌的纳米银膜。利用XRD,SEM和紫外-可见-近红外透射光谱等技术研究了纳米银膜的结构、表面形貌与光学性质。实验结果表明,随着退火温度的升高,银膜开口面积分数、银岛(纳米粒子)间距增大,长宽比减小,银岛由各向异性的蠕虫状变成各向同性的纳米球;表面等离激元共振带发生连续的蓝移,半高宽变窄。分析表明,纳米银膜的表面等离激元共振特性可以通过热退火诱导的表面形貌变化实现调整。     

Study of nanocrystalline Fe－Al－N soft magnetic thin films

Fe－Al－N films were fabricated by reactive sputtering using a radio-frequency magnetron sputtering system. The effects of Al and N content and annealing temperature on microstructure and magnetic properties were investigated. The Fe－Al－N films, which have good soft magnetic properties, consist of nanocrystalline α-Fe grains and a small amount of other phases in the boundaries of α-Fe grains. The average α-Fe grain size is about 10－15nm. A slight amount of Fe－N and Al－N compounds precipitate in the boundaries of α-Fe grains and suppress their growth. Annealing improves the soft magnetic properties slightly by releasing the residual stress and reducing defects.     

Zn掺杂β-Ga2O3薄膜的制备和特性研究（英文）

β-Ga2O3是一种宽带隙半导体材料,能带宽度Eg≈5.0eV,在光学和光电子学领域有广泛的应用.用射频磁控溅射方法在Si衬底和远紫外光学石英玻璃衬底制备了本征β-Ga2O3薄膜及Zn掺杂β-Ga2O3薄膜,用紫外-可见分光光度计、X射线衍射仪、荧光分光光度计对本征β-Ga2O3薄膜及Zn掺杂β-Ga2O3薄膜的光学透过、光学吸收、结构和光致发光进行了测量,研究了Zn掺杂和热退火对薄膜结构和光学性质的影响.退火后的β-Ga2O3薄膜为多晶结构,与本征β-Ga2O3薄膜相比,Zn掺杂β-Ga2O3薄膜的β-Ga2O3(111)衍射峰强度变小,结晶性变差,衍射峰位从35.69°减小至35.66°.退火后的Zn掺杂β-Ga2O3薄膜的光学带隙变窄,光学透过降低,光学吸收增强,出现了近边吸收,薄膜的紫外、蓝光及绿光发射增强.表明退火后Zn掺杂β-Ga2O3薄膜中的Zn原子被激活充当受主.     

Aluminum-assisted crystallization and <Emphasis Type="Italic">p</Emphasis>-type doping of polycrystalline Si

Aluminum-doped p-type polycrystalline silicon thin films have been synthesized on glass substrates using an aluminum target in a reactive SiH₄+Ar+H₂ gas mixture at a low substrate temperature of 300 °C through inductively coupled plasma-assisted RF magnetron sputtering. In this process, it is possible to simultaneously co-deposit Si–Al in one layer for crystallization of amorphous silicon, in contrast to the conventional techniques where alternating metal and amorphous Si layers are deposited. The effect of aluminum target power on the structural and electrical properties of polycrystalline Si films is analyzed by X-ray diffraction, Raman spectroscopy, scanning electron microscopy and Hall-effect analysis. It is shown that at an aluminum target power of 100 W, the polycrystalline Si film features a high crystalline fraction of 91%, a vertically aligned columnar structure, a sheet resistance of 20.2 kΩ/□ and a hole concentration of 6.3×10¹⁸ cm⁻³. The underlying mechanism for achieving the semiconductor-quality polycrystalline silicon thin films at a low substrate temperature of 300 °C is proposed.     

The electrical, optical properties of AlSb polycrystalline thin films deposited by magnetron co-sputtering without annealing

In order to fabricate AlSb polycrystalline thin films without post annealing, this paper studies a technology of magnetron co-sputtering onto intentionally heated substrate. It compares the structural characteristics and electrical properties of AlSb films which are deposited at different substrate temperatures. It finds that the films prepared at a substrate temperature of 450 oC exhibit an enhanced grain growth with an average grain size of 21 nm and the lattice constant is 0.61562 nm that goes well with unstained lattice constant (0.61355 nm). The ln(σ_dark) ～1/T curves show that the conductivity activation energy is about 0.38 eV when the film is deposited at 450 oC without an annealing. The transmittance and reflectance spectra show that the film deposited at 450 oC has an optical band gap of 1.6 eV. These results indicate that we have prepared AlSb polycrystalline films which do not need a post annealing.