氮化硅薄膜中纳米非晶硅颗粒的键合结构及光致发光

采用螺旋波等离子体化学气相沉积技术以N₂/SiH₄/H₂为反应气体制备了镶嵌有纳米非晶硅颗粒的氢化氮化硅薄膜,通过改变N₂流量实现了薄膜从红到蓝绿的可调谐光致发光.傅里叶红外透射和紫外-可见光吸收特性分析表明,所生长薄膜具有较高的氢含量,N₂流量增加使氢的键合结构发生变化,非晶硅颗粒尺寸减小,所对应的薄膜的光学带隙逐渐增加和微观结构有序度减小.可调光致发光(PL)主要来源于纳米硅颗粒的量子限制效应发光,随N₂流量增加,PL的谱线展宽并逐渐增强. 关键词： 傅里叶红外透射谱 光吸收谱 纳米硅粒子镶嵌薄膜 光致发光     

硅薄膜沉积过程中等离子发光基团的一维空间分布研究

使用光发射谱(OES)对甚高频等离子增强化学气相沉积(VHF-PECVD)技术沉积硅薄膜时的等离子体发光基团的空间分布进行了在线监测和研究. 研究表明：等离子体的不同发光基团都存在着一个中间强度较大的区域和两边电极附近的暗区;增大硅烷浓度和提高辉光功率都会增大SiH^*峰强度;硼烷的加入,使得SiH^*和Hα^*峰强度增大,但硼烷流量变化的影响很小;硼烷流量增大,材料的晶化率下降,而I_{［Hα^*］关键词： 甚高频等离子增强化学气相沉积 等离子体 发光基团 空间分布}     

氢化纳米硅薄膜中氢的键合特征及其能带结构分析

对氢化纳米硅薄膜中氢的键合特征和薄膜能带结构之间的关系进行了研究.所用样品采用螺 旋波等离子体化学气相沉积技术制备，利用Raman散射、红外吸收和光学吸收技术对薄膜的 微观结构、氢的键合特征以及能带结构特性进行了分析.Raman结果显示不同衬底温度下所生 长薄膜的微观结构存在显著差异，从非晶硅到纳米晶硅转化的衬底温度阈值为200℃.薄膜中 氢的键合特征与薄膜的能带结构密切相关.氢化非晶硅薄膜具有较高的氢含量，因键合氢引 起的价带化学位移和低衬底温度决定的结构无序性，使薄膜呈现较大的光学带隙和带尾宽度 .升 关键词： 氢化纳米硅 螺旋波等离子体 能带结构     

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     

薄膜硅/晶体硅异质结电池中本征硅薄膜钝化层的性质及光发射谱研究

本文采用甚高频等离子体化学气相沉积技术 (VHF-PECVD) 制备薄膜硅/晶体硅异质结电池中的本征硅薄膜钝化层, 光发射谱 (OES) 测量技术研究了硅薄膜沉积过程中等离子体发光谱随时间的变化. 结果表明: 在实验优化条件下等离子体发光谱很快达到稳定 (大约25 s), 并且SiH^*/H_α^* 的比值随时间变化较小, 避免了生长过程中硅薄膜结构的不均匀性, 这主要是SiH₄没有完全耗尽避免了SiH₄的反向扩散. 进一步研究了沉积参数对稳态发光谱和硅薄膜性质的影响, 结果表明: 随着硅烷浓度增加, H_α^*峰强度减小, SiH^*峰强度增加, 薄膜从微晶转变成非晶, 非晶硅薄膜钝化效果好; 随着沉积气压增大, H_α^*和 SiH^*峰强度先增加后减小, 高气压下H_α^*和 SiH^*峰强度下降主要是反应前驱物的聚合形成高聚合物, 不利于形成高质量的硅薄膜, 因此钝化效果下降; 随着反应功率密度增加, H_α^*和 SiH^*峰强度增大, 当功率密度为150 mW/cm² 趋于饱和, 硅薄膜的致密度和钝化效果也开始下降, 50 mW/cm²的低功率密度下硅薄膜钝化效果差可能是由于原子H 浓度低, 不能完全钝化单晶硅表面的悬挂键. 关键词： 薄膜硅 异质结 光发射谱 钝化     

