单晶硅衬底上Ge填埋层低温应力诱导重结晶制备多晶硅薄膜

本文采用电子束蒸发法,室温下在Si(400)的基片上生长含锗(Ge)填埋层的非晶硅薄膜,其结构为a-Si/Ge/Sisubstrate,并在真空中进行后续退火.采用Raman散射(Raman Scattering)、X射线衍射(X-ray Diffraction)、高分辨电子扫描显微镜(HRSEM)、光学显微镜和热重差热分析(DSC)等手段,研究退火后样品晶化特性和晶化机理.结果表明,室温下生长的含有250 nm Ge填埋层的生长态样品在400℃退火5h,薄膜基本全部实现晶化,并表现出明显的Si (111)择优取向.样品分别在400℃、500℃、600℃和700℃退火后薄膜的横向光学波的波峰均在519cm-1附近,半高宽大约为6.1 cm-1,且均在Si(111)方向高度择优生长.退火温度为600℃的样品对应的晶粒尺寸约为20 μm.然而,在相同的薄膜结构(a-Si/Ge/Si substrate)的前提下,当把生长温度提高到300℃时,温度高达到700℃退火时间5h后,薄膜依然是非晶硅状态.差热分析表明,室温生长的样品,在后续退火过程中伴随界面应力的释放,从而诱导非晶硅薄膜重结晶成多晶硅薄膜.     

电场辅助铝诱导晶化非晶硅薄膜

以氢气稀释的硅烷和氢气为反应气体,利用PECVD法先在玻璃衬底上生长非晶硅薄膜,然后利用磁控溅射法在非晶硅薄膜上镀制铝膜,最后将镀有铝膜的非晶硅薄膜样品置于快速热处理炉中,在外加电场辅助条件下,在氮气气氛下对薄膜样品进行退火制备多晶硅薄膜.本论文研究了不同外加电场强度和退火时间对非晶硅薄膜晶化的影响.利用XRD、SEM和Raman等测试方法对薄膜样品的晶相结构、表面形貌和晶化程度进行了表征.实验结果表明,在外加横向电场辅助铝诱导晶化的条件下,非晶硅薄膜在500 ℃低温下成功地转化成多晶硅薄膜,并且随着横向电场强度的增大以及退火时间的延长,薄膜的晶化程度增强,晶粒尺寸增大.     

多晶硅薄膜结晶团晶化机理的研究

本文用PECVD法在石英玻璃上沉积非晶硅薄膜,然后用快速光退火和传统电阻炉退火方法晶化生长多晶硅薄膜,用拉曼光谱仪、XRD和场发射扫描电镜观察分析薄膜,发现在制备的多晶硅薄膜表面存在结晶团现象,并对这一现象的晶化机理进行了分析.     

铝诱导非晶硅薄膜晶化动力学研究

为探讨其晶化过程及动力学机理,本文采用磁控溅射技术制备Al/Si薄膜,并利用快速光热退火制备微晶硅.通过采用不同的衬底温度及对铝膜进行退火处理,探究其晶化动力学过程.利用拉曼散射光谱(Raman)仪和X射线衍射(XRD)仪对薄膜进行性能表征.结果表明:退火及衬底加热均能在界面形成非共融的硅铝化合物;延长退火时间能使Al/Si界面充分扩散,达到成核条件.较大的铝晶粒及其择优取向,能有效改善铝诱导晶化效果.     

退火时间对铝诱导非晶硅薄膜晶化过程的影响

基于铝诱导非晶硅薄膜固相晶化方法,利用直流磁控溅射离子镀技术制备了Al/ Si…Al/ Si/ glass周期性结构的薄膜.采用真空退火炉对Al/ Si多层薄膜进行了500℃退火实验,通过透射电子显微镜(TEM)分析了不同退火时间下Al/ Si多层薄膜截面形貌的变化规律,并结合扩散过程探讨了退火时间对铝诱导非晶硅薄膜晶化过程的影响机理.研究结果表明:在铝诱导非晶硅薄膜固相晶化过程中,在退火过程的初期,晶态硅薄膜的生长主要来源于因Al的存在而形成的硅初始品核数量增加的贡献.随退火时间的延长,晶态硅薄膜的生长主要是依靠临界浓度线已推进区域中未参与形核的硅原子扩散至初始品核位置并进行外延生长来实现的.经500℃退火1 h后,Al/ Si薄膜的截面形貌巾出现了沿Si(111)晶面生长的栾品组织.     

非晶硅薄膜制备及其晶化特性研究

用磁控溅射法在K9玻璃上沉积了非晶硅(a-Si)膜和a-Si/Al膜,并将其在流动的N2气氛下进行退火.对退火前后的样品进行Raman光谱、XRD和SEM表征和分析.Raman光谱表明随着退火温度的升高,a-Si膜的散射峰出现了明显的蓝移,但XRD结果表明薄膜仍为非晶态;而a-Si/Al膜在温度很低时就已经开始晶化.     

