β-FeSi2/Si异质结的制备及性质研究

采用直流磁控溅射和真空退火方法制备β-FeSi2/Si异质结,首先在n型Si(100)衬底上沉积Fe膜,经真空退火形成β-FeSi2/Si异质结,Fe膜厚度约238nm,退火后形成的β-FeSi2薄膜厚度约为720nm。利用XRD、SEM和红外光谱仪分别研究了β-FeSi2薄膜的晶体结构、表面形貌和光学性质。霍尔效应结果表明,制备的β-FeSi2薄膜为n型导电,载流子浓度为9.51×1015cm-3,电子迁移率为380cm2/(V.s)。     

离子束溅射沉积Fe/Si多层膜法合成β-FeSi_2薄膜的研究

采用离子束溅射沉积Fe/Si多层膜的方法在石英衬底上制备了β-FeSi2薄膜,研究了不同厚度比的Fe/Si多层膜对β-FeSi2薄膜的结构性能、形貌及光学性能的影响。结果表明,厚度比为Fe(2nm)/Si(7.4nm)的多层膜在退火后完全生成了β-FeSi2相,表面致密均匀,其光学带隙为0.84eV,能量为1.0eV光子的吸收系数105cm-1。     

Si(111)衬底上离子束溅射沉积法生长β-FeSi2薄膜的研究

采用离子束溅射Fe靶的方法在500～800℃的Si(111)衬底上制备出不同种类的铁硅化合物.当衬底温度为700℃时得到厚度为500nm的单相的β-FeSi2薄膜,高分辨透射电镜证实该β-FeSi2薄膜为局部外延,薄膜和Si衬底之间界面明显,没有中间层.     

飞秒激光沉积β-FeSi2/Si半导体膜及光学性能研究

采用飞秒脉冲激光沉积法在Si（100）和Si（111）单晶基片上制备了均匀的单相β-FeSi2薄膜;用X射线衍射（XRD）,场扫描电镜（FESEM）,能谱仪（EDX）,傅立叶红外拉曼谱仪（FTRIS）研究了薄膜的结构、组分、表面形貌和光学性能.观察到了β-FeSi2在Si单晶基片上的生长与晶面取向有关的证据,并在室温（20℃）下观测到β-FeSi2薄膜的光致发光,其发光波长为1.53μm;在氩离子514nm激光的激发下,在192.0和243.9cm-1等位置观察到β-FeSi2的拉曼散射峰.     

Si衬底上低真空热处理制备单一相Mg2Si半导体薄膜

采用磁控溅射沉积方法制备Mg2Si半导体薄膜。首先在Si衬底上沉积Mg膜,随后低真空热处理。采用X射线衍射、扫描电镜、拉曼光谱对Mg2Si薄膜的结构进行表征。研究了在低真空(10-1～10-2Pa)条件下热处理温度(350～550℃)和热处理时间(3～7h)对Mg2Si薄膜形成的影响。结果表明,低真空热处理条件下制备了单一相Mg2Si半导体薄膜,400～550℃热处理4～5h是最佳的热处理条件。在拉曼谱中256和690cm-1处观察到两个散射峰,这与Mg2Si的拉曼特征峰峰位一致。     

β-FeSi2/Si薄膜位向关系的计算

利用从固态相变产生的沉淀相惯习面总结出的△g平行法则，计算了β-FeSi2／Si半导体薄膜和Si基体之间可能的择优取向关系。根据界面匹配和结构的分析，建议最优衬底基面的晶体学位向。预测的界面是一个无理面，含有原子尺度台阶，晶格间具有良好匹配关系。以该界面位向作为Si衬底的基面有可能导致高质量金属硅化物β-FeSi2薄膜的生长。     

