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.     

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.     

功率对制备β-FeSi2薄膜的影响

利用磁控溅射方法,溅射室背底真空优于2.0×10-5 Pa,采用不同的功率在Si(100)(电阻率为7~13 Ωcm)衬底上沉积一层铁薄膜(150~330 nm),然后在900 ℃,15 h背底真空条件下(4×10-4 Pa)退火,形成了β-FeSi2。采用扫描电子显微镜(SEM)对其表面形貌结构进行表征,并采用X射线衍射仪(XRD)对其进行了晶体的结构分析,当溅射功率为70~100 W时,主要衍射峰来自β-FeSi2,但同时在2θ=45°处有较大的FeSi峰,在2θ=38°附近出现较大的Fe5Si3峰。研究结果表明,制备β-FeSi2薄膜的最佳溅射功率为110 W,在900 ℃退火15 h。     

介质薄膜的制备及其电性能的测试分析

以Al_2O_3薄膜为例,介绍了用电子束蒸发制备介质薄膜的工艺。研究了不同退火条件下Al_2O_3薄膜的电性能,优化出最佳的热处理条件为400℃、氧气气氛中,热处理3 h。并对制得的Al_2O_3薄膜进行了SEM表面和断面分析,结果表明制得的Al_2O_3薄膜较烧结的Al_2O_3基板致密。     

Au/Si基片上沉积Bi_(1.5)Zn_(1.0)Nb_(1.5)O_7薄膜介电性能的研究

采用磁控溅射法在Au/Si基片上制备了铌酸锌铋BZN(Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7)薄膜。在基片温度200℃、本底真空1×10-3Pa条件下,BZN靶溅射0.5h,作为自缓冲层;然后在400℃下溅射1.5h,薄膜总厚度为200nm,650℃原位真空退火1h。XRD分析显示该薄膜为〈222〉单一取向,结晶良好;AFM扫描显示表面平整;测试表明不同频率下薄膜的性能没有大的改变。实验证明,选用电阻率较小的Au电极材料有利于器件性能的提高,实验得到介电常数可调率约20%、损耗为0.002~0.004。     

Au/Si基片上沉积Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7

采用磁控溅射法在Au/Si基片上制备了铌酸锌铋BZN(Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7)薄膜.在基片温度200℃、本底真空1×10-3 Pa条件下,BZN靶溅射0.5 h,作为自缓冲层;然后在400℃下溅射1.5 h,薄膜总厚度为200 nm,650℃原位真空退火1 h.XRD分析显示该薄膜为<222>单一取向,结晶良好;AFM扫描显示表面平整;测试表明不同频率下薄膜的性能没有大的改变.实验证明,选用电阻率较小的Au电极材料有利于器件性能的提高,实验得到介电常数可调率约20%、损耗为0.002-0.004.     

Si3N4膜对MOS电容器存储时间影响的研究

Si3N4薄膜淀积速率对MOS电容器存储时间影响很大。在850℃下，栅介质SiO2膜厚度100nm，MOS电容器存储时间420s。在50Pa真空压力下，通过淀积70nm厚Si2N4薄膜后，MOS电容器无存储时间。经900℃O2气氛退火40min，MOS电容器的存储时间也不到2s。采用声7孔径降低气体流速，从而降低淀积速率，在840℃下，栅介质SiO2膜厚度100nm，MOS电容器存储时间420s；在60．71Pa真空压力下，淀积70nm厚Si3N4薄膜后，MOS电容器存储时间曲线不正常，经900℃O2气氛退火40min，曲线恢复正常，MOS电容器存储时间达到400s以上。     

负偏压对磁控溅射Mg_2Si薄膜的影响

采用直流磁控溅射加负偏压方法和退火工艺制备了Mg_2Si半导体薄膜,研究了不同负偏压对Mg膜的沉积速率、Mg_2Si薄膜结构以及电阻率的影响。结果表明,随着负偏压的增大,因压实膜层和二次溅射效应,Mg膜的沉积速率越来越小;在未加负偏压时,Mg_2Si薄膜的衍射峰最强、样品表面平整致密,当衬底加上负偏压后,Mg_2Si衍射峰都有所减弱,样品表面变得凹凸不平;当负偏压达到–150 V时,表面已呈现明显的熔融状态,表明负偏压对Mg_2Si薄膜的晶体结构没有有益影响。Mg_2Si薄膜的电阻率随着所加负偏压的增大先减小后增大,并在–90 V时达到最小值。     