氢稀释对高速生长纳米晶硅薄膜晶化特性的影响

以SiH₄与H₂为气源,采用射频等离子体增强化学气相沉积技术,在较高的压强(230Pa)下,研究氢稀释率对纳米晶硅薄膜的生长速率和晶化特性的影响. 实验表明,薄膜的晶化率,晶粒尺寸随着氢稀释率的提高而增加,当氢稀释率为99%,薄膜的晶化率接近70%. 而沉积速率却随着氢稀释率的减小而增加,当氢稀释率从99%减小到95%时,薄膜的沉积速率由0.3nm/s 增加至0.8nm/s. 关键词： 纳米晶硅薄膜 氢稀释 晶化率 硅烷     

热丝辅助双偏压氢等离子体制造金刚石锥状表面研究

利用热丝辅助双偏压氢等离子体对化学气相沉积金刚石薄膜进行了纳米尺度上的表面改装,制造出锥状金刚石列阵.金刚石薄膜内在的柱状结构使氢离子在刻蚀薄膜时产生非均匀的刻蚀速率,对锥状表面的形成起着重要作用.另一方面,溅射出的含碳粒子会发生二次沉积,最终的特征表面形貌取决于刻蚀与含碳基团再沉积之间的相互竞争.栅极的使用影响基底区域放电的伏安特性,改变栅极电流可以对形成的金刚石特征表面结构进行有效调节.在处理过程中少量掺入甲烷,提高了金刚石表面附近的含碳基团浓度,促进二次成核,进而诱发均匀分布的锥状列阵. 关键词： 等离子体 表面 金刚石薄膜     

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     

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：     

H2， He混合稀释生长微晶硅锗薄膜

采用H₂,He混合气体稀释等离子辅助反应热化学气相沉积法生长微晶硅锗薄膜,并在生长过程中对等离子体进行光发射光谱在线监测.结果表明：混合气体稀释法可以有效提高等离子体中的原子氢数目,降低等离子体中的电子温度;用XRD和光暗电导率表征样品的微结构和光电特性时发现,通过优化混合稀释气体中He和H₂气体的比例,能够减少薄膜中的缺陷态,促进薄膜<220>择优取向生长,有效改善微晶硅锗薄膜结构,提高光电吸收性能. 关键词： 化学气相沉积 微晶硅锗薄膜 光发射光谱 X射线衍射     

VHF等离子体光发射谱(OES)的在线监测

采用光发射谱(OES)测量技术，对不同制备条件下的甚高频(VHF)等离子体辉光进行了在线监 测.实验表明，VHF等离子体中特征发光峰(Si，SiH,H_α,H^*_β 等)的强度较常规的射 频(RF)等离子体明显增强，并且在制备μc-Si：H的工艺条件下(H稀释度R(H₂/S iH₄)=23 )，随激发频率的增加而增大，这些发光峰的变化趋势与材料沉积速率的变化规律较相似.Si H峰等的强度随气压的变化则因硅烷H稀释度及功率的不同而异：高H稀释(R=23)时，SiH峰强 度在低辉光功率下随反应气压的增大单调下降，在高辉光功率下随气压的变化呈现类高斯规 律；低H稀释(R=5．7)时， SiH峰随气压的变化基本上是单调下降的，下降速率也与功率有 关，这些结果表明，VHF-PECVD制备μc-Si：H和a-Si：H的反应动力学过程存在较大差异.此 外，随着激发功率的增大，Si，SiH峰都先迅速增大然后趋于饱和，并且随着H稀释率的增大 ，将更快呈现饱和现象.通过对OES结果的分析与讨论可知，VHF-PECVD技术沉积硅基薄膜可 以有效提高沉积速率，而且，硅基薄膜的沉积速率的进一步提高需要综合考虑H稀释度、气 压和功率等的匹配与优化. 关键词： 甚高频等离子体化学气相沉积 氢化硅薄膜 光发射谱     

