高气压下氢化微晶硅薄膜的高速沉积

利用甚高频等离子增强化学气相沉积(VHF-PECVD)制备了一系列微晶硅(μc-Si:H)薄膜。研究分析了功率密度、硅烷浓度和气体流量在较高沉积气压(500 Pa和600 Pa)下对薄膜生长速率、结晶状况和电学特性的影响。研究表明:在高压强条件下,硅烷浓度和气体流量对沉积速率影响显著,而功率密度影响较弱;高沉积速率生长的薄膜孵化层较厚;电学特性较好的薄膜位于非晶/微晶过渡区。经过工艺的初步优化,在高压强(600 Pa)条件下,使微晶硅薄膜的沉积速率提升到2.1 nm/s。     

射频PECVD高速沉积微晶硅薄膜

本文采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)技术高速沉积微晶硅薄膜。系统研究了射频功率、气体总流量、沉积气压、硅烷浓度等沉积参数对薄膜沉积速率和晶化率的影响。通过沉积参数的优化,使微晶硅薄膜沉积速率达到了3/s左右。     

衬底材料对空心阴极沉积氢化微晶硅薄膜的影响

本文中,我们采用空心阴极等离子体增强化学气相沉积(MHC-PECVD)在玻璃、表面溅射氧化铟锡(ITO)的玻璃(玻璃+ITO)以及表面溅射ITO的聚酰亚胺(PI+ITO)柔性衬底上沉积氢化微晶硅(μc-Si:H),研究不同衬底材料对微晶硅薄膜性质的影响。我们发现在PI+ITO衬底上沉积薄膜的结晶率(Xc)最小,且结晶率最大值时的温度依赖沉底材料:对于PI+ITO衬底来说,结晶率最大值时的温度为200℃,而对于玻璃和玻璃+ITO衬底来说,这个温度会在250℃~300℃之间浮动。我们认为PI+ITO衬底上薄膜较低的结晶率与其较高的热膨胀系数(CTE)以及小分子和气体的释放有关。     

高速微晶硅薄膜沉积功率利用效率的测量与优化

为了实现低成本微晶硅薄膜的高速沉积,需要尽可能的优化工艺参数,特别是提高功率利用效率对于降低生产成本,以及提高工艺稳定性都具有重要的意义.文中对射频等离子体增强化学气相沉积系统的各部分功率消耗进行了测量与分析,发现实际用于辉光放电的功率利用率仅为10％以下;腔室的寄生电阻自身消耗功率占30％左右,且寄生电抗分布情况对匹配器的功率消耗影响较大.通过对系统硬件的改造,降低了寄生电抗的影响,显著地提高了功率耦合效率,在高反应气压条件下的功率利用率达到60％以上.     

脉冲磁控溅射沉积微晶硅薄膜工艺研究

采用脉冲磁控溅射法制备氢化微晶硅薄膜,利用X射线衍射、拉曼光谱、扫描电子显微镜和四探针测试仪对薄膜结构和电学性能进行表征和测试,研究了衬底温度、氢气稀释浓度和溅射功率对硅薄膜结构和性能的影响。结果表明:在一定范围内,通过控制合适的衬底温度、增大氢气稀释浓度及提高溅射功率,可以制备高质量的微晶硅薄膜。在衬底温度为400℃、氢气稀释浓度为90%及溅射功率为180W的条件下制备的微晶硅薄膜,其晶化率为72.2%,沉积速率为0.48nm/s。     

本征微晶硅薄膜孵化层的深入研究

采用VHF-PECVD技术沉积微晶硅薄膜,获得较高的生长速度,但是薄膜质量较差,这与初始生长过程中生成厚的非晶孵化层关系密切。本研究表明,孵化层的厚度与硅烷浓度、功率密切相关:低的硅烷浓度,能保证成膜过程中氢原子打破弱键的几率,逐层生长现象明显;大的馈入功率,能保证更多氢原子参与成膜反应,减少悬键缺陷。这两方面的优化,最终把孵化层降低到26.55 nm。     

沉积气压对纳米晶硅薄膜晶化率与电输运性能的影响

采用热丝化学气相沉积法在不同气压(1～8 Pa)下沉积了p型纳米晶硅薄膜,研究了沉积气压对薄膜晶化率和电输运性能的影响.结果表明,薄膜的晶化率和平均晶粒尺寸随沉积气压升高而增大,而当沉积气压超过6Pa后,薄膜的晶化率和平均晶粒尺寸会减小.当沉积气压由1Pa升高到2Pa时,BH3粒子迅速增多,且吸附方式是化学吸附,因而载流子浓度从8.9×1018 cm-3迅速增大到6.252×102 cm-3.此时电导率从1.08 S/cm显著增加到29.5 S/cm,而电导激活能则从95.8 meV急剧减小至18.6 meV,这是硼杂质掺杂浓度和薄膜的晶化率迅速增大所致.     