退火温度对磁控溅射制备的β-FeSi2薄膜的影响

采用磁控溅射的方法，在高真空条件下，沉积金属Fe到Si（100）衬底上，然后通过真空退火炉在不同温度条件下对样品进行热处理，直接形成了β-FeSi2薄膜．采用X射线衍射仪（XRD）对样品进行了晶体结构分析，利用卢瑟福背散射（RBS）对Fe-Si化合物的形成过程中的Fe原子和Si原子的互扩散机理进行了研究，利用扫描电镜（SEM）对样品表面的显微结构进行表征，结果表明，在900℃条件下退火能够得到质量很好的β-FeSi2薄膜，超过这一温度β相将开始向α相转化，到1000℃，β-FeSi2全部转化为α-FeSi2。     

Fe/Si多层膜经快速热退火合成β-FeSi_2薄膜的研究

采用磁控溅射仪在高阻Si(100)衬底上沉积了[Fe(0.5nm)/Si(1.6nm)]120和[Fe(1nm)/Si(3.2nm)]60多层膜,并在Ar气气氛下进行了1000℃,10s的快速热退火。为了比较,也进行了880℃,30min的常规退火。采用X射线衍射仪、原子力显微镜、光谱仪和霍尔效应仪分析了样品的晶体结构、表面形貌、光吸收特性和电学性能。结果表明:Fe/Si多层膜法合成的样品均为β-FeSi2相且在(220)/(202)方向择优生长;经快速热退火合成的β-FeSi2薄膜光学带隙约为0.9 eV。[Fe(1nm)/Si(3.2nm)]60多层膜经快速热退火合成的β-FeSi2薄膜表面粗糙度最小,该薄膜样品为p型导电,载流子浓度为4.1×1017cm-3,迁移率为48cm2/V.s。     

钠钙玻璃上Mg2Si薄膜的制备及其电学性质

采用磁控溅射技术和退火工艺在钠钙玻璃衬底上制备了Mg_2Si半导体薄膜,研究了Mg膜厚度对Mg_2Si薄膜结构及其电学性质的影响。在钠钙玻璃上分别溅射两组相同厚度(175nm)的P-Si和N-Si膜,然后在其上溅射不同厚度Mg膜(240nm、256nm、272nm、288nm、304nm),低真空退火4h制备一系列Mg_2Si半导体薄膜。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、霍尔效应测试仪对Mg_2Si薄膜的晶体结构、表面形貌、电学性质进行表征与分析。结果表明:采用磁控溅射技术在钠钙玻璃衬底上成功制备出以Mg_2Si(220)为主的Mg_2Si薄膜。随着沉积Mg膜厚度的增加,Mg_2Si衍射峰逐渐增强,薄膜表面更连续,电阻率逐渐减小,霍尔迁移率逐渐降低,载流子浓度逐渐增加。此外,Si膜导电类型和Mg膜厚度共同影响Mg_2Si薄膜的导电类型。溅射N-Si膜时,Mg_2Si薄膜的导电类型随着Mg膜厚度的增加由P型转化为N型;溅射P-Si膜时,Mg_2Si薄膜的导电类型为P型。可以控制制备的Mg_2Si半导体薄膜的导电类型,这对Mg_2Si薄膜的器件开发有着重要的指导意义。     

不同溅射气压对β-FeSi2形成的影响木

采用磁控溅射方法，在不同的溅射气压（Ar气0．5-3．0Pa）条件下沉积纯金属Fe到Si（100）衬底上，通过真空退火炉在800℃对样品进行保温2h，直接形成了正交的β-FeSi2薄膜，利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、椭偏光谱仪，对不同溅射气压下合成的β-FeSi2薄膜的结晶特性、表面形貌及光学性能进行表征，研究了不同溅射气压对制备β-FeSi2薄膜的影响。结果表明：在1．5Pa时能形成较好的β-FeSi2薄膜，临界溅射气压在2．0Pa附近，当溅射气压低与临界值时，β-FeSi2薄膜的成核密度较高，且成核密度随溅射气压的增大而降低；当溅射气压超过临界值以后，β-FeSi2薄膜的成核密度基本不变；薄膜的折射率n随压强的增大而增大，消光系数k随压强的增大而减小。