Al掺杂半导体Mg2Si薄膜的制备及光学带隙研究

用磁控溅射方法在Si衬底上制备了Al掺杂Mg2Si薄膜,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和分光光度计研究了掺杂含量对Mg2Si薄膜组分、表面形貌、粗糙度及光学带隙值的影响,XRD结果表明随着Al掺杂量的增加, Mg2Si衍射峰先增强后减弱. SEM及AFM的结果表明随掺杂量的增加,结晶度先增加后降低,晶粒尺寸减小,粗糙度先增加后降低.得到掺杂后薄膜间接跃迁带隙范围为0.423～0.495 eV,直接跃迁带隙范围为0.72～0.748 eV,掺杂前薄膜间接跃迁带隙和直接跃迁带隙分别为0.53 eV、0.833 eV.     

Mg膜厚度对Mg2Si半导体薄膜结构及方块电阻的影响

采用射频磁控溅射系统和热处理系统制备了Mg2Si半导体薄膜.首先在Si衬底上溅射不同厚度的Mg膜,然后在真空退火炉中进行低真空热处理4h制备一系列Mg2Si半导体薄膜.采用台阶仪、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对Mg2Si薄膜样品的结构、表面形貌、剖面进行表征,研究了Mg膜厚度对Mg2Si半导体薄膜生成的影响.结果表明,在Si衬底上制备出以Mg2Si (220)为主的单一相Mg2Si薄膜,且Mg2Si (220)的衍射峰强度随着Mg膜厚度的增加先增大后减小,Mg膜为2.52 μm时,制备的Mg2Si薄膜表现出了良好的结晶度和平整度.最后,研究了Mg膜厚度对Mg2Si薄膜方块电阻的影响.     

退火温度和退火时间对不同衬底上Mg_(2)Si薄膜结构的影响北大核心CSCD

以Mg_(2)Si烧结靶为靶材,采用磁控溅射法在Si、石英和Al_(2)O_(3)衬底上先沉积一层Mg_(2)Si非晶薄膜,再进行退火处理,研究了衬底类型、退火温度及退火时间对Mg_(2)Si多晶薄膜结构的影响。结果表明:Si、石英、Al_(2)O_(3)三种衬底上Mg_(2)Si薄膜的最优退火温度和退火时间均为350◦C和1 h。Al_(2)O_(3)衬底上的Mg_(2)Si薄膜结晶质量最佳,Si衬底上的薄膜次之,石英衬底上的薄膜结晶质量最不理想,分析表明这种差异主要源于衬底与薄膜之间的热失配不同。     

退火温度对蓝宝石衬底上Mg2Si薄膜质量和光学性质的影响

采用磁控溅射法在蓝宝石衬底上制备了结晶良好的Mg₂Si多晶薄膜，研究了退火温度(375～475 ^oC)对薄膜晶体结构、表面形貌、拉曼光谱和光学性质的影响。X射线衍射(XRD)结果表明，当退火温度为400 ^oC时Mg₂Si(220)衍射峰强度最强，样品结晶质量最好，未见明显可观测的MgO相。扫描电镜(SEM)结果表明，所有样品表面均呈现清晰可见的规则六边形，且退火温度对形貌影响较小。拉曼光谱结果显示所有样品均呈现出Mg₂Si薄膜的特征峰(256 cm^-1附近的F_2g振动模)，同时出现345 cm^-1附近的F_1u(LO)声子模，表明生成样品均为结晶良好的Mg₂Si薄膜。对薄膜光学性质的研究结果表明，随着退火温度升高，样品光学带隙先增大后减小。     

溅射时间对于Mg_2Si/Si异质结的影响

采用射频磁控溅射沉积并结合热处理制备Mg2Si/Si异质结,研究了溅射时间对Mg2Si/Si异质结的结构以及电阻率的影响。首先在P型Si衬底沉积不同厚度的Mg膜,然后进行低真空热处理,制备不同厚度的Mg2Si/Si异质结。通过XRD、SEM对Mg2Si/Si异质结中Mg2Si的晶体结构、异质结表面和剖面形貌进行分析,结果表明:制备了单一相Mg2Si薄膜,Mg2Si(220)衍射峰最强,异质结界面平整。通过四探针仪测量电阻率进行分析,发现电阻率随Mg2Si膜厚的增加而减小。     