不同沉积速率下微晶硅薄膜的生长行为研究

鉴于微晶硅薄膜在沉积过程中先经历一个非晶过渡层才开始晶化的生长特点,试图通过降低薄膜的沉积速率来延长沉积原子在薄膜生长表面的扩散时间,以达到促进晶粒生长的目的。研究结果表明,反应气体气流量的减小可以有效降低薄膜的沉积速率;随着沉积速率的降低,薄膜的表面粗糙度明显减小,且其平均晶粒尺寸有所增大,通过HRTEM甚至能观察到尺寸在10nm以上的晶粒,说明沉积速率的降低对沉积粒子在薄膜生长表面的扩散过程有较大影响;另外,薄膜的少子寿命随着沉积速率的降低逐渐增大,这与薄膜结晶程度和平均晶粒尺寸的变化趋势一致,可见微观结构对电学性能起着决定作用。     

热丝辅助MW ECR CVD法高速沉积优质氢化非晶硅薄膜

我们用热丝辅助MW ECRCVD系统,在热丝温度分别为0、1350、1400、1450、1500、1600和1700℃时制备出a-SiH薄膜.通过膜厚测定,红外光谱分析光、暗电导测量等手段,分析了其沉积速率、光敏性及光学带隙的变化规律.结果表明沉积速率和薄膜质量均得到明显的提高,沉积速率超过3nm/s,光暗电导之比提高到6×105.找到最佳辅助热丝温度为1450℃.通过对带隙值的分析,发现当带隙值在1.6～1.7范围内时,薄膜几乎都具有105以上的光暗电导之比.     

硅烷浓度对微晶硅薄膜微结构及电学性质的影响

采用RF-PECVD技术,在玻璃衬底上低温沉积了优质微晶硅薄膜,并深入研究了硅烷浓度对微晶硅薄膜微结构及电学性质的影响.研究结果表明,微晶硅薄膜的沉积速率、平均晶粒尺寸、晶化率和电导率均呈现相似的变化规律,而谱中出现的拐点由硅烷浓度决定.该变化规律可通过相应的薄膜生长的微观理论得到合理的解释.     

椭偏光谱法研究不同硅烷浓度制备微晶硅薄膜的微结构和生长机制

本文采用VHF-PECVD技术制备了两个不同硅烷浓度(SC)系列的微晶硅薄膜,通过椭圆偏振技术研究了微晶硅薄膜的微结构和表面粗糙度随沉积时间的变化。实验结果表明:随着薄膜厚度的增加,两个系列硅薄膜的晶化度增加,当薄膜增加到一定厚度时内部开始出现微空洞,这是由于随着薄膜厚度的增加,薄膜晶化度增加,晶粒增大,大晶粒边界之间更容易形成空洞。硅薄膜的表面粗糙层厚度ds与薄膜厚度d满足指数关系:ds~dβ,β为生长指数,与薄膜生长机制有关,当硅烷浓度SC为4%时,β=0.33,对应有限扩散生长模式。硅烷浓度SC为5%时,β=0.52,对应为零扩散随机生长模式。硅烷浓度降低,生长指数β减小,这是由于随着硅烷浓度的降低,氢原子浓度增加,薄膜表面氢覆盖扩大,从而有利于反应前驱物的扩散,因此薄膜表面更为光滑,生长指数β减小。     

退火对硼掺杂微晶硅薄膜性能的影响

采用射频等离子体增强化学气相沉积(RFPECVD)法制备了不同硼烷掺杂比例的微晶硅薄膜.随后在不同温度、不同气氛下,对沉积得到的P型微晶硅薄膜进行了退火处理.研究发现,对初始晶化率较高的薄膜,退火后其晶化率发生下降;初始晶化率较低的薄膜,退火后其晶化率则有所提高;并且,在高真空中退火更有利于薄膜的晶化.退火后,薄膜表面...     

用PECVD技术低温低氢稀释快速生长纳米晶硅薄膜的研究

以SiCl4和H2为气源,用等离子体增强化学气相沉积技术,在300℃的低温下,研究不同的氢流量对纳米晶硅薄膜生长特性的影响.实验发现,氢对薄膜生长特性的影响有异于SiH4/H2,在一定功率下,薄膜的晶化率随氢流量的减小而增加;而薄膜的生长速率也强烈依赖于氢流量,随氢流量的减小而增大,与氢流量对薄膜晶化度的变化关系一致.通过调控氢流量,在低氢流量条件下获得了生长速率高达0.35nm/s,晶化度高达76%的晶化硅薄膜.     

