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。     

VHF-PECVD低温制备微晶硅薄膜的拉曼散射光谱和光发射谱研究

采用拉曼散射光谱和PR650光谱光度计对VHF-PECVD制备的微晶硅薄膜进行了结构表征和在线监测研究.结果表明：功率对材料的晶化率（χc）有一定的调节作用，硅烷浓度大，微调作用更明显；SiH*的强度只能在一定的范围内表征材料的沉积速率，功率大相应的速率反而下降；I［Hα*］/I［SiH*］强度比值反映了材料晶化程度，此结果和拉曼散射光谱测试结果显示出一致性；I［Hβ*］/I［Hα*］的强度比表明氢等离子体中的电子温度随功率的增大而逐渐降低. 关键词： 甚高频等离子体增强化学气相沉积 微晶硅 拉曼散射谱 光发射谱     

微晶硅薄膜的结构及光学性质的研究

借助RF-PECVD辅助RTP技术，采用高沉积气压的技术路线制备了优质的微晶硅薄膜，并利用拉曼光谱、反射谱和透射谱分别研究了微晶硅的晶化率和光学性质.实验中发现微晶硅的吸收边出现了相对红移，此相对红移可归结于薄膜晶化率的提高和带尾态密度的降低. 关键词： 微晶硅 拉曼光谱 快速热处理 红移     

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。     

室温射频磁控溅射制备纳米晶ZnSX薄膜及其性能研究

为获得性能优异的透明介质薄膜,采用射频磁控溅射技术,以ZnS陶瓷靶为靶材,在玻璃衬底上室温沉积纳米晶富锌ZnS薄膜,通过X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、拉曼光谱仪、分光光度计、光谱椭偏仪重点研究了不同射频功率对制备的纳米晶ZnS_X薄膜的晶相结构、表面形貌及光学性能的影响。结果表明:射频功率对ZnS_X薄膜晶相形成和结晶度具有重要影响;随着溅射功率的增加,ZnS_X薄膜中Zn和S元素的比例、特征拉曼峰的强度以及折射率的值都先增大后减小,薄膜的光学带隙从3.86 eV降低至3.76 eV;当溅射功率为150 W时,为ZnS_X薄膜具有立方相结构及高结晶度的最优条件,薄膜的Zn/S比接近于标准化学计量比,达到1.23,可见光平均透过率大于80%,550 nm下ZnS_X薄膜的光学折射率为2.03。     

射频磁控溅射法制备ZnS多晶薄膜及其性质

实验采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上沉积了ZnS多晶薄膜,研究了沉积气压、退火温度和衬底温度对ZnS薄膜质量的影响.利用X射线衍射(XRD)分析了薄膜的微结构,并计算了内应力值.通过紫外-可见光分光光度计测量了薄膜的透过谱,计算了Urbach能量和禁带宽度.利用扫描电子显微镜(SEM)观察了薄膜的表面形貌.结果表明: 衬底温度为室温时沉积的ZnS薄膜具有较大的压应力,并且内应力值随着工作气压增大而增大,在300 ℃下进行退火处理后内应力松弛,衬底温度为350 ℃时制备的ZnS薄膜内应力小,透过率高,经300 ℃退火处理后结晶质量有所提高. 关键词： ZnS薄膜 射频磁控溅射 内应力     

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     

氘在碳钨共沉积层中的滞留行为研究

运用射频磁控溅射方法, 在氘氩混合气氛中制备了含氘碳钨共沉积薄膜. 利用离子束分析方法[卢瑟福背散射(RBS)和弹性反冲(ERD)]对薄膜样品的厚度、成分、 氘含量等进行了分析; 利用拉曼光谱和扫描电子显微镜(SEM), 分别分析了薄膜的结构和表面形态. 离子束分析发现, 氘原子更易被碳原子俘获位俘获, 并且氘含量会随着沉积温度的升高而降低; 其他镀膜条件固定的情况下, 不同混合气体压强下薄膜样品中的氘浓度在5.0 Pa处有一个峰值; 拉曼光谱分析显示, 沉积温度从室温升高到725 K时, 碳钨共沉积层中的类石墨化成分增加, 同时, 非晶化的程度也加剧; 扫描电子显微镜图像表明, 随着温度的升高薄膜表面被腐蚀的痕迹消失, 但是由于应力的改变表面出现了多处的凸起. 关键词： 氘滞留 碳钨共沉积 射频磁控溅射     

