利用快速热退火法制备多晶硅薄膜

为了制备优质的多晶硅薄膜,该论文研究了非晶硅薄膜的快速热退火(RTA)技术.先利用PECVD设备沉积非晶硅薄膜,然后把其放入快速热退火炉中进行退火.退火前后的薄膜利用X射线衍射(XRD)仪、Raman光谱仪及扫描电子显微镜(SEM)测试其晶体结构及表面形貌,利用电导率测试设备测试其暗电导率.研究表明退火温度、退火时间以及沉积时的衬底温度对非晶硅薄膜的晶化都有很大的影响.     

HWCVD低温制备超薄硼掺杂纳米晶硅薄膜

采用热丝化学气相沉积(HWCVD)技术在低温条件下(100℃)制备超薄(～30 nm)的硼掺杂硅薄膜.系统研究了氢稀释比例RH对薄膜的微结构和电学性能的影响.当RH由55增加至115,薄膜的有序度增加,晶化率升高,载流子浓度增加,暗电导率增加;同时,薄膜的缺陷密度增加、霍尔迁移率降低.实验证实,当RH=55～70时,超薄硅薄膜开始晶化,这是薄膜由非晶到纳米晶的转化区.快速热退火工艺进一步提高了薄膜导电率.在RH=115、衬底温度为100℃沉积条件下,经过420℃、80 s退火,获得电导率为6.88 S/cm的超薄硼掺杂纳米晶硅薄膜.     

用快速光热退火制备多晶硅薄膜的研究

用等离子体增强型化学气相沉积先得到非晶硅(a-Si:H)薄膜,再用卤钨灯照射的方法对其进行快速光热退火(RPTA),得到了多晶硅薄膜.然后,进行XRD衍射谱、暗电导率和拉曼光谱等的测量.结果发现,a-Si:H薄膜在RPTA退火中,退火温度在750℃以上,晶化时间需要2min,退火温度在650℃以下,晶化时间则需要2.5h;晶化后,晶粒的优先取向是(111)晶向;退火温度850℃时,得到的晶粒最大,暗电导率也最大;退火温度越高,晶化程度越好;退火时间越长,晶粒尺寸越大;光子激励在RPTA退火中起着重要作用.     

Ge覆盖层诱导晶化多晶Si薄膜的晶化特性研究

采用电子束蒸发技术在衬底温度为180℃条件下生长具有Ge覆盖层的非晶Si薄膜,并于500℃、600℃、700℃真空退火5h.采用Raman散射、X射线衍射(XRD)、全自动数字式显微镜等对所制备薄膜的晶化特性进行研究.结果表明,Ge覆盖层具有诱导非晶Si薄膜晶化的作用,且随着退火温度的升高a-Si薄膜晶化越显著.具有Ge覆盖层非晶薄膜经500℃退火5h沿Si(400)方向开始晶化,对应晶粒尺寸约为4.9 nm.将退火温度升高到700℃时,非晶硅薄膜几乎全部晶化,晶化多晶Si薄膜在Si(400)方向表现出很强的择优取向特性,晶粒尺寸高达23.3μm.与相同条件下制备的无Ge覆盖层的非晶Si薄膜相比,晶化温度降低了300℃.     

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.     

衬底温度对含硅量子点的SiCx薄膜结构及其光学特性的影响

采用磁控共溅射沉积法,以Si靶和SiC靶为靶材,单晶Si(100)和石英为衬底,在不同衬底温度下沉积了富硅SiCx薄膜.在氮气氛下于1100 ℃退火,得到包含硅量子点的SiCx薄膜.采用傅立叶变换红外吸收光谱、拉曼光谱、掠入射X射线衍射和吸收谱对退火后的SiCx薄膜进行了表征.结果表明:当衬底温度从室温(25℃)升至300℃时,薄膜的晶化率增至71.3;,硅量子点尺寸增至8.9 nm,而光学带隙则减至2.42 eV;随着衬底温度进一步升高,薄膜的晶化率降至63.1;,硅量子点尺寸减小至7.3 nm,而光学带隙却增加至2.57 eV;当衬底温度从室温(25℃)升至400℃时,薄膜的吸收系数呈先增大后减小趋势.在本实验条件下,最佳衬底温度为300℃.     