掺磷微晶硅薄膜的微结构及光学性质的研究

本文采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术,在普通玻璃上制备了本征和掺磷的氢化微晶硅（μc-Si∶H）薄膜。利用Raman散射谱,计算了表征其薄膜微结构的晶化率（Xc）和平均晶粒尺寸（d）。结果表明随着磷烷（PH3）浓度的增加,其Xc和d均呈现了先增加后减小的相似趋势;利用测得的透射谱和反射谱,并利用Tauc公式拟合了μc-Si∶H薄膜的光学带隙（Egopt）。研究表明,μc-Si∶H薄膜的Egopt与Xc具有相反的变化趋势。该结果可利用Kronig-Penney模型和表征函数F（x）作出合理解释。     

高电导率高晶化率p型微晶硅薄膜的制备

利用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)技术,以B2H6为掺杂剂,在玻璃衬底上制备了厚度为40nm左右的p型微晶硅薄膜.为获得高电导率高晶化率的薄膜,采用正交实验法对衬底温度、氢稀释比及硼烷掺杂比等主要沉积参数进行初步优化.Raman光谱和电导率测试结果表明:(1)在实验选取的参数范围内,衬底温度是影响薄膜暗电导率和晶化率的最主要因素,其次是氢稀释比,硼烷掺杂比的影响相对较小;(2)通过正交优化,获得了暗电导率为2.05S·cm-1、晶化率为86%的p型微晶硅薄膜.     

半导体Si(111)上电沉积NiFe缓冲层薄膜

采用电化学沉积法,在半导体硅片上制备了具有纳米晶粒尺寸的NiFe缓冲层薄膜,并确定了获得Ni80Fe20合金的工艺条件.由SEM形貌观测分析,当薄膜名义厚度＞25 nm时,可形成连续性镀层.I-t暂态曲线及STM结果表明,NiFe薄膜在低过电位下以三维岛状模式生长,在高过电位下以二维层状模式生长,其RMS表面粗糙度最小值仅为0.5 nm.XRD结果表明,薄膜为面心立方Ni基固溶体结构,并具有明显的(111)晶面择优取向.当薄膜组成为Ni80Fe20时,各向异性磁电阻效应(AMR)最大,AMR值为1.8%.     

溅射环境下薄膜沉积速率的影响因素

基于溅射沉积和薄膜生长原理，系统综述分析电场环境、气氛环境和工件空间位置及旋转方式对薄膜沉积速率的客观影响规律，旨在为产业界和学术界生产、研发各种纳米薄膜提供经验支持与工艺指导。     

SmCo薄膜磁控溅射沉积速率的影响因素

SmCo薄膜的厚度是影响其磁性能的重要因素,而沉积速率是控制薄膜厚度的关键。采用直流磁控溅射工艺制备SmCo薄膜,设计正交实验并通过数理统计方法研究了溅射工艺参数中溅射功率、靶基距及氩气压强对SmCo薄膜沉积速率的影响,并同时考察了不同厚度SmCo薄膜的磁性能变化规律。研究结果表明:溅射功率与靶基距都对薄膜的沉积速率有较大的影响,其中在溅射功率为40~120W范围内时,随着溅射功率的增大SmCo薄膜的沉积速率逐渐提高;在靶基距为50~70mm的范围内,SmCo薄膜的沉积速率随靶基距的增大而逐渐降低;而在氩气压强处于0.7~1.5Pa范围内时,SmCo薄膜的沉积速率几乎不随氩气压强的改变而变化。在溅射功率为80W、靶基距为60mm及氩气压强为1.1Pa的工艺条件下,SmCo薄膜的沉积速率具有很好的稳定性。随膜厚从0.59μm增加到0.90μm,SmCo薄膜的矫顽力由23.4kA/m降低到8.2kA/m。     

低温高压快速生长纳米晶硅薄膜中氢的作用

以SiH4/H2为气源,用PECVD沉积技术,在低温(200℃)、高压下(230Pa)下制备出优质纳米晶硅薄膜.研究氢在高速生长纳米晶硅薄膜材料中的作用.实验表明,氢对纳米晶硅薄膜的高速生长起到非常关键的作用.随着氢稀释率由95%提高至99%,薄膜的晶化率由30%增大到70%,晶粒尺寸由3.0nm增大至6.0nm,而沉积速率却由0.8nm/s降低至0.3nm/s.     

基于原子层沉积技术制备氧化钽薄膜及其特性研究

本工作以单晶硅为衬底,乙醇钽和水分别为钽源和氧源,研究原子层沉积技术制备氧化钽薄膜的工艺,考察了乙醇钽温度、衬底温度、脉冲时间等工艺条件对氧化钽薄膜的生长速率、粗糙度和表面形貌等特性的影响.通过椭偏仪、原子力显微镜、扫描电子显微镜以及高分辨X射线光电子能谱测试分析表明,制备获得的氧化钽薄膜表面光滑,粗糙度小于1 nm,薄膜生长速率受工艺参数的影响较大,其中在乙醇钽源瓶温度170℃、脉冲时间0.1 s以及衬底温度200℃时,氧化钽的生长速率为0.253?/cycle.本工作基于原子层沉积高性能氧化钽薄膜的工艺研究,将对氧化钽薄膜在介质材料、存储介质以及光学涂层等领域的应用奠定基础.