磁控共溅射低温制备多晶硅薄膜及其特性研究

多晶硅在光电子器件领域具有较为重要的用途。利用磁控溅射镀膜系统,通过共溅射技术在玻璃衬底上制备了非晶硅铝(α-Si/Al)复合膜,将Al原子团包覆在α-Si基质中,膜中的Al含量可通过Al和Si的溅射功率比来调节。复合膜于N₂气氛中进行350 ℃,10 min快速退火处理,制备出了多晶硅薄膜。利用X射线衍射仪、拉曼光谱仪和紫外-可见光-近红外分光光度计对多晶硅薄膜的性能进行表征,研究了Al含量对多晶硅薄膜性能的影响。结果表明：共溅射法制备的α-Si/Al复合膜在低温光热退火下晶化为晶粒分布均匀的多晶硅薄膜;随着膜中Al含量逐渐增加,多晶硅薄膜的晶化率、晶粒尺寸逐渐增加,带隙则逐渐降低;Al/Si溅射功率比为0.1时可获得纳米晶硅薄膜,Al/Si溅射功率比为0.3时得到晶化率较高的多晶硅薄膜,通过Al含量的调节可实现多晶硅薄膜的晶化率、晶粒尺寸及带隙的可控。     

衬底温度和硼掺杂对p型氢化微晶硅薄膜结构和电学特性的影响

以B₂H₆为掺杂剂,采用射频等离子体增强化学气相沉积技术在玻璃衬底上制备p型氢化微晶硅薄膜.研究了衬底温度和硼烷掺杂比对薄膜的微结构和暗电导率的影响.结果表明：在较高的衬底温度下很低的硼烷掺杂比即可导致薄膜非晶化;在实验范围内,随着衬底温度升高薄膜的晶化率单调下降,暗电导率先缓慢增加然后迅速下降,变化趋势与硼烷掺杂比的影响极为相似.最后着重讨论了p型氢化微晶硅薄膜的生长机理. 关键词： p型氢化微晶硅薄膜 衬底温度 晶化率 电导率     

Influence of deposition temperature on amorphous structure of PECVD deposited a-Si:H thin films

The effect of deposition temperature on the structural and optical properties of amorphous hydrogenated silicon (a-Si:H) thin films deposited by plasma-enhanced chemical vapour deposition (PECVD) from silane diluted with hydrogen was under study. The series of thin films deposited at the deposition temperatures of 50–200°C were inspected by XRD, Raman spectroscopy and UV Vis spectrophotometry. All samples were found to be amorphous with no presence of the crystalline phase. Ordered silicon hydride regions were proved by XRD. Raman measurement analysis substantiated the results received from XRD showing that with increasing deposition temperature silicon-silicon bond-angle fluctuation decreases. The optical characterization based on transmittance spectra in the visible region presented that the refractive index exhibits upward trend with increasing deposition temperature, which can be caused by the densification of the amorphous network. We found out that the scale factor of the Tauc plot increases with the deposition temperature. This behaviour can be attributed to the increasing ordering of silicon hydride regions. The Tauc band gap energy, the iso-absorption value their difference were not particularly influenced by the deposition temperature. Improvements of the microstructure of the Si amorphous network have been deduced from the analysis.     

