Cr掺杂SiC薄膜的制备与光致发光特性

利用高纯SiC烧结靶上粘贴金属Cr片的复合靶用双离子束溅射沉积方法,在Si和KBr单晶衬底上制备了掺杂SiC薄膜。用傅里叶变换红外光谱分析法(FTIR)和喇曼光谱仪对制得的薄膜样品进行了表征,用荧光分光光度计对样品的光致发光(PL)特性进行了研究。通过FTIR分析得到对应于Si―C键的峰位没有发生明显改变而峰强随着Cr掺杂量的增加而降低,喇曼光谱分析发现Cr掺杂导致Si和C团簇的形成,说明Cr的掺杂阻碍了Si―C键的结合。将不同Cr掺杂浓度的SiC薄膜经1000℃退火处理,发现位于413、451和469nm的三个发光峰的位置基本不变,但强度有明显改变。     

Effect of Lattice Mismatch on Luminescence of ZnO/Si Hetero-Structure

研究了ZnO薄膜中应力对发光的影响.实验样品为ZnO体单晶、在Si基片上直接生长的ZnO薄膜以及通过SiC过渡层在Si基片上生长的ZnO薄膜.测量了这三种样品的X射线衍射图形、喇曼光谱和光致发光光谱.由X射线衍射图形可以看出,由于SiC过渡层缓解了ZnO与Si之间的晶格失配,使得通过SiC过渡层在Si上生长的ZnO薄膜的结晶质量好于直接在Si上生长的ZnO薄膜的质量.进一步通过喇曼谱测量发现,与ZnO体单晶相比,直接在Si上生长的ZnO薄膜的E2(high)峰红移1.9cm-1,根据喇曼谱峰位移与应力的关系可以推出薄膜中存在0.4GPa的张应力;而通过SiC过渡层在Si上生长的ZnO薄膜的E2(high)峰红移0.9cm-1,对应着0.2GPa的张应力.对照X射线衍射图形的结果可以看出,薄膜中张应力的大小与薄膜的结晶质量密切相关,表明张应力来源于外延层和基片间的晶格失配,晶格失配越大,外延层中产生的张应力越大.有无SiC过渡层的两种薄膜样品的PL光谱中都存在紫外和绿光两种谱带,随样品热处理时氧气分压增加,两种样品都出现绿光增强的相似的变化规律,但有SiC过渡层的样品的变化幅度较小.这一结果说明,绿色发光中心与薄膜的质量,也就是与薄膜中存在的张应力大小有关.在以往研究中得出的非故意掺杂ZnO薄膜的绿色发光中心来源于氧反位缺陷(Ozn),文中研究的结果正好可以解释氧反位缺陷形成的原因.由于薄膜中存在张应力,使得样品的能量升高,其结果必然会产生缺陷来释放张应力,以便降低系统能量.而氧离子半径大于锌离子半径,氧替位锌有利于释放张应力,也就是说,在存在张应力的情况下,Ozn的形成能降低.这一结果进一步证明Si上生长的ZnO薄膜中的绿色发光中心与氧反位缺陷有关.     