CdS薄膜的真空热蒸发制备及在CIGS薄膜太阳电池中的应用

采用真空热蒸发(VTE)的方法制备了CdS多晶薄膜,研究了不同衬底温度对其微观结构与光电性能的影响。结果显示,不同衬底温度下制备的CdS薄膜均属于六方相多晶结构且具有(002)择优取向;随着衬底温度的升高,(002)特征衍射峰强度增加,半高宽变小,相应薄膜结晶度增大;由CdS薄膜的透射光谱可知,在500~1 000nm波段平均透过率均超过80%,光学带隙随着衬底温度的升高而增大(2.44~2.56eV),表明真空热蒸发方法制备的CdS薄膜可以作为CIGS薄膜太阳电池的缓冲层。将真空热蒸发法制备CdS薄膜与磁控溅射法制备CIGS薄膜太阳电池相结合,在同一真空室内得到了CIGS薄膜太阳电池器件,为CIGS薄膜太阳电池的工业化推广提供了新途径。     

电阻蒸发Ga2O3薄膜成分和结构的研究

采用电阻蒸发镀膜技术制备了Ga2O3薄膜,并进行了500l℃和800℃的大气热处理。分别用俄歇电子能谱(AES)和X射线衍射(XRD)分析了它们的成分和晶体结构。实验结果表明：采用电阻蒸发镀膜技术制备的Ga2O3,薄膜呈现非晶结构,薄膜成分沿深度方向的均匀性较差。经过500℃热处理后,薄膜转化为单斜结构(B相),薄膜成份的均匀性得到改善。经800℃热处理后,可以得到成份均匀的β-Ga2O3薄膜。并且,在不同的热处理温度下,薄膜的结晶取向也有所不同。     

热处理对TaN薄膜电性能的影响

采用直流磁控溅射法在Al2O3陶瓷基片上制备了TaN薄膜,研究了热处理温度和时间对TaN薄膜的方阻(R□)及电阻温度系数(TCR)的影响。研究发现,在热处理时间为2h的条件下,热处理温度在200℃到600℃变化时,R□从12?/□增加到24?/□,TCR从15×10-6/℃下降到-80×10-6/℃;在热处理温度为300℃的条件下,热处理时间对R□及TCR影响较小,随着热处理时间的增长,R□及TCR略有变化。     

掺Sn的In2O3透明导电膜生长优先取向对其光电性能的影响

采用反应热蒸发法制备掺Sn的In2O3(ITO)透明导电膜,系统研究了ITO薄膜生长的优先取向对其光电性能的影响.结果表明,ITO薄膜(400)取向的优先生长对其透过率影响很小,但可明显增加载流子迁移率,从而有效降低了薄膜的方块电阻.在两个相同的薄膜硅/单晶硅太阳能电池上分别沉积(222)和(400)ITO优先取向膜,光电转换效率分别为10.3%和12.9%,表明(400)取向更有利于提高电池效率.经优化,最佳衬底温度(Ts)为225℃,最佳氧流量(fO2)为4sccm.在优化的沉积条件下制备ITO薄膜,其电阻率可达到4.8×10-4Ω·cm,可见波段的透过率大于90%,性能指数为3.8×10-2□/Ω.     

超薄高介电Er2O3栅介质薄膜的漏电机理

采用激光分子束外延设备在不同温度下制备了不同厚度的超薄晶态、非晶态高介电Er2O3栅介质薄膜,用X射线衍射和高分辨透射电镜分析了薄膜结构,用HP4142B半导体参数分析仪测试了Al/Er2O3/Si/Al结构MOS电容器的漏电流。XRD谱和HRTEM图像显示400℃以下制备的Er2O3薄膜呈非晶态,400℃到840℃制备的Er2O3薄膜是(111)方向高度择优取向的。电学测试表明：晶态Er2O3薄膜厚度由5.7 nm 减小到3.8 nm,漏电流密度从6.20×10-5 A/cm2突增到6.56×10-4 A/cm2,增加了一个数量级。而厚度3.8 nm的非晶Er2O3薄膜漏电流密度仅为1.73×10-5 A/cm2。漏电流数据分析显示高场下超薄Er2O3薄膜的漏电流主要来自于Fowler-Nordheim隧穿。低场下超薄晶态Er2O3薄膜较大的漏电流是由晶粒边界产生的杂质缺陷引起。     

降低金属薄膜电阻的有效方法

据报导,日本旭硝子公司研究成降低金属薄膜电阻的一种方法,其过程是将真空系统(10~(-4)～10乇)中蒸发上金、银或铜薄膜的基板,在同一真空系统中使其温度保持在10～30℃,然后用1000～2000℃的辐射热源对金属薄膜进行辐射热处理。金、银、铜等金属薄膜的电特性和光学特性以及有无辐射热处理的几种数值的比较列于下表。     

低真空下射频磁控溅射法制备ITO薄膜

在低真空(2.3×10-3 Pa)下采用射频磁控溅射法制备了ITO薄膜.溅射温度200 ℃,溅射气氛为氩气和氧气的混合气,溅射靶材为90 %氧化铟、10 %氧化锡的陶瓷靶.用场发射扫描电子显微镜和X衍射仪研究了薄膜的显微结构, 用X射线光电子能谱表征了薄膜的成分.ITO薄膜在可见光范围内有较高的透射率(80 %～95 %).在低工作气压(1 Pa)下,氧气流量比率[O2/(O2+Ar)]越小,薄膜的透射率越高、导电性越好.在高工作气压(2 Pa)下,制备得到低质量、低透射率的无定形薄膜.     

