Si基SiC薄膜物理制备工艺研究进展

随着微纳电子器件集成化程度不断提高,用Si基SiC薄膜取代SiC体单晶引起了人们极大的兴趣,这种方法不仅有利于降低生产成本,还能与Si基大规模集成电路兼容。文章综述了磁控溅射、分子束外延、离子束溅射、离子注入4种物理制备Si基SiC薄膜主要工艺的研究进展,简单阐述了各种工艺对薄膜性能的影响,对各种工艺的优缺点和存在的问题进行了评述,同时指明了Si基SiC薄膜领域未来的发展方向。     

偏压在大尺寸活性屏等离子渗氮中的作用机理

通过采用大尺寸活性屏进行等离子渗氮处理,研究和分析了偏压及其"阈值"对大尺寸活性屏渗氮的影响。实验结果表明:采用大尺寸活性屏渗氮时,加在工件上的偏压是一个决定性的因素,只有当负偏压大于"阈值"时,无论距活性屏多远的试样都能取得较好的渗氮效果。通过理论分析认为这个偏压阈值恰好是能够引起工件表面产生自溅射所需要的最低电压。研究认为采用大尺寸活性屏渗氮时,距离活性屏较远的工件是靠施加在其上的偏压引起工件表面产生自溅射生成大量的纳米粒子作为渗氮的载体实现渗氮的。     

SiC薄膜力学性能研究

采用射频磁控溅射法制备了多组SiC薄膜样品。用Alpha-Step IQ台阶仪测量了SiC薄膜的厚度，用MHT-4显微硬度仪测量了维氏硬度，用AFM分析了薄膜的表面形貌。结果表明，溅射功率影响薄膜的硬度；适当加大溅射功率，有利于SiC薄膜的生长；存在一个薄膜生长最优化功率窗口；超过功率窗口后继续加大功率，导致沉积层的反溅射率增大，影响薄膜的良好生长。针对薄膜中的应力存在问题提出了相应的解决方法，并用原子力显微镜（AFM）观察薄膜表面形貌，从形貌方面来分析溅射功率对硬度的影响。     

基底偏压对BN薄膜场发射特性的影响

利用射频磁控溅射方法，在n型(100)Si基底上沉积了氮化硼薄膜(BN)．通过分析电流密度-电场强度曲线，发现BN薄膜的场发射特性与基底偏压影响很大，基底偏压为-140V时BN薄膜样品场发射特性要好于其它样品，阈值电场低于8V／μm．F-N曲线表明：电子是通过隧道效应克服BN薄膜表面势垒发射到真空的．     

偏压对磁控溅射Cr-N薄膜组织及性能影响

采用磁控溅射离子镀制备Cr-N薄膜,研究基体偏压对Cr-N薄膜组织结构和性能的影响。分别用辉光放电光电子谱(GDOES)、场发射扫描电镜(FESEM)和X射线衍射(XRD)分析薄膜成分和组织结构,显微硬度计测量薄膜硬度。结果表明,薄膜为非化学计量比的Cr-N薄膜,N/Cr原子比均小于0.25,薄膜主要以Cr的衍射峰为主。在偏压达到60 V后薄膜显示了较高的硬度(25 GPa),其归因于离子轰击导致的薄膜的致密度的提高。偏压超过60 V后,致密度达到饱和,硬度增加不明显。     

偏压对MCECR溅射碳氮膜特性的影响

用封闭式电子回旋共振(MCECR)等离子体溅射的方法在硅(100)基片上沉积了碳氮膜(CNx),膜层厚度约80 nm.采用Ar/N2等离子体溅射纯石墨靶,研究了基片偏压对CNx膜机械特性和微观结构的影响,详细分析了基片偏压对CNx膜性能影响的机理.实验结果表明,当基片偏压为 30 V时,CNx膜层性能良好,硬度约为31.48 Gpa,摩擦系数约为0.14,磨损率为6.75×10-15m3/m,系数x接近于4/3.     

射频磁控溅射中偏压对薄膜污染的影响

薄膜溅射过程中杂质污染问题是影响薄膜质量的重要因素,会造成薄膜的吸收和散射损耗增大、结合力下降,形成针孔等。采用射频磁控溅射沉积氧化铝薄膜时,发现在不同负偏压条件下,真空室内的金属离子会造成不同程度薄膜污染,采用XPS对污染物进行了测试表征,并对污染来源进行了分析,最后得出结论：在较高负偏压条件下真空室器壁金属溅射,是造成镀制氧化铝薄膜的重要污染源。     