Evolution of infrared spectra and optical emission spectra in hydrogenated silicon thin films prepared by VHF-PECVD

A series of hydrogenated silicon thin films with varying silane concentrations have been deposited by using very high frequency plasma enhanced chemical vapor deposition (VHF-PECVD) method. The deposition process and the silicon thin films are studied by using optical emission spectroscopy (OES) and Fourier transfer infrared (FTIR) spectroscopy, respectively. The results show that when the silane concentration changes from 10% to 1%, the peak frequency of the Si—H stretching mode shifts from 2000 cm ^{- 1} to 2100 cm ^{- 1}, while the peak frequency of the Si—H wagging—rocking mode shifts from 650 cm ^{- 1} to 620 cm ^{- 1}. At the same time the SiH^*/H_α intensity ratio in the plasma decreases gradually. The evolution of the infrared spectra and the optical emission spectra demonstrates a morphological phase transition from amorphous silicon (a-Si:H) to microcrystalline silicon (μc-Si:H). The structural evolution and the μc-Si:H formation have been analyzed based on the variation of H_α and SiH^* intensities in the plasma. The role of oxygen impurity during the plasma process and in the silicon films is also discussed in this study.     

射频激发热丝化学气相沉积制备硅薄膜过程中光发射谱的研究

采用射频(rf)激发,在热丝化学气相沉积(HWCVD)制备微晶硅薄膜的过程中产生发光基元,测量了rf激发HWCVD (rf-HWCVD)的光发射谱,比较了相同工艺条件下rf-HWCVD和等离子体增强CVD(PECVD)的光发射谱,分析了rf功率、热丝温度和沉积气压对rf-HWCVD光发射谱的影响.结果表明,在射频功率<0.1W/cm²时,rf-HWCVD发射光谱反映了HWCVD高的气体分解效率和高浓度原子氢的特点,能够解释气压变化与微晶硅薄膜微结构的关系,是研究HWCVD气相过程的有 关键词： HWCVD OES 微晶硅     

高速微晶硅薄膜沉积过程中的等离子体稳态研究

通过光发射光谱监测高速沉积微晶硅薄膜过程中I(H_α^*)/I(SiH^*) 随沉积时间的变化趋势, 分析高速率微晶硅薄膜纵向晶化率逐渐增大的原因. 通过氢稀释梯度法, 即硅烷浓度梯度和氢气流量梯度法来改善材料的纵向均匀性.结果表明: 硅烷浓度梯度法获得的材料晶化率从沉积300 s时的53%增加到沉积600 s时的62%, 相比于传统方式下纵向晶化率从55%到75%的变化有了明显的改善. 在硅烷耗尽的情况下, 增加氢气流量一方面增加了气体总流量, 使得电子碰撞概率增加, 电子温度降低, 从而降低氢气的分解, 抑制SiH_x基团的放氢反应, 同时背扩散现象也得到了一定的缓解, 使得I(H_α^*)/I(SiH^*) 在沉积过程中逐渐增加的趋势有所抑制, 所制备的材料的纵向晶化率在240 s 后维持在53%-60%范围内, 同样改善了薄膜的纵向结构. 关键词： 光发射光谱 高速沉积 微晶硅 纵向结构均匀性     

氢稀释对多晶硅薄膜结构特性和光学特性的影响

以SiCl₄和H₂为气源，用等离子体增强化学气相沉积技术，在250℃的低温下，研究氢稀释度对多晶硅薄膜结构特性的影响.实验结果表明，对于以SiCl₄和H₂组成的反应源气体，氢对薄膜生长特性的影响有异于SiH₄/H₂，在一定功率下，薄膜的晶化率随氢稀释度的减小而增加，在一定的氢稀释度下薄膜晶化度达到最大值85％；随着氢稀释度的继续减小，薄膜晶化度迅速下降，并逐渐向非晶态结构转变.随氢稀释度的减小，薄膜的光学带隙由 1.5eV减小至约1.2eV，而后增大至1.8eV.沉积速率则随氢稀释度的减小先增加后减小，在无氢条件下，无薄膜形成.在最佳氢稀释度条件下，Cl基是促进晶化度提高，晶粒长大的一个主要因素. 关键词： 多晶硅薄膜 微结构 氢稀释 4')" href="#">SiCl₄     

