螺旋波等离子体增强化学气相沉积氮化硅薄膜

利用螺旋波等离子体增强化学气相沉积(HWP-CVD)技术，以SiH4和N2为反应气体进行了氮化硅(SiN)薄膜沉积，并研究了实验参量对薄膜特性的影响.利用傅里叶变换红外光谱、紫外—可见光谱和椭偏光检测等技术对薄膜的结构、厚度和折射率等参量进行了测量.结果表明，采用HWP-CVD技术能在低衬底温度条件下以较高的沉积速率制备低H含量的SiN薄膜，所沉积的薄膜主要表现为Si—N键合结构.采用较低的反应气体压强将提高薄膜沉积速率，并使薄膜的致密性增加.适当提高N2/SiH4比例有利于薄膜中H含量的降低. 关键词： 螺旋波等离子体 化学气相沉积 氮化硅薄膜     

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     

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.     

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.     

用于微测辐射热计氮化硅薄膜特性与结构研究

氮化硅(SiNx∶H)薄膜通常用作微测辐射热计焦平面阵列的支撑层、绝缘或隔热层。通过射频等离子体增强化学气相沉积(PECVD)制备了富硅型(0.80≤x≤1.16)氮化硅薄膜,利用X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶红外透射光谱(FTIR)分析了薄膜的微观结构。发现薄膜内部保存了Si3N4基本结构单元,除此之外,波数位于790,820和950 cm-1的Si-N键的伸缩振动峰分别对应为Si3-Si-N,N2-Si-H2,及H-Si-N3结构单元;运用曲率方法测量了不同硅烷(SiH4)流量条件下制备的氮化硅薄膜样品的残余应力,发现薄膜应力一般表现为张应力,但随着硅烷流量的增大,薄膜的张应力减小。理论分析发现,H-Si-N3结构单元使薄膜呈现张应力,而Si3-Si-N结构单元以及Si-Si键相对地表现为压应力。因此,通过优化制备工艺,获取理想的薄膜微观结构,能更理性地调控薄膜的残余应力。     

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.     

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     

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。     

Raman散射和AFM对多晶硅薄结晶状况的研究

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法在普通玻璃衬底上制备了多晶硅(p-si)薄膜。利用拉曼(Raman)散射谱、原子力显微镜(AFM)研究了衬底温度、射频功率和SiH4浓度对薄膜晶化的影响,并对其结果进行分析讨论。研究结果表明,当衬底温度从200℃逐渐提高到400℃、SiH4浓度从5%降到1%,硅膜的晶化率逐渐提高,结构逐渐由非晶向多晶转变,射频功率对薄膜的晶化状况也有很大影响。     

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。     

Effect of hydrogen content on dielectric strength of the silicon nitride film deposited by ICP-CVD

The inductively coupled plasma chemical vapor deposition(ICP-CVD) deposited silicon nitride(SiN_x) thin film was evaluated for its application as the electrical insulating film for a capacitor device.In order to achieve highest possible dielectric strength of SiN_x,the process parameters of ICP-CVD were carefully tuned to control hydrogen in SiNx films by means of tuning N_2/SiH_4 ratio and radio frequency(RF) power.Besides electrical measurements,the hydrogen content in the films was measured by dynamic secondary ion mass spectrometry(D-SIMS).Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR) and micro Raman spectroscopy were used to characterize the SiN_x films by measuring Si-H and N-H bonds' intensities.It was found that the more Si-H bonds lead to the higher dielectric strength.     

磁控溅射制备氧化硅薄膜生长速率

氧化硅薄膜是半导体工业中常见的薄膜材料,通常采用化学气相沉积方法制备。但是这种制备方法存在缺欠。采用磁控溅射的方法首先在石英衬底上制备了氧化硅薄膜。研究了射频功率、氧气含量和溅射压强对氧化硅薄膜沉积速率的影响。发现沉积速率随着射频功率的增加而增加;随着氧气含量的增加,先减小后增大;当溅射压强在0.4~0.8 Pa之间变化时,沉积速率变化很小,当溅射压强超过0.8 Pa时沉积速率迅速下降。讨论了不同生长条件下造成氧化硅薄膜生长速率变化的原因。     

