退火温度对嵌入Si中的β-FeSi2颗粒发光的影响

研究了退火温度对分子束外延(MBE)方法生长的Si基β-FeSi2颗粒的发光性质和电学特性的影响.结果表明,在900℃下退火的样品,虽然β-FeSi2的结晶质量有所提高,但是由于晶格失配和热膨胀系数的不同,在Si中引入位错,导致样品的光致发光谱展宽和形成的二极管漏电流增大.而在800℃下退火的样品,具有较低的漏电流和较强的室温电致发光谱.     

用穆斯堡尔效应研究铁硅化合物的形成过程

利用粒子束溅射的方法在纯净的Si衬底上沉积一层Fe膜,在强还原气氛下对其进行不同温 度的退火处理.采用非原位的穆斯堡尔效应和X射线衍射,研究了铁硅化合物的形成过程. 实验发现,经30 min在1000℃退火情况下,可观察到α-FeSi2和β-FeSi2 同时共存的现象,分析表明,该现象来源于强还原气氛.     

电致发光谱测量β-FeSi2-Si异质结载流子限制

设计了一种将β-FeSi2颗粒埋入非故意掺杂Si中的Si p-π-n二极管来确定β-FeSi2-Si异质结的能隙差.当二极管处于正向偏置时,通过Si n-p-结注入的电子扩散到β-FeSi2并由于Si与β-FeSi2之间的能隙差而受到限制,电荷在异质结的积累反过来阻挡了电子的继续扩散,将电子局域化在靠近Si n-p-结的p--Si区.少子的局域化减少了非辐射复合的途径,Si和β-FeSi2的发光增强,淬灭速率变慢,在室温低电流下仍可得到Si和β-FeSi2电致发光.Si和β-FeSi2发光强度的比率对温度的依存性表明同型异质结对电子限制能力的减弱符合热发射模型,由此确定出Si和β-FeSi2异质结导带带阶差为0.2eV.     

Si衬底上采用溅射Fe/Si纳米多层结构制备β-FeSi2薄膜

采用磁控溅射的方法在Si衬底上生长Fe/Si多层膜,退火后形成了硅化物薄膜。利用X射线衍射(XRD)、Raman光谱、原子力显微镜(AFM)研究了Fe/Si膜厚比和退火温度对薄膜结构特性的影响。研究表明,当Fe/Si膜厚比为1/2,预先在衬底上沉积Fe缓冲层,退火温度为750℃,形成的硅化物为β-FeSi2,晶粒的平均尺寸大约为50nm,且分布得比较均匀。如果Fe/Si厚度比为1/1或3/10时,形成的硅化物为ε-FeSi。随着退火温度的升高,Fe/Si之间的相互扩散逐渐增强,当退火温度为1 000℃时,形成了富硅的二硅化物的高温相α-FeSi2。     

电致发光谱测量β-FeSi2-Si异质结载流子限制

设计了一种将β-FeSi2颗粒埋入非故意掺杂Si中的Si p-π-n二极管来确定β-FeSi2-Si异质结的能隙差.当二极管处于正向偏置时,通过Si n-p-结注入的电子扩散到β-FeSi2并由于Si与β-FeSi2之间的能隙差而受到限制,电荷在异质结的积累反过来阻挡了电子的继续扩散,将电子局域化在靠近Si n-p-结的p--Si区.少子的局域化减少了非辐射复合的途径,Si和β-FeSi2的发光增强,淬灭速率变慢,在室温低电流下仍可得到Si和β-FeSi2电致发光.Si和β-FeSi2发光强度的比率对温度的依存性表明同型异质结对电子限制能力的减弱符合热发射模型,由此确定出Si和β-FeSi2异质结导带带阶差为0.2eV.     

碳掺杂β-FeSi2薄膜的电子显微学研究

本文利用透射电子显微镜对离子注入合成的β-FeSi2和β-Fe(C,Si)2薄膜进行了对比研究.电镜观察结果表明,选择C作为掺杂元素,能够得到界面平直、厚度均一的高质量β相薄膜,晶粒得到细化,β-FeSi2层稳定性提高.尤其在60kV、4×1017ions/cm2条件下注入直接形成非晶,在退火后会晶化为界面平滑、厚度均匀的β-FeSi2薄膜.因此从微结构角度考虑,引入C离子有益于提高β-FeSi2薄膜的质量.     

在浅结工艺中关于漏电流吸杂效应

Si中浅结经离子注入调整阈值后,除非在高温下退火,不然就显示漏电流增加。在超大规模集成电路技术中,高温处理是不合乎要求的。我们发现As和P注入结在背面吸杂处理后,阈值调整注入后的退火温度允许从1100℃降低到950℃,并且可得到一个低漏电流密度。     