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。     

Al掺杂半导体Mg2Si薄膜的制备及电学性质

采用磁控溅射方法和热处理工艺在Si衬底上制备了不同Al质量分数的Mg2Si薄膜,研究了不同Al质量分数对Mg2Si薄膜结构及其电学性质的影响.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和四探针测试仪对Al掺杂Mg2Si薄膜的晶体结构、表面形貌和电学性质进行表征和分析.结果表明:采用磁控溅射技术在Si衬底上成功制备了不同Al质量分数的Mg2Si薄膜,样品表面表现出良好的连续性,在Mg2Si (220)面具有择优生长性.随着质量分数的增加,结晶度先增加后降低,晶粒尺寸减小,且在Al质量分数为1.58％时结晶度最好.此外,样品电阻率也随着Al质量分数的增加逐渐降低,表明Al掺杂后的Mg2Si薄膜具有更好的导电性,这对采用Mg2Si薄膜研制半导体器件有着重要的意义.     

钴掺杂Mg2Si磁性和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法研究了本征Mg2Si及钴(Co)掺杂Mg2Si体系的晶体结构、自旋态密度、磁性和光学性质.结果表明,Co替Mg(CoMg)缺陷的形成能为负,可以形成稳定的缺陷.从自旋态密度可以看出,本征Mg2Si为无磁性半导体;向Mg2Si体系掺入Co后,体系的磁矩由于Co-3d态和Si-3p态杂化(pd杂化)诱导产生,且体系呈明显的半金属特性.超胞中Co的磁矩为0.53 μB.从吸收光谱可以看出,Co掺杂Mg2Si的主吸收峰强度略小于本征Mg2Si,但吸收跨度则明显大于本征Mg2Si.本征Mg2Si对于能量小于1.55 eV(对应波长为800 nm)的光子几乎不吸收,而掺杂体系还存在着较大的吸收,说明Co元素的掺杂显著地改善了Mg2Si对低能(红外)光子的吸收.计算结果为Mg2Si基自旋电子器件和光电子器件的设计和应用提供了理论依据.     

电子束蒸发方法研究Mg2Si的薄膜及其光学带隙

Mg_2Si材料作为一种新型环境友好半导体材料,其薄膜制备方法及其光学性质的研究对其应用研发起到基础性作用.采用电子束蒸发方法在Si(111)衬底上沉积Mg膜,在氩气环境下进行热处理以制备Mg_2Si半导体薄膜.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、分光光度计对制备的Mg_2Si薄膜进行表征.在氩气环境、温度500℃、压强200 Pa下,研究热处理时间(时间3-7 h)对Mg_2Si薄膜形成的影响.XRD和SEM结果表明:通过电子束蒸发沉积方法在500℃、热处理时间为3~7 h能够得到Mg_2Si薄膜.热处理温度是500时,最佳热处理时间是4 h,得到致密度好的薄膜.通过对薄膜的红外透射谱测试,得到了Mg_2Si薄膜的光学带隙,其间接光学带隙值为0.9433 eV,直接光学带隙值为1.1580 eV.实验数据为Mg_2Si薄膜的研发在制备工艺和光学性质方面提供参考.     

分层溅射法制备晶向可控的Mg2Si薄膜

采用分层溅射法在石英衬底上制备了结晶良好的Mg2Si多晶薄膜.当Si膜的溅射时间均为25min、Mg膜的溅射时间为18～22 min、退火温度为375℃时,随着膜厚增加,Mg2Si薄膜的织构由(311)向(220)转变;退火温度为400℃时,薄膜的最强衍射峰均为Mg2Si(220).所有样品均在256 cm1附近出现了...