Luminescent-wavelength tailoring silicon-rich silicon nitride LED

Wavelength tunable photoluminescence （PL） of Si-rich silicon nitride （SRSN） film with buried Si nanocrystals （Si-ncs） grown by plasma enhanced chemical vapor deposition （PECVD） under Sill4 and NH3 environment is investigated. Intense broadband visible emissions tunable from blue to red can be obtained from the as-deposited SiNs thin films with increasing NH3 flow rate from 150 to 250 sccm and detuning the SiH4/NH3 flow ratio during deposition. To date, the normalized PL wavelength of SiNx films after anneal- ing could be detuned over the range of 385-675 nm by decreasing the NH3 flow rate, corresponding to an enlargement on Si-nc size from 1.5-2 to 4-5 nm. The PL linewidth is decreased with increasing ammonia flow rate due to the improved uniformity of Si-ncs under high NH3 flow rate condition. In addition, the PL intensity is monotonically increasing with the blue shift of PL wavelength due to the increasing density of small-size Si-ncs. The ITO/SiNx/p-Si/Al diode reveals highly resistive property with the turn-on voltage and power-voltage slope of only 20 V and 0.18 nW/V, respectively. The turn-on voltage can further reduce from 20 to 3.8 V by improving the carrier injection efficiency with p-type Si nano-rods.     

Dependence of Optical Absorption in Silicon Nanostructures on Size of Silicon Nanoparticles

The amorphous silicon nanoparticles (Si NPs) embedded in silicon nitride (SiN_x) films prepared by helicon wave plasma-enhanced chemical vapor deposition (HWP-CVD) technique are studied. From Raman scattering investigation, we determine that the deposited film has the structure of silicon nanocrystals embedded in silicon nitride (nc-Si/SiNx) thin film at a certain hydrogen dilution amount. The analysis of optical absorption spectra implies that the Si NPs is affected by quantum size effects and has the nature of an indirect-band-gap semiconductor. Further, considering the effects of the mean Si NP size and their dispersion on oscillator strength, and quantum-confinement, we obtain an analytical expression for the spectral absorbance of ensemble samples. Gaussian as well as lognormal size-distributions of the Si NPs are considered for optical absorption coefficient calculations. The influence of the particlesize-distribution on the optical absorption spectra was systematically studied. We present the fitting of the optical absorption experimental data with our model and discuss the results.     

富硅氮化硅薄膜的制备及其光学带隙研究

采用双极脉冲磁控反应溅射法在不同参数条件下制备了一系列氮化硅薄膜。利用数字式显微镜和紫外-可见光光谱仪研究了沉积薄膜的表面形貌及其光学带隙,利用共焦显微拉曼光谱仪比较了硅衬底、氮化硅薄膜退火前后的拉曼光谱。结果表明,氮气流量对薄膜的光学带隙影响较大,制备的薄膜主要为富硅氮化硅薄膜。原沉积薄膜的拉曼光谱存在明显的非晶硅和单晶硅峰,退火处理后非晶硅峰减弱或消失,表明薄膜出现明显的结晶化;单晶硅峰出现频移现象,表明薄膜中出现硅纳米颗粒,平均尺寸约为6.6 nm。     

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。     

Carbon Nitride Thin Films Deposited by Plasma Assisted Nd∶YAG Laser Ablation of Graphite in N2+H2 Atmosphere

Carbon nitride thin films are deposited on silicon wafers by 532 nm Nd∶YAG laser ablation of graphite in the N2+H2 atmosphere assisted by a dc glow discharge plasma at a higher gas pressure of about 4.0 kPa. The properties of the thin films are investigated by scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray (EDX) and X-ray diffraction (XRD). The results show that the deposited films are composed of α-C3N4, β-C3N4 phase and have the N/C atomic ratio of 2.01. The optical emission spectroscopy (OES) studies indicate that the introduction of a dc glow discharge and the adoption of a higher gas pressure during the film deposition are favorable to the net generation of the atomic N, CN radicals and N+2 in B2Σ+u excited state in the plasma, which are considered to play a major role in the synthesis of carbon nitride.