直流磁控溅射工艺参数对β-FeSi_2薄膜性能的影响

采用室温直流磁控溅射Fe-Si组合靶的方法,经过后续Ar气氛围退火,在单晶Si(111)衬底上生长β-FeSi2薄膜。研究了溅射功率、工作气压、Ar气流量、沉积时间等工艺参数对β-FeSi2薄膜结构特性及电学特性的影响,通过Raman、Hall、X射线衍射(XRD)等测试对其性能进行表征,对工艺参数进行了优化,在溅射功率为80W、工作气压为1.3Pa和Ar气流量为35SCCM时溅射沉积Fe-Si薄膜,不仅可以得到单一相的β-FeSi2,而且薄膜结晶质量较好。最终,在上述实验条件下制备得到的未掺杂的β-FeSi2薄膜是n型导电的,β-FeSi2薄膜中载流子浓度约为3.3×1016cm-3,迁移率为381cm2/Vs。     

Si,S,Be,Mg离子注入GaAs白光快速退火特性研究

利用灯光瞬态退火处理Si,S离子注入SI-GaAs样品,在950℃5秒的条件下得到了最佳的电特性,Be,Mg离子注入SI-GaAs样品在800℃ 5秒退火得到了最佳的电特性.Si,S,Be注入GaAs样品在适当的条件下得到了陡峭的载流子剖面分布,而Mg注入的样品有Mg的外扩散和较大的尾部扩散.透射电镜测量表明,Si低剂量和Be大剂量注入退火后单晶恢复良好,而Si和Mg大剂量注入退火后产生了大量的二次缺陷.应用Si和Mg注入GaAs分别制作了性能良好的MESFET和β=1000的GaAIAs/GaA,双极型晶体管(HBT).     

退火温度对ZrO_2高介电薄膜电学性能的影响

利用反应磁控溅射法沉积了ZrO2介电薄膜,研究了退火温度对ZrO2介电薄膜电学性能的影响,并对漏电流最小的样品的漏电流机制进行了分析。结果表明,随着退火温度的升高,漏电流先减小后增大,退火温度为300℃时所制备薄膜的漏电流最小,当所加电压为–1.4 V时,漏电流密度为8.32×10–4 A/cm2。当所加正偏压为0-0.8 V和0.8-4.0 V时,该样品的漏电流主导机制分别为肖特基发射和直接隧穿电流;当所加负偏压为–1.7-0 V和–4.0-–1.7 V时,其主导机制分别为肖特基发射和空间电荷限制电流。     

铜(钛)和铜(铬)自形成阻挡层性能表征

采用直流磁控溅射法分别将Cu (Ti)和Cu (Cr)合金层沉积在SiO2/Si衬底上,随后将制得的样品在真空(2×10-3 Pa)中退火1h,退火温度为300 ～ 700℃.对Cu (Ti)及Cu (Cr)自形成阻挡层进行对比研究,通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和透射电子显微镜(TEM)观察并表征样品的微观结构.通过半导体分析仪测试样品的电学性能,并分析了其热稳定性.结果表明,在Cu膜中分别加入少量的Ti或Cr可使Cu沿〈111〉晶向择优取向生长.两种样品交界面处的Cu及Si元素含量迅速下降,表明在交界面处自形成阻挡层,抑制了Cu与Si元素之间的扩散.Cu (Ti) /SiO2/Si和Cu (Cr) /SiO2/Si样品漏电流测试结果表明,Cr自形成的阻挡层具有更好的热稳定性.     

硅衬底注氮方法制备超薄SiO2栅介质

利用栅氧化前在硅衬底内注氮可抑制氧化速率的方法,制得3.4nm厚的SiO2栅介质,并将其应用于MOS电容样品的制备.研究了N 注入后在Si/SiO2中的分布及热退火对该分布的影响;考察了不同注氮剂量对栅氧化速率的影响.对MOS电容样品的I-V特性,恒流应力下的Qbd,SILC及C-V特性进行了测试,分析了不同氧化工艺条件下栅介质的性能.实验结果表明:注氮后的热退火过程会使氮在Si/SiO2界面堆积;硅衬底内注入的氮的剂量越大,对氧化速率的抑制作用越明显;高温栅氧化前进行低温预氧化的注氮样品较不进行该工艺步骤的注氮样品具有更低的低场漏电流和更小的SILC电流密度,但二者恒流应力下的Qbd值及高频C-V特性相近.     

硅衬底注氮方法制备超薄SiO2栅介质

利用栅氧化前在硅衬底内注氮可抑制氧化速率的方法,制得3.4nm厚的SiO2栅介质,并将其应用于MOS电容样品的制备.研究了N+注入后在Si/SiO2中的分布及热退火对该分布的影响;考察了不同注氮剂量对栅氧化速率的影响.对MOS电容样品的I-V特性,恒流应力下的Qbd,SILC及C-V特性进行了测试,分析了不同氧化工艺条件下栅介质的性能.实验结果表明:注氮后的热退火过程会使氮在Si/SiO2界面堆积;硅衬底内注入的氮的剂量越大,对氧化速率的抑制作用越明显;高温栅氧化前进行低温预氧化的注氮样品较不进行该工艺步骤的注氮样品具有更低的低场漏电流和更小的SILC电流密度,但二者恒流应力下的Qbd值及高频C-V特性相近.     

