绝缘体上全局应变硅晶圆的制备和表征

首先使用改良型Ge浓缩法制备了绝缘体上锗硅圆片,然后在超薄弛豫SiGe层上,利用超高真空化学气相沉积法外延了单晶硅薄膜,获得一系列不同厚度的6寸绝缘体上应变硅晶圆.结果表明应变硅薄膜完整、均匀、表面平整且晶体质量良好,获得样品中顶层硅最大应力值达2.22 GPa.应用临界厚度理论对样品厚度和应变值之间的关系进行了分析,发现本实验所得样品在超过临界厚度3倍之后会发生应变弛豫.     

硅薄膜晶化机制的光学分析

采用拉曼光谱和分光光度计等测试手段,对快速光热过程(RTP)和常规炉过程(CFP)退火后的硅薄膜结构性能和光学性能进行了研究。用Avrami-Mehl-Johnson和Monte Carlo晶体生长模型和黑体辐射理论分析得出,RTP法退火温度低、速度快的原因,是RTP中不仅存在“光量子效应”,而且还存在“光热相长效应”。由光学带隙的计算得知,RTP退火法可使带隙约为1.7eV的非晶硅薄膜变为带隙约为1.28eV的微晶硅薄膜,说明RTP退火达到了较好的结晶效果。     

应变对硅晶体生长影响的分子动力学模拟研究

基于Tersoff势描述的硅原子间相互作用,通过分子动力学方法模拟考察了在垂直于生长方向上分别对晶体施加了不同应变时,硅沿[100]和[112]晶向的晶体生长.结果显示,在压应变条件下,随着应变的增大晶体生长速率减小;而在拉应变条件下,在小应变范围内,晶体生长速率随应变增大并不减小,甚至还可能增大,只有当应变达到一定程度时,晶体生长速率才会随着应变的增大而减小;拉应变对[112]方向生长中液-固界面的形态也产生了显著影响.     

不同衬底制备硅薄膜的微结构研究

本文用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,在普通玻璃衬底、未织构的氧化锌掺铝(AZO)覆盖的普通玻璃衬底和石英衬底上室温下制备了微晶硅薄膜.然后用快速光热退火炉(RTP)在600℃下对样品进行了7min的退火处理, 借助Raman和SEM对退火前后硅薄膜微结构进行了研究,并用声子限域理论和纳晶表面效应对实验现象进行了分析.结果表明:(1) 薄膜沉积过程中,衬底结构对薄膜微结构有重要影响,相对来说石英衬底上沉积的硅薄膜最容易晶化,其次是玻璃衬底,再其次是未织构的AZO覆盖的玻璃衬底.初步分析认为,主要是因为衬底的无序结构与硅的晶体结构的失配程度不同造成的影响;(2)退火后,薄膜晶粒尺寸均增大.进一步推测, AZO薄膜微结构随退火的变化将导致硅薄膜微结构受到牵连影响.     

纳米硅增强纳米纤维薄膜的制备与研究

利用纳米硅粉和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的乙醇混合溶液,通过静电纺丝和碳化制备了Si/C纳米纤维薄膜.通过XRD、SEM、XPS、拉伸测试和TG法对样品进行表征.结果表明,纤维直径、薄膜表面元素含量、碳化薄膜强度可以通过控制Si与PVP含量而调节;当Si与PVP的质量比为0.2时,碳化薄膜拉伸强度最高其值为(6.1±0.3)MPa,继续增加硅的含量其薄膜强度明显降低.     

铝诱导纳米硅制备大晶粒多晶硅薄膜的研究

本文以超白玻璃为衬底,利用热丝化学气相沉积和磁控溅射法制备了Glass/nc-Si/Al的叠层结构,然后置于管式退火炉中在H2气氛下进行5h诱导晶化,用XRD、光学显微镜、扫描电镜和拉曼光谱对样品进行了表征.结果表明所有样品都是有(111)择优取向的多晶硅薄膜,在425℃诱导时,多晶硅晶粒尺寸最大达400 μm,但薄膜不连续;随着诱导温度升高到450℃,样品表面已形成了连续的多晶硅薄膜,但晶粒尺寸有所减小;475℃下诱导获得的最大晶粒尺寸约为200μm,此时多晶硅薄膜的结晶质量更好.还从动力学的角度分析了铝诱导纳米硅的晶化机理.     

以硅纳米孔柱阵列为模板制备金纳米薄膜

采用浸渍技术,分别以新鲜和老化两组硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)衬底为模板制备了不同形貌特征的Au/Si-NPA.结果表明:造成两组衬底上形成的Au/Si-NPA形貌上的巨大差异主要是由于两组Si-NPA衬底表面氧含量的分布不同所致.进一步分析发现,Si-NPA在Au/Si-NPA的形成过程中既起到了模板作用,又起到了还原的双重作用.由于Si-NPA具有规则的阵列结构,从而使得金在Si-NPA表面上的沉积速率产生选择性,最终可以形成准周期的、规则的金纳米复合薄膜.     

