溅射功率对脉冲磁控溅射沉积Cu2O薄膜结构和光学性能的影响

利用脉冲磁控溅射制备技术,采用单质金属铜靶作为溅射靶,在氧气(O2)和氩气(Ar)的混合气氛下,在石英玻璃衬底上制备了Cu2O薄膜.研究了溅射功率对脉冲反应磁控溅射沉积法在室温下对生长Cu2O薄膜结构、表面形貌及光学性能的影响.结果表明,在O2、Ar流量比(O2/Ar)为30∶80的气氛条件下,在60～90 W的溅射功率范围内可获得＜ 111＞取向的Cu2O薄膜;薄膜的表面粗糙度的均方根值随溅射功率的增加而增大;薄膜的光谱吸收范围为300 ～670 nm,不同溅射功率下制备的薄膜均在430 nm附近出现明显的带边吸收,其光学带隙(Eg)在2.15～2.53 eV之间变化.     

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。     

磁控共溅射法沉积的硅量子点SiN_x薄膜的光谱特性

采用双极脉冲和射频磁控共溅射沉积法在不同温度的Si(100)衬底和石英衬底上制备了富硅SiNx薄膜。在氮气氛中,于1 050℃下采用快速光热退火热处理,获得了包含硅量子点的SiNx薄膜。采用Fourier变换红外光谱、Raman光谱、掠入射X射线衍射和光致发光光谱对退火后的薄膜样品进行了表征。结果显示:Fourier变换红外光谱中出现了富硅Si—N键,表明薄膜为富硅SiNx薄膜;当衬底温度不低于200℃时,薄膜样品的拉曼光谱中出现了硅纳米晶的Si—Si振动横光学模,掠入射X射线衍射中出现了明显的Si(111)和Si(311)的衍射峰,证实了硅量子点的形成;发现存在一最佳衬底温度(300℃),该条件下获得的硅量子点的数量和晶化率最高;衬底温度为300和400℃的样品的光致发光光谱中均有3个可见荧光峰,结合拉曼光谱结果,用纳米晶硅的量子限域效应和辐射复合缺陷态对荧光峰进行了合理解释;由光致发光光谱计算出的衬底温度为300和400℃的样品的硅量子点平均尺寸分别为3.5和3.4nm。这些结果有助于优化含硅量子点的SiNx薄膜的制备参数,在硅基光电子器件的应用方面有重要意义。     

Density behaviors of Ge nanodots self-assembled by ion beam sputtering deposition

Self-assembled Ge nanodots with areal number density up to 2.33×1010 cm-2 and aspect ratio larger than 0.12 are prepared by ion beam sputtering deposition. The dot density, a function of deposition rate and Ge coverage, is observed to be limited mainly by the transformation from two-dimensional precursors to three-dimensional islands, and to be associated with the adatom behaviors of attachment and detachment from the islands. An unusual increasing temperature dependence of nanodot density is also revealed when a high ion energy is employed in sputtering deposition, and is shown to be related to the breaking down of the superstrained wetting layer. This result is attributed to the interaction between energetic atoms and the growth surface, which mediates the island nucleation.     

衬底温度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,石英玻璃和单晶硅片为衬底制备了氢化非晶硅(a-Si∶ H)薄膜.采用扫描电子显微镜、X-射线衍射仪、台阶仪、紫外可见分光光度计、傅里叶变换红外光谱仪和电子能谱仪等分别表征了a-Si∶H薄膜的表面形貌、结晶特性、沉积速率,光学带隙,键合结构和Si化合态等特性.结果表明:随着衬底温度的增加,a-Si∶H薄膜表面的颗粒尺寸减小,均匀性增加,沉积速率则逐渐降低;衬底温度从80℃增加到130℃时,光学带隙显著增加,而在130℃至230℃范围内,光学带隙基本不随衬底温度变化;以SiH键对应的伸缩振动的相对峰强度逐渐增加,而以SiH2或(SiH2)n键对应的伸缩振动的相对强度逐渐减小;a-Si∶H薄膜中Si0+态的相对含量增加.因此,衬底温度大于130℃有利于制备优质a-Si∶H薄膜,230℃是沉积a-Si∶H薄膜的最佳衬底温度.     

衬底温度对磁控共溅射制备的Zn(O,S)薄膜结构和光电性能的影响

采用磁控共溅射沉积法,以氧化锌和硫化锌为靶材,在不同衬底温度下制备了Zn(O,S)薄膜.采用X射线衍射仪、原子力显微镜、紫外-可见-近红外分光光度计、霍尔测试仪和拉曼光谱测试仪对Zn(O,S)薄膜进行了结构和光电特性研究.结果表明:Zn(O,S)薄膜具有六方纤锌矿结构,属于二模混晶;在可见-近红外波段的吸收率小于5;;其为N型半导体,电学特性随衬底温度的变化而变化;衬底温度为200℃时制备的厚度为167 nm的Zn(O,S)薄膜的载流子浓度达到8.82×1019 cm-3,迁移率为19.3 cm2/V·s,表面呈金字塔结构.     

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。