Gas phase kinetic and optical emission spectroscopy studies in plasma-enhanced hot filament catalytic CVD production of carbon nanotubes

Optical emission spectroscopy (OES) is used as the main experimental tool for comparison with simulations of the plasma and gas phase composition during plasma-enhanced hot filament catalytic chemical vapor deposition (PE HF CCVD) growth of carbon nanotubes (CNTs). Calculated concentration of more than 45 species in model of the CVD reactor is acquired by Chemkin™ software. Study of different conditions is performed and a close relationship can be found between the nature and the growth rate of carbon nanostructures and the concentration of the active gas phase species. Moreover it is shown that significant changes in the density and morphology of the CNTs grown in the presence of NH₃ could be mainly explained by the gas phase formation of CN and HCN.     

An optical emission spectroscopy study of the plasma generated in the DC HF CVD nucleation of diamond

Optical emission spectroscopy (OES) was used to study the plasma generated by the activation of the gas phase CH₄ + H₂ both by hot filaments and by a plasma discharge (DC HF CVD) during the nucleation of CVD diamond. The effects of nucleation parameters, such as methane concentration and extraction potential, on the plasma chemistry near the surface were investigated. The density of the diamond nucleation and the quality of the diamond films were studied by scanning electron microscopy (SEM) and Raman scattering, respectively. The OES results showed that the methane concentration influenced strongly the intensity ratio of H_β-H_α implying an increase of electron mean energy, as well as CH, CH⁺, C₂. A correlation between the relative increase of CH⁺ and the diamond nucleation density was found, conversely the increase of C₂ contributed to the introduction of defects in the diamond nuclei.     

Effect of hydrogen dilution on the optical properties of hydrogenated amorphous silicon-nitrogen films prepared by plasma deposition

The effect of the dilution of silane and nitrogen with hydrogen on the optical properties of hydrogenated amorphous silicon-nitrogen films prepared by plasma deposition has been investigated as functions of the gas-volume ratio γ (= ([SiH₄] + [N₂])/([SiH₄] + [N₂] + [H₂]) and the substrate temperature. The prepared films are characterized by the values of the deposition rate, the optical gap, the Urbach energy, the defect density, the integrated infrared absorption intensity and the refractive index, and by correlations between these parameters and the type of hydrogen- and nitrogen-bonding configurations estimated from infrared absorption spectra. The hydrogen dilution effect is discussed in terms of the above and compared with that in hydrogenated amorphous silicon reported in a previous paper by the present authors. It is pointed out that nitrogen atoms incorporated into the silicon network cause more disorder than incorporated hydrogen atoms, from the γ dependence of the Urbach energy and the integrated infrared intensities associated with the hydrogen and nitrogen bondings.     

氢稀释对纳米晶硅薄膜晶化特性的影响及薄膜生长机理

以SiH₄与H₂作为前驱气体,采用射频等离子增强化学气相沉积技术制备了纳米晶硅薄膜.利用Raman散射和红外吸收光谱等技术,对不同氢稀释比条件下薄膜的微观结构和键合特性进行了研究.结果表明,随着氢稀释比增加,薄膜的晶化率明显提高,而氢稀释比过高时,薄膜晶化率呈现减少趋势.红外吸收光谱分析表明,纳米晶硅薄膜中氢的键合模式与薄膜的晶化特性密切相关.随着氢稀释比增加,薄膜中整体氢含量和SiH₂键合密度明显减少,而在高氢稀释比条件下,氢稀释比增加导致薄膜中SiH₂键合密度和整体氢含量增加.