应力对ZnO/Si异质结构的光致发光的影响

研究了ZnO薄膜中应力对发光的影响.实验样品为ZnO体单晶、在Si基片上直接生长的ZnO薄膜以及通过SiC过渡层在Si基片上生长的ZnO薄膜.测量了这三种样品的X射线衍射图形、喇曼光谱和光致发光光谱.由X射线衍射图形可以看出,由于SiC过渡层缓解了ZnO与Si之间的晶格失配,使得通过SiC过渡层在Si上生长的ZnO薄膜的结晶质量好于直接在Si上生长的ZnO薄膜的质量.进一步通过喇曼谱测量发现,与ZnO体单晶相比,直接在Si上生长的ZnO薄膜的E2(high)峰红移1.9cm-1,根据喇曼谱峰位移与应力的关系可以推出薄膜中存在0.4GPa的张应力;而通过SiC过渡层在Si上生长的ZnO薄膜的E2(high)峰红移0.9cm-1,对应着0.2GPa的张应力.对照X射线衍射图形的结果可以看出,薄膜中张应力的大小与薄膜的结晶质量密切相关,表明张应力来源于外延层和基片间的晶格失配,晶格失配越大,外延层中产生的张应力越大.有无SiC过渡层的两种薄膜样品的PL光谱中都存在紫外和绿光两种谱带,随样品热处理时氧气分压增加,两种样品都出现绿光增强的相似的变化规律,但有SiC过渡层的样品的变化幅度较小.这一结果说明,绿色发光中心与薄膜的质量,也就是与薄膜中存在的张应力大小有关.在以往研究中得出的非故意掺杂ZnO薄膜的绿色发光中心来源于氧反位缺陷(Ozn),文中研究的结果正好可以解释氧反位缺陷形成的原因.由于薄膜中存在张应力,使得样品的能量升高,其结果必然会产生缺陷来释放张应力,以便降低系统能量.而氧离子半径大于锌离子半径,氧替位锌有利于释放张应力,也就是说,在存在张应力的情况下,Ozn的形成能降低.这一结果进一步证明Si上生长的ZnO薄膜中的绿色发光中心与氧反位缺陷有关.     

低介电常数含氟氧化硅薄膜的红外光谱分析

用等离子体化学气相淀积 (PECVD)制备了含氟氧化硅薄膜 (Si OF薄膜 )。通过傅里叶变换红外光谱 (FTIR)分析 ,研究了氟掺入后薄膜结构的变化 ,并进一步讨论了氟对薄膜介电常数及吸水性的影响。研究表明氟掺入后改变了 Si- O键上的电荷分布 ,降低了薄膜中 Si- O键的极性 ,导致 Si- O键伸缩振动吸收峰发生蓝移。同时氟的掺入抑制了强极性 Si- OH键的形成。这些变化有利于薄膜中离子极化和偶极子转向极化的降低 ,因而使薄膜介电常数减小。对 Si- F吸收峰的高斯拟合表明 ,在氟含量较高时 ,薄膜中掺入的氟一部分会以 Si F2 结构存在。由于 Si F2 结构稳定性较差 ,易与水汽发生作用 ,因而高氟掺杂的 Si OF薄膜易吸水 ,并使薄膜性能变差     

应变硅薄膜的厚度对材料迁移率的影响

用化学气相沉积方法在SiC/Si上外延生长了应变硅薄膜.扫描电子显微镜方法显示所得样品具有明显的Si/SiC/Si三层结构,喇曼散射光谱和X射线衍射测量结果表明外延的Si薄膜存在应变.Hall效应测量证明相比于相同浓度的体Si材料应变Si薄膜具有较高的霍尔迁移率;但随着应变硅层厚度的增加,霍尔迁移率下降,这应与薄膜中应变减小和失配位错有关.     

应变硅薄膜的厚度对材料迁移率的影响

用化学气相沉积方法在SiC/Si上外延生长了应变硅薄膜.扫描电子显微镜方法显示所得样品具有明显的Si/SiC/Si三层结构,喇曼散射光谱和X射线衍射测量结果表明外延的Si薄膜存在应变.Hall效应测量证明相比于相同浓度的体Si材料应变Si薄膜具有较高的霍尔迁移率;但随着应变硅层厚度的增加,霍尔迁移率下降,这应与薄膜中应变减小和失配位错有关.     

利用显微喇曼光谱进行SiC单晶片应力分析

为了对4H-SiC单晶片进行无损应力表征,采用显微喇曼光谱仪测量了3英寸(1英寸=2.54 cm)和4英寸4H-SiC单晶片的显微喇曼光谱,并依据喇曼频移峰的移动及喇曼频移峰的半高宽(FWHM)分析SiC单晶片中呈现的应力类型和应力大小.在显微喇曼光谱中,4H-SiC单晶片的横向折叠光学(TO)模为表征单晶片应力的特征峰,其无应力状态的标准峰位值为777 cm-1.对4H-SiC单晶片进行应力分析,发现3英寸和4英寸SiC单晶片内喇曼频移峰均发生蓝移和红移,表明单晶