Measurements of Carrier Confinement at β-FeSi2-Si Heterojunction by Electroluminescence

A Si p-π-n diode with β-FeSi2 particles embedded in the unintentionally doped Si (p－type) was designed for determining the band offset at β-FeSi2-Si heterojunction.When the diode is under forward bias,the electrons injected via the Si np－ junction diffuse to and are confined in the β-FeSi2 particles due to the band offset.The storage charge at theβ-FeSi2-Si heterojunction inversely hamper the further diffusion of electrons,giving rise to the localization of electrons in the p－Si near the Si junction,which prevents them from nonradiative recombination channels.This results in electroluminescence (EL) intensity from both Si and β-FeSi2 quenching slowly up to room temperature.The temperature dependent ratio of EL intensity of β-FeSi2 to Si indicates the loss of electron confinement following thermal excitation model.The conduction band offset between Si and β-FeSi2 is determined to be about 0.2eV.     

C~+注入Si形成SiC/Si异质结构的椭偏光谱

用椭偏光谱法测量了 ( 35ke V,1 .0× 1 0 18cm- 2 )和 ( 65ke V,1 .0× 1 0 18cm- 2 ) C+ 注入 Si形成的 Si C/Si异质结构 .应用多层介质膜模型和有效介质近似 ,分析了这些样品的 Si C/Si异质结构的各层厚度及主要成份 .研究结果表明 :注 35ke V C+ 的样品在经 1 2 0 0℃、2 h退火后形成的 Si C/Si异质结构 ,其β- Si C埋层上存在一粗糙表面层 ,粗糙表面层主要由β- Si C、非晶 Si和 Si O2 组成 ,而且 β- Si C埋层与体硅界面不同于粗糙表面层与 β- Si C埋层界面 ;注 65ke V C+的样品在经1 2 50℃、1 0 h退火后形成的 Si C/Si异质结构 ,其表层 Si是较     

快速退火对Pt/BST/Pt电容器结构和性能的影响

采用脉冲激光沉积(PLD)法在Pt/Ti/SiO2/Si(001)基片上制备了Ba0.6Sr0.4TiO3(BST)薄膜,对Pt/BST/Pt电容器在空气中进行400℃快速退火(RTA)处理,研究了快速退火对Pt/BST/Pt电容器的结构和性能的影响。结果表明:快速退火虽然对BST薄膜的结晶质量影响较小,但却极大改善了Pt/BST/Pt电容器的电学性能。当测试频率为100kHz、直流偏压为0V时,介电损耗从快速退火前的0.07减小到0.03,介电常数和调谐率略有增加。快速退火后负向漏电流过大现象得到了明显抑制,正负向漏电流趋于对称,在300×103V/cm电场强度下,漏电流密度为4.83×10–5A/cm2。     

Si(111)衬底上IBE法外延生长β-FeSi_2薄膜的研究

本文采用质量分析的低能离子束外延法（以下简称IBE法）在Si（111）衬底上外延生长了β-FeSi2薄膜，并进行了X射线衍射测量分析；与扫描电镜配合验证了β-FeSi2外延薄膜的形成．实验结果表明：所得β-FeSi2（101）或（110）面基本平行于Si（111）面，验证了Si（111）上β-FeSi2外延薄膜的形成；并对失配度做了精确的计算；薄膜形貌呈岛屿状分布，同时分析了生长条件对薄膜形貌的影响．     

p-β-FeSi2/n-4H-SiC异质结近红外光电二极管的光电特性

本文首次报道了p-β-FeSi2/n-4H-SiC异质结的实验研究。采用磁控溅射和快速退火工艺在4H-SiC衬底上制备p-β-FeSi2/n-4H-SiC异质结近红外光电二极管。通过扫描电镜（SEM）得到了薄膜样品的表面形貌。通过在室温下测量获得了器件的电流密度-电压（J-V）特性和光响应特性。p-β-FeSi2/n-6H-SiC异质结光电二极管的J-V特性的测量结果表明该异质结具有整流特性,并且在光照(1.31μm@5mW)下加-1V偏压时产生的电流密度约为1.82mA/cm2,而在无光条件下产生的暗电流密度约为0.537mA/cm2。探测率约为8.8×109cmHz1/2/W。所有的测试都是在室温下完成的。综上,p-β-FeSi2/n-4H-SiC异质结可以被用来当作近红外光电二极管,适合应用于光激发的SiC基器件。     

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。     

SiOx:Er薄膜材料光致发光特性的研究

采用射频磁控反应溅射技术,以Er2O3和Si为靶材,制备了SiOx:Er薄膜材料,在不同温度和不同时间下进行退火处理,室温下测量了样品的光致发光(PL)谱,观察到Er3+在1 530,1 542和1 555 nm处波长的发光,发现退火能明显增强Er3+的发光.研究了退火温度和时间对SiOx:Er薄膜光致发光的影响,发现Er2O3与Si面积比为1∶1时,1 100℃下20 min退火为样品的最佳退火条件.采用XRD和材料光吸收测试对样品结构和光学性质进行了研究,得到样品中Si晶粒大小为1.6 nm,样品的光学带隙为1.56 eV.对3种不同Er2O3与Si面积比的SiOx:Er薄膜材料进行研究,得到Er2O3与Si面积比为1∶3为样品的最佳配比,对薄膜材料发光现象进行了探讨.