沉积压力对磁控溅射纳米硅薄膜结构和性能影响

采用射频(RF)磁控溅射方法在玻璃衬底上制备了氢化纳米硅薄膜,研究了沉积压力(4～9 Pa)对薄膜结构和性能的影响.利用XRD、SEM、紫外-可见光分光光度计、傅立叶红外吸收光谱仪(FT-IR)及四探针电阻测试仪等对薄膜结构和性能进行了表征.结果表明:随着沉积压力的提高,薄膜结晶程度逐渐变差,晶粒尺寸降低;薄膜光学带隙在2.04～2.3 eV之间,且随着沉积压力的提高而增加;薄膜具有SiH、SiO、SiH2和SiH3振动吸收峰, 随着沉积压力的增加,SiH、SiH2振动吸收峰向高波数移动,薄膜方块电阻在132～96 Ω/□,且随着沉积压力的升高而降低.     

射频磁控溅射不锈钢衬底AlN薄膜的制备与特性研究

利用正交实验设计方法,采用射频磁控溅射法在不锈钢衬底上制备了AlN薄膜,并利用XRD、激光拉曼光谱、荧光光谱等技术对AlN薄膜的结构及发光特性进行了表征.通过实验数据分析,得出如下结论:利用射频磁控溅射法在不锈钢衬底上制备的纤锌矿结构AlN薄膜,在所有参数下,(100)面最易生长;在溅射功率为300～400 W、衬底温度为100～200 ℃、氮气流量百分比为30;、溅射时间为1 h时,制备出的AlN薄膜结晶状况较好.制备出的AlN薄膜没有明显的拉曼峰,但不锈钢衬底不仅有拉曼峰,而巨在紫外区有很强的荧光发射峰.在不锈钢上镀膜后,拉曼峰的强度有所变化并巨伴随着频移.     

MPCVD法纳米金刚石膜的制备及分析

利用MPCVD方法在玻璃基片上成功的制备了非常光滑、致密均匀的纳米金刚石膜.沉积工艺分为两步:成核,CH4/H2=3;;生长,O2/CH4/H2=0.3:3:100;沉积过程中保持工作压力为4.0kPa,衬底温度500℃.拉曼、透射电镜、红外光谱、表面轮廓仪等的测试表明:膜层由纳米级金刚石晶粒组成,最大晶粒尺寸小于100nm,成核密度大于1011/cm2.成核面晶粒的点阵常数较大,表明存在较多缺陷,表面粗糙度小于2nm,在可见光区完全透明,红外光学性能接近金刚石单晶理论值.     

基于Si衬底的CdSe薄膜蒸镀工艺研究

采用真空蒸发技术在Si(100)基底上制备了CdSe纳米晶薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、膜厚测试仪、原子力显微镜(AFM)方法对不同蒸发电流下制备的薄膜的结晶情况、表面形貌进行分析表征.结果表明:蒸发电流对CdSe薄膜的结晶性能和表面形貌有显著影响.当蒸发电流为75 A时,CdSe薄膜沿(002)方向的衍射峰相对较强,沿c轴取向择优生长优势明显,薄膜厚度约为160 nm,晶粒尺寸约为40 nm,颗粒均匀;薄膜表面平整光滑,表面粗糙表面粗糙度(5.63 nm)相对较低,薄膜结晶质量较好.     

在Si和GaAs衬底上分子束外延CdTe的晶格应变

本文利用高分辨率多重晶多重反射X射线衍射技术对分子束外延CdTe(211)B/ Si(211)与CdTe(211)B/GaAs(211)B材料的CdTe外延薄膜进行了倒易点二维扫描,并通过获得的倒易点二维图,对CdTe缓冲层的应力和应变状况进行了分析.研究显示,对于一定厚度的CdTe外延薄膜,在从生长温度280℃降至室温20℃的过程中,由于和衬底存在热膨胀系数的差异,将在外延薄膜中产生热应力,使外延薄膜发生应变,并且这种应变取代了失配应变,在晶格畸变中占据主导地位.对于Si衬底,热应变表现为张应力;对于GaAs衬底,热应变表现为压应力.该研究结果对于进一步优化在大失配的异质衬底上外延同Hg1-xCdxTe材料晶格匹配的Cd1-yZnyTe材料的Zn组分具有指导意义.     