快速退火对PZT铁电薄膜结构的影响

采用射频磁控溅射方法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备出(PZT)铁电薄膜,在550℃、600℃、650℃、700℃几个温度下对薄膜进行了快速退火热处理,并在退火处理后用X射线衍射、原子力显微镜和热释电系数测试系统研究了PZT铁电薄膜的薄膜结构、表面形貌及热释电性能.在650℃快速退火后,PZT铁电薄膜已经形成较好的钙钛矿相结构,并获得了较好的热释电性能,热释电系数达到1.5×10-8C·cm-2·k-1.     

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.     

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.     

PECVD沉积硅薄膜退火性质的分析

利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)制备硅薄膜,对硅薄膜进行退火处理.通过X射线衍射谱,拉曼光谱以及傅里叶变换红外吸收光谱,研究了退火温度在550～ 700℃范围内,硅薄膜退火过程中的生长特性.实验表明:多晶硅的晶粒尺寸并不随着退火温度的提高而持续增大,当退火温度在550～650℃范围内,硅薄膜始终表现出(111)方向的择优生长取向.当退火温度高于650℃时,氧原子活性增强,硅-氧键增加.对于存在应变、已结晶的薄膜,由于内部应力的累积,薄膜更容易随着退火温度的升高而脱落.     

6H-SiC晶片的退火处理

本文在背景Ar气压力为8×104Pa、温度为1800～2000℃的条件下,对升华法生长SiC单晶的籽晶进行了原位退火处理,利用原子力显微镜和光学显微镜对退火后的6H-SiC晶片表面进行了观察,研究了退火温度和时间对晶片表面的影响.发现经过退火处理后的籽晶表面存在规则的生长台阶,有助于侧面生长模式的发展,进一步有助于台阶流生长模式的发展.通过对籽晶的退火处理,降低了螺旋生长中心的密度,从而减少多型夹杂、小角度晶界和微管等缺陷的出现,提高了晶体质量.     

Annealing study of He-irradiated Ni samples

Positron annihilation lifetime measurements were performed in helium-irradiated Ni foils for annealing temperatures between 300 K and 1400 K. The samples were also examined by T.E.M. It is shown that immediately after the irradiations two kinds of vacancy clusters are present, some of them containing He-ions and the others being empty. The empty vacancy clusters anneal out before 800 K, while the vacancy clusters containing He grow in size as a function of annealing temperature.     

CdZnTe晶片表面钝化后的热处理研究

报道了CdZnTe晶片表面钝化后,热处理工艺对其性能的影响.先采用30;的H2O2钝化抛光好的CdZnTe 晶片,然后在恒温干燥箱中进行热处理;最后使用ZC36微电流测试仪、EDX能谱仪和扫描电镜(SEM)研究热处理对钝化后的CdZnTe晶片表面的电学性能、表面成分以及表面形貌的影响.分析表明:CdZnTe钝化后在大气氛围120℃下热处理40 min,表面H2TeO3、H6TeO6等分解较为完全,晶片表面氧化层分布均匀,表面漏电流显著减小,晶体电阻率提高1～2个数量级,对提高探测器的性能有重要作用.     

CdSiP2单晶退火研究

以高纯(6N) Cd、Si、P单质为原料,采用双温区气相输运法和改进的垂直布里奇曼法合成生长出等径尺寸为φ17 mm×65 mm的CdSiP2单晶锭,经切割抛光得到CdSiP2晶片.将样品分别置于真空、镉气氛、磷气氛和在同成分粉末包裹中进行了退火试验.采用X射线能量色散谱仪(EDS)和傅里叶红外分光光度计(FTIR)对退火前后的晶片组分及红外透过谱进行了测试分析.结果表明:四种氛围退火前后样品的组分变化不大,原子比接近理想的化学计量比;镉气氛下退火对晶片的红外透过率改善较为显著,在1600 ～ 4500 cm-1范围内的红外透过率由46;～52;提高到51; ～57;,接近CdSiP2晶体红外透过率的理论值.     