热处理对电子束蒸发TiO2雕塑薄膜双折射性能的影响

使用倾角电子束蒸发技术制备了TiO2雕塑薄膜,通过对雕塑薄膜在不同退火温度和退火时间下进行热处理,发现热处理工艺可以优化薄膜的双折射特性和相位延迟性能.实验结果表明,TiO2雕塑薄膜的最佳退火条件为500℃下处理4 h,其双折射值达0.115左右,远高于未处理时的最大双折射值(0.06).椭偏仪测试结果表明,最优条件下热处理后的薄膜,在550 nm处相位延迟量达90°,可以作为该波长处的λ/4波片使用.因此,热退火是改善雕塑薄膜双折射性能的一种简单实用的方法.     

退火对磁控溅射法制备半导体Mg2Si薄膜的影响

通过磁控溅射和氩气氛围退火,在Si(111)衬底上制备环境友好半导体Mg2Si薄膜,并采用XRD和SEM研究了退火对Mg2Si薄膜形成和微结构的影响。结果表明Mg2Si薄膜的质量取决于退火温度、退火时间和沉积的薄膜厚度。制备Mg2Si薄膜,400℃退火5h是最优退火条件。XRD和SEM结构表明Mg2Si是通过沉积的Mg和Si衬底原子的相互扩散形成的。退火减少薄膜缺陷,也影响薄膜的表明粗糙度。     

离子辅助沉积电子束蒸发Si基SiO2薄膜的研究

研究了离子辅助沉积(IBAD)电子束蒸发和传统电子束蒸发两种镀膜方式在Si(100)面基底所镀SiO2光学薄膜的特性。特别是在离子辅助沉积下,分析了不同工艺条件改变对SiO2光学薄膜的光学特性的影响。结果表明,无论表面形貌、折射率均匀性,还是湿度稳定性,离子辅助电子束蒸发都优于传统电子束蒸发的SiO2光学薄膜,在离子辅助沉积条件下,薄膜折射率在40～160℃范围随衬底温度的升高而提高,镀膜时真空度为1.5×10-3 Pa、沉积速率为5nm/s、离子源驱动电压为285.4V、离子源辅助气体分压比PAr∶PO=1∶1时,SiO2光学薄膜的光学特性最好。     

在Si(111)上脉冲ArF准分子激光淀积晶态定向α-SiC薄膜

报道用脉冲 Ar F激光烧蚀 Si C陶瓷靶 ,在 80 0℃ Si( 1 1 1 )衬底上淀积 Si C薄膜 ,再经92 0℃真空 ( 1 0 - 3Pa)退火处理 ,制备出晶态α- Si C薄膜 .用 FTIR、XPS、SEM、XRD、TEM、PL谱等分析方法 ,研究了薄膜的表面形态、晶体结构、微结构、组成、化学态和光致发光等 .结果表明 ,在 92 0℃较低温度下 ,Si C薄膜经非晶核化 -长大过程 ,生成了晶态α- Si C( 0 0 0 1 )∥ Si( 1 1 1 )高度定向外延膜 ,薄膜内 C/ Si比约为 1 .0 1 .表面有污染 C及少量氧化态 Si和 C.室温下用 2 80 nm光激发薄膜 ,在 341 nm处有较强发光峰 ,半峰宽 45nm,显示出较好的短波     

射频磁控溅射参数对 Ba0.7Sr0.3TiO3薄膜结构和性能的影响

采用射频磁控溅射法在 Pt/TiO2/SiO2/Si(100) 衬底上制备了Ba0.7Sr0.3TiO3薄膜,研究了工作气压、衬底温度等溅射参数对Ba0.7Sr0.3TiO3薄膜结构和电学性质的影响.使用 XRD 分析了工作气压为 2Pa、衬底温度分别为 200 ℃、400 ℃、600℃(组a),以及衬底温度为600℃、工作气压分别为 1.5Pa、2.0Pa、2.5Pa、3.0Pa 和 5.0Pa (组b)两组薄膜的微结构,结果表明工作气压在 2.5Pa 以下、衬底温度为 600℃时沉积的薄膜具有较好的钙钛矿结构.在 1.5Pa 条件下溅射的薄膜具有明显的(111)择优取向.在2.5Pa时,Pt/Ba0.7Sr0.3TiO3/Pt电容有最优铁电性能,在外加4 V电压(电场为 80 kV/cm)下,剩余极化 (Pr) 和矫顽场(Ec)分别为 2.32 μC/cm2、21.1 kV/cm.