氢化硅薄膜的晶化机理研究

采用PECVD工艺制备了非晶,微晶和多形硅薄膜,研究了电极间热梯度对氢化硅薄膜结构的影响.根据拉曼光谱得到了微晶硅的晶化率,并在椭偏仪中用BEMA模型验证了其准确性.根据理论模型研究了热梯度对微晶和多形硅薄膜沉积机理的影响.研究薄膜厚度对晶化率的影响表明微晶薄膜底端和表面之间存在晶化梯度,而多形硅薄膜中无晶化梯度存在.采用Tauc-Lorentz模型拟合得到薄膜的结构参数表明非晶硅薄膜的致密度和有序度低,而多形硅和微晶硅薄膜的有序度、致密度相近,且明显高于非晶硅. 关键词： 氢化硅 晶化 热梯度 结构     

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     

不同退火温度下晶化硅薄膜的电学输运性质

采用等离子体化学气相沉积技术制备氢化非晶硅薄膜,经过不同温度下的热退火处理,使薄膜由非晶结构向晶化结构转变,得到含有纳米晶粒的晶化硅薄膜.在晶化过程中,采用Raman技术对样品的结构进行表征.通过变温电导率的测试,对薄膜的电学输运性质进行了分析.研究结果表明：退火温度为700 ℃时,样品中开始有纳米晶形成,随着退火温度的增加,样品的晶化比增大,在1000 ℃时,薄膜的晶化比达到90%以上.在700 ℃退火时,薄膜中晶化成分较低,载流子的传输特性主要受到与硅悬挂键有关的缺陷态影响,表现为带尾定域态的跳跃电导 关键词： 氢化非晶硅 退火 纳米硅 电输运     

Optical and physicochemical properties of hydrogenated silicon nitride thin films: Effect of the thermal annealing

The effect of thermal annealing on the optical and physicochemical properties of hydrogenated silicon nitride films was studied. These films were deposited by plasma-enhanced chemical vapor deposition from a mixture of silane, ammonia, and nitrogen. Subsequently, the films were annealed at various temperatures ranging from 400°C to 1000°C. The properties of the films were studied using ellipsometry and Fourier transform infrared spectroscopy. The Maxwell Garnet model considers the silicon nitride material as heterogeneous with three distinct phases: silicon, stoichiometric silicon nitride, and hydrogen. Based on the ellipsometric analysis, the annealing treatment leads to reduce the volume fraction of both hydrogen and silicon. As a result, the stoichiometry parameter significantly increases from 1.24 to 1.32 making it closer to the stoichiometric silicon nitride one. According to the infrared data, a noticeable decrease in the total hydrogen concentration in the films was obtained with respect to the annealing temperature.     

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：     

HW-MWECR-CVD法制备氢化微晶硅薄膜及其微结构研究

用热丝辅助微波电子回旋共振化学气相沉积方法制备出高晶化体积分数的氢化微晶硅(μc-Si:H)薄膜.拉曼散射和X射线衍射技术对样品的微观结构测量分析表明，当反应气体中SiH₄浓度在3.6%—50%之间大范围变化时，μc-Si:H薄膜均具有高的晶化体积分数.进一步的分析表明，在SiH₄浓度较大时制备的薄膜，其结构以非晶-微晶的过渡相为主.薄膜易于晶化或生长为过渡相的主要原因是微波电子回旋共振使SiH₄气体高度分解，等离子体高度电离. 关键词： 微波电子回旋共振化学气相沉积 氢化微晶硅薄膜 拉曼散射 X射线衍射     

The optoelectronic properties of silicon films deposited by inductively coupled plasma CVD

Hydrogenated amorphous and microcrystalline silicon films were deposited by inductively coupled plasma chemical vapor deposition (ICP-CVD) at low substrate temperatures using H₂-diluted SiH₄ as a source gas. High-density plasma generated by inductively coupled excitation facilitates the crystallization of silicon films at low temperatures, and microcrystalline silicon films were obtained at the substrate temperature as low as 180 °C. The columnar structure of the films becomes more and more compact with an increase of their crystallinity. The reduction of hydrogen content in the films causes a narrowing of the optical bandgap and an enhancement of the absorption with increasing the substrate temperature. The microcrystalline silicon films show two electronic transport mechanisms: one is related to the density of state distribution in the temperature region near room temperature and the other is the variable range hopping between localized electronic states close to the Fermi level below 170 K. A reasonable explanation is presented for the dependence of the optoelectronic properties on the microstructure of the silicon films. The films prepared at a substrate temperature of 300 °C have highly crystalline and compact columnar structure, high optical absorption coefficient and electrical conductivity, and a low hydrogen content of 3.8%.