Laser Annealing of Chemical Bath Deposited CdS Films

Chemical Bath Deposited (CBD) CdS films have been exposed to a cw Ar⁺ laser annealing. Measurementes on the dark electrical resistivity have shown a two decade decrement in the resistivity. A trend of improving this resistivity is shown upon atmospheric pressure increase. The annealing mechanisms of the samples show a threshold laser power density of 50 W/cm². This power threshold accounts for some heating mechanisms and Cd ion evaporation from the samples; thus a gaseous Cd atmosphere annealing process is suggested. This laser annealing mechanism parallels thermal annealing of polycrystalline CdS films. Assessment of this mechanisms is supported by the fact that the mobility ratio, b = μ_n/μ_p, (greatly influenced by crystallite size and intergranular potential barrier in thin film semiconductors) does not show major changes to account for a two decade decrement of CBD laser annealed samples.     

硼、氮共掺杂金刚石的高温高压退火研究

本文通过温度梯度法在5.5 GPa和1 300℃的条件下合成了硼、氮共掺杂金刚石单晶。随后分别在5.0 GPa,2 000℃和2 100℃的条件下对合成金刚石进行了高温高压(HPHT)退火处理。傅里叶红外光谱(FT-IR)测试表明高温高压退火后晶体内部单一替代形式的C心氮转变成了聚集态A心氮,且随着退火温度的升高A心氮的含量提高。晶体内部带正电荷的氮离子N⁺的含量并未受到退火处理的影响。经过高温退火后晶体内部出现了NV⁰和NV^-色心,但是继续提高退火温度时NV色心消失。高温高压退火并未对金刚石晶体的结构及内应力产生明显的影响。高温高压退火处理后金刚石晶体的热稳定性能提高,其起始氧化温度、剧烈氧化温度以及质量急剧减少的温度点分别提高了65℃、55℃以及61℃。本文对高温高压退火处理应用到硼、氮共掺杂金刚石提供了指导。     

二次退火制备Ⅲ-Ⅴ族半导体量子点

利用离子注入法在一块Si(001)衬底上注入了In+和As+,注入能量分别为210keV,150keV,注入剂量6.2×1016cm-2,8.6×1016cm-2,另一块Si(001)衬底上注入Ga+和Sb+,注入能量分别为140keV,220keV,注入剂量分别为8.2×1016cm-2,6.2×1016cm-2,然后对样品分别经过一次退火和二次退火处理制备出了Si基量子点材料。用透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)观察了退火后量子点截面像,用PL探测量子点的光致发光谱,发现经二次退火生长的量子点微晶格结构和Si衬底损伤的修复均明显优于一次退火。     

退火处理对ZnO薄膜发光特性的影响

用脉冲激光沉积法(PLD)在MgO(100)、α-Al2O3(0001)和MgAl2O4(111)衬底上沉积了ZnO薄膜,测量了它们的发射光谱,观察到430nm的蓝光发射,并研究了退火、衬底和激发波长对ZnO薄膜这一蓝光发射的影响.指出ZnO薄膜中430nm的蓝光发射是由锌填隙原子缺陷能级到价带顶能级间的跃迁以及电子从氧空位浅施主能级到价带顶能级间的跃迁两种机理共同作用的结果.在MgO衬底上沉积的ZnO薄膜在350nm光激发下蓝光发射峰最强.     

CdGeAs2晶体退火与红外光学均匀性分析

采用AIM-8800红外显微镜观察了CdGeAs2晶体的面扫描红外透过图像,分别在2.3～4μm、4～8 μm和8～18μm三个波段对退火前后的CdGeAs2晶片红外透过率和面扫描红外透过图像进行了对比分析,研究了晶体的红外均匀性.结果表明,CdGeAs2晶体在多晶粉末包裹下经450℃退火150 h后,其红外透过率和红外透过均匀性都得到较大程度的改善,其中在2.3 ～4μm和4～8μm波段的改善效果尤为显著;分析了影响晶体红外透过率和均匀性的主要因素,探讨了改善晶体均匀性的可能途径.研究结果对于快速评判CdGeAs2晶片质量具有重要的实用价值.