Co掺杂SiC薄膜的紫外光敏特性

采用射频磁控溅射技术和复合靶材的方法,在p型单晶Si衬底上制备SiC薄膜及Co掺杂SiC薄膜。在真空度为1.0×10-4Pa、温度为1 200℃条件下,保温1 h进行晶化处理。通过X射线衍射(XRD)、X射线能量色散谱(EDX)、霍尔测量和紫外激光器等对薄膜的晶体结构、Co掺杂浓度、载流子浓度、导电类型及光敏特性等进行测试。结果表明,SiC薄膜为6H型晶体结构,Co掺杂后SiC薄膜的导电类型由n型转变为p型,载流子浓度比未掺杂的高2个数量级,对紫外光灵敏度是未掺杂的2倍,光照响应时间比未掺杂的缩短1/3。     

Co掺杂浓度对SiC薄膜磁性能的影响

为了研究掺杂元素Co对SiC薄膜磁性影响,采用磁控溅射技术制备了不同Co含量的SiC薄膜。采用XRD、X光电子能谱和理性质测试系统对薄膜结构、成分和磁性进行表征。分析表明,薄膜具有3C-SiC晶体结构,随着掺杂元素Co增加,3C-SiC晶体特征峰向小角度移动。掺杂元素以Co~(2+)形式存在,形成CoSi第二相化合物,随着Co掺杂浓度增加,CoSi第二相化合物含量增多。磁性测试显示,掺有Co元素的SiC薄膜在室温下具有铁磁性,随着Co含量增加,薄膜的饱和磁化强度先增大后减小。掺杂Co原子进入SiC晶格后形成的缺陷是产生薄膜磁性的原因,属于掺杂缺陷诱导产生的铁磁性,而第二相化合物CoSi抑制了薄膜的铁磁性。     

SiC/SiC复合材料的制备及力学性能研究

采用低压化学气相渗透（LPCVI）工艺制备了具有不同热解碳界面层厚度的SiC/SiC复合材料,对热解碳沉积工艺以及复合材料的力学性能进行了研究.结果表明：沉积温度、系统总压、PN2/PC3H6均会使沉积热解碳的形貌发生改变;随热解碳界面厚度增加,复合材料的韧性提高,弯曲强度先增大后减小.     

HFCVD法制备SiC材料及结构分析

采用热丝化学气相沉积(HFCVD)技术,以甲烷(CH4)和硅烷(SiH4)作为源反应气体在Si(111)衬底上生长了晶态SiC薄膜.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅立叶红外(FTIR)等分析手段对样品结构、组分进行了分析.实验结果表明所制备的样品为SiC晶体.     

硼碳氮薄膜的内应力研究

采用射频磁控溅射技术制备出硼碳氮(BCN)薄膜。傅里叶红外吸收光谱(FTIR)测量发现样品的组成原子之间实现了原子级化合,扫描电子显微镜(SEM)测量发现样品与衬底间存在较大的内应力。样品剥落后,应力的消除使红外吸收峰向低波数移动。实验还发现,对新制备的硼碳氮薄膜进行600℃热处理能有效释放薄膜中的压应力。     

激光照射下SiC纳米颗粒原位生成晶须的试验

以激光为热源,以SiC纳米颗粒材料为前驱体,进行了激光照射下SiC纳米颗粒原位生长晶须的试验,探索S iC晶须在激光照射下稳定生长的工艺参数及其生长过程。研究了所得三种晶须的生长过程,分析了PVB、PVA和CMC三种粘结剂以及激光参数对晶须生长的影响。     

快速热处理对PECVD碳化硅薄膜性能的影响

使用PECVD在p型单晶硅衬底上沉积非晶碳化硅薄膜,研究快速热处理对薄膜的钝化性能和光学性能的影响.结果显示:随着热处理温度从450℃升高到850℃,薄膜厚度迅速减小;在650℃及以下温度进行热处理后折射率基本不变,但温度继续上升折射率迅速上升;同时热处理对薄膜的厚度和折射率的影响能在很短时间内完成,使薄膜迅速致密化.在低于750℃热处理时,衬底少子寿命增加,在热处理温度高于750℃后少子寿命急剧下降.碳化硅薄膜的反射率在快速热处理之后基本不变.     

金属硅化物熔体中不同形貌SiC晶体的生长

以过渡族金属硅化物为溶剂，采用自发熔渗法和溶液法来研究不同形貌SiC晶体在金属硅化物熔体中的生长情况.利用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、体视显微镜等对熔渗试样和采用溶液法生长的单晶和晶须的形貌结构进行了观察和表征，利用X射线衍射仪（XRD）对采用溶液法生长的晶体和晶须进行了相组成和晶型的表征，并讨论了SiC晶须和SiC单晶的生长机理.结果表明，Fe5Si3、CoSi、Co4.5CrSi4.5、Ti2.3Si7.7等熔体适合生长SiC单晶，FeSi、FeSi2等熔体适合生长SiC晶须，而当Fe3Si熔体渗入SiC预制件后，仅有石墨相析出.