RF预处理对ZnO/Si生长的影响

氧化锌是一种Ⅱ-Ⅵ族直接带隙的宽禁带半导体材料,其室温下的禁带宽度3.36eV,由于其具有紫外发光的特性,近来受到研究者的广泛关注.由于ZnO在高效率光散发设备和其它光学方面有应用前景,所以要进行高质量的ZnO薄膜制备的研究.由于晶格失配,ZnO/Si的异质结质量不高,现在主要应用过渡层或表面处理的方法进行改善.本文用MOCVD设备生长ZnO/Si薄膜,所用载气为N2,反应源为CO2和DEZ,衬底为Si(111)单晶外延片.除了对衬底进行常规的化学清洗以外,在生长前进行Ar RF的预处理,是氩离子对硅表面进行一定的破坏,处理能量从0～110W进行了梯度变化,再以同样的生长条件进行原位生长.对于样品我们分别作了XRD、PL、AFM测量,发现Ar RF预处理对薄膜结晶有很大影响,未作处理的样品一般呈多晶态,而处理后的样品在一定能量范围内晶格取向有显著提高,但随预处理能量达到一定限值后取向性被破坏,XRD测试图如1、2、3.预处理对于发光也有很大的影响,在一定能量范围内发光强度只随处理能量加大缓慢衰减,但在高能量状态下,发光明显减弱,峰位也随之变化.可见氩离子轰击硅表面形成了缺陷,这些缺陷在生长中顺延在ZnO部分,并且这些缺陷是发光淬灭中心,随能量的增加而增加.PL测试图如4.通过AFM分析样品的粗糙度,发现预处理对表面粗糙度有减低的作用,随着处理能量的增加,表面粗糙度下降.     

射频功率对Si薄膜微观结构及电学性能的影响

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法制备了不同射频功率的Si薄膜,并对其进行真空退火处理.研究了射频功率和退火处理对薄膜微观结构和电学性能的影响,并总结了不同电场环境对薄膜原子排列有序度的影响规律.结果表明:随射频功率的增加,Si薄膜的非晶结构无实质改变,但其少子寿命明显增强;经800℃真空退火处理后,Si薄膜的微观结构均由非晶态转变为晶态,晶化程度达60;以上,且少子寿命达到20 μs以上.     

Si基上电沉积Cu薄膜的形貌与择优取向

采用电化学沉积技术在Si衬底上沉积了Cu膜.场发射扫描电镜和X射线衍射分析表明:膜中存在Cu纳米颗粒, 并且表现出择优取向,与衬底的取向和斜切角度以及沉积电流密度有关.在Si(100) 衬底上,铜(220)晶面的织构系数随电流密度的增加而增加.在相同沉积条件下,在斜切角较小的Si(111)和Si(100)衬底上择优取向面都是铜 (220) 面,而在斜切角为4°的Si(111)衬底上铜(111)晶面为择优取向面.     

MOCVD方法在Ti/Si(111)模板上生长ZnO薄膜的研究

本文采用常压MOCVD方法在Ti/Si（111）模板上生长了氧化锌（ZnO）薄膜,使用二乙基锌为Zn源,去离子水为O源。Si衬底上的Ti薄层采用电子束蒸发台蒸发,然后低温生长缓冲层并在高温下进行重结晶,接着在680％进行ZnO薄膜的生长。采用粉末衍射法、双晶X射线衍射及光致发光技术研究了材料的取向、结晶性能及发光性能。结果表明,本文制备了高度择优取向和良好发光性能的ZnO薄膜。     

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.     

化学溶液分解法制备Sm0.5Bi3.5Ti3O12铁电薄膜

采用化学溶液分解法(CSD)在Si衬底上制备了Sm0.5Bi3.5Ti3O12 (SmBT0.5)薄膜.用X射线衍射技术分析了薄膜的结构和结晶性,用原子力显微镜描述了薄膜的表面形貌;并研究了薄膜的存储性以及介电性能.结果表明,在700℃下退火1h得到了结晶性较好,表面致密的多晶薄膜.该薄膜显示了良好铁电和介电性能.     

P型微晶硅薄膜材料性能的研究

本文讨论了P型微晶硅薄膜性能随硅烷浓度(SC)的变化.采用X射线衍射仪(XRD),拉曼光谱仪和傅立叶变换红外吸收光谱仪(FTIR)对薄膜的结构进行了表征.随硅烷浓度的增加,微晶硅薄膜材料的生长速率和暗电导率(σd)逐渐增大,光学带隙逐渐降低.当硅烷浓度为2.0;时,硅基薄膜材料是以非晶硅为主并有散落的微晶硅颗粒的非晶硅结构.当硅烷浓度为1.5;时,硼的掺杂效率最大,同时可观察到硼抑制薄膜晶化的现象.