AIT玻璃衬底非晶硅薄膜的固相晶化研究

本实验在铝诱导织构的基础上,对以AIT浮法玻璃为衬底沉积非晶硅薄膜固相晶化进行了初步研究.采用拉曼散射、X射线衍射等手段对生成多晶硅薄膜的结构和光学性能进行了表征和分析.研究结果表明:热处理10h,薄膜的晶化率达到80;以上,同时具有良好的(111)择优取向;同平板玻璃衬底对比,AIT玻璃上制备的多晶硅薄膜具有良好的陷光作用.     

铝层厚度对铝诱导非晶硅薄膜晶化过程的影响

基于铝诱导非晶硅薄膜固相晶化方法,利用直流磁控溅射离子镀技术制备了Al/Si/…Al/Si/glass周期性结构的薄膜.采用真空退火炉对Al/Si多层薄膜进行了500℃退火实验,通过透射电子显微镜(TEM)分析了退火前、后Al/Si多层薄膜截面形貌的变化规律,并结合扩散过程探讨了铝层厚度对铝诱导非晶硅薄膜晶化过程的本质影响机理.研究结果表明:在铝诱导非晶硅薄膜固相晶化过程中,随退火过程的进行,Al、Si原子会沿Al/si层间界面进行互扩散运动且在Si层中达到临界浓度Cs的Al原子所在区域整体呈线形平行于Al/Si界面逐渐向铝原子扩散距离增大的方向推进;随着Al层厚度的增加,Al在Si层中达到临界浓度Cs的区域整体向前推进速度加快,已扩散区域产生硅初始晶核的数量也随之增大;随Al/Si层厚比的增大,虽因铝诱导而晶化的硅薄膜均为多晶态,但非晶硅薄膜在晶化过程中的生长晶面数量增多,同时硅晶粒的尺寸有所减小.     

单晶硅外延生长晶化硅薄膜的研究

采用P型单晶硅片为衬底,并经混合酸溶液腐蚀抛光、清洗后,利用射频磁控溅射镀膜系统在其表面制备非晶硅薄膜;再结合快速光热退火工艺,于N2气氛下480℃退火30 min,得到晶化硅薄膜;利用光学金相显微镜、XRD衍射仪和拉曼散射光谱(Raman)仪对单晶硅衬底和晶化硅薄膜进行结构和性能表征.研究了混合酸溶液对单晶硅表面腐蚀效果、籽晶诱导外延生长晶化硅薄膜的物相结构和薄膜带隙.结果表明:采用混合酸溶液腐蚀后得到表面平整、光滑的单晶硅衬底;非晶硅薄膜经过快速退火后受籽晶诱导生成晶化硅薄膜,其晶相沿单晶硅衬底取向择优生长;随着非晶硅薄膜厚度从80 nm增加到280 nm,晶化后硅薄膜的表面粗糙度逐渐减小,晶化率从90.0;逐渐降低到37.0;;晶粒尺寸从6.65 nm逐渐减小到1.71 nm;带隙从1.18 eV逐渐升高到1.52 eV.     

SiNX覆盖层厚度对非晶In-Ga-Zn-O薄膜退火晶化的影响研究

采用射频磁控溅射在二氧化硅衬底上沉积一层厚度200 nm的非晶In-Ga-Zn-O(IGZO)薄膜,并在IGZO膜层上沉积厚度分别为20 nm、50 nm、60 nm、70 nm、90 nm的SiNX薄膜覆盖层,于350℃条件下N2气氛中退火1 h.采用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、能量色散谱仪(EDS)对IGZO薄膜的微观结构及成分进行研究.研究结果表明,退火后无覆盖层的IGZO膜层仍为非晶状态,70 nm以上SiNX覆盖层下的IGZO薄膜不发生晶化.与此不同,20～60 nm的SiNX覆盖层下IGZO膜层与SiNX覆盖层的界面处存在纳米凸起柱,使IGZO薄膜与SiNX覆盖层的接触界面脱离,此厚度的SiNX覆盖层具有诱导非晶IGZO薄膜晶化的作用,IGZO膜层内部的晶粒直径约10 nm.成分分析结果表明,结晶处In原子含量增加,IGZO薄膜中In原子的局域团聚是IGZO薄膜发生晶化的原因.     

非晶锗的低温晶化和光学特性研究

本文采用直流磁控溅射在(100)硅衬底上沉积了单层锗薄膜,分别用拉曼光谱和X射线衍射研究了薄膜的结晶性,通过对结晶性的研究发现,在衬底温度为200℃时溅射功率为150W时结晶性开始变好,功率增至250W的过程,锗薄膜的择优取向发生(220)向(331)的变化.这样在无金属掺杂的情况下得到了结晶性较好的样品.光致发光结果表明,非晶锗在可见光区有较强的发光现象,发光峰位中心分别在648.1nm和713.0nm.发光峰位不随晶粒尺寸变化而变化,但峰强对晶粒大小的依赖性很强,平均晶粒较大的锗薄膜在可见光区发光现象不显著.     

离子束溅射制备Si/Ge多层膜的结晶研究

采用离子束溅射制备Si/Ge多层膜,通过X射线小角衍射计算其周期厚度及各子层的厚度,用Raman光谱对Si/Ge多层膜的微观结构及Si子层的结构进行表征.结果表明,所制备的Si/Ge多层膜中,当Ge子层的厚度为6.2nm时,Si子层的结晶质量较好,表明适量的Ge含量有诱导Si结晶的作用.     

对柱状多晶硅薄膜的制备研究

在多晶硅薄膜(Poly-Si)生长理论的基础上,用等离子体化学气相沉积(RF-PECVD)系统,配合快速光热退火装置(RTP),在玻璃衬底和石英衬底上制备了柱状结构的多晶硅薄膜.借助于扫描电子显微镜(SEM)等测试手段,对薄膜的表面形貌和断面形貌进行了分析.结果发现:(1)柱晶的形成对薄膜的厚度有一定要求,而且薄膜越厚,柱晶直径越容易长得更大.本实验中,薄膜厚度达到2.5μm左右时,柱晶直径达到了1.5μm以上;(2)再结晶过程是从靠近光源的薄膜表面开始进而到薄膜内部的.再次说明RTP中再结晶的发生,与光和物质的相互作用密切相关.     

温度对快速热退火制备多晶硅薄膜结构与电学性能的影响

采用快速热退火方法对热丝CVD沉积的非晶硅薄膜进行了晶化处理.利用傅里叶红外光谱研究了非晶硅薄膜脱氢处理前后Si-Hx含量的变化;用X射线衍射(XRD),拉曼(Raman)光谱和扫描电子显微镜研究了硅薄膜的结构性能与退火温度的关系;利用电导率测试研究了硅薄膜的电学性能对退火温度的依赖性.研究发现,脱氢处理可以有效的抑制快速热退火引起的硅薄膜中微裂纹的出现.随着退火温度由700℃升高至1100℃,硅薄膜的结晶性逐渐升高,在1100℃下快速热退火15 s制备的多晶硅薄膜的晶化率高达96.7;.同时,硼掺杂硅薄膜的电导率也由700℃退火的1.39×10-6 S·cm-1提高至1100℃退火的16.41 S·cm-1,增大了7个数量级.     

蒸发电流对CdSe薄膜的结晶性能影响研究

采用真空热蒸发技术,选取系列蒸发电流在光学玻璃基底上制备出CdSe薄膜.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和原子力显微镜对样品的结构和表面形貌进行了表征.结果显示:蒸发电流为75 A时,CdSe薄膜沿(002)方向择优生长,衍射峰较强,半峰宽较小,晶粒(约48 nm)分布较均匀,表面粗糙度低(5.58 nm),无裂纹.蒸发电流不改变薄膜的结晶取向,但电流过低时,薄膜的表面颗粒轮廓模糊且有间隙,结晶性差;电流高于75 A时,随电流升高,薄膜结晶性逐步降低,颗粒变小,半峰宽变大,部分样品表面晶粒生长不完整,表面出现裂纹.     

原子层沉积与磁控溅射法制备TiO2薄膜性能对比研究

分别采用原子层沉积(ALD)和磁控溅射法(MS)在Si和石英衬底上制备TiO2薄膜,并进行退火处理.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和紫外分光光度计对这两种方法制备薄膜的晶型结构、表面形貌和光学特性进行分析对比.结果显示,对于沉积态TiO2薄膜,ALD-TiO2和MS-TiO2未能检测到TiO2衍射峰.ALD-TiO2为颗粒膜,其表面粗糙,颗粒尺寸大;MS-TiO2薄膜表面平整.经退火后,两种方法制备的TiO2薄膜能检测到锐钛矿A(101)衍射峰,但结晶质量不高.受薄膜表面形貌和晶型结构等因素影响,退火前后ALD-TiO2透过率与MS-TiO2透过率变化不一致.对于沉积态和退火态薄膜的禁带宽度,ALD-TiO2分别为3.8eV和3.7 eV,吸收边带发生红移,MS-TiO2分别为3.74 eV和3.84 eV,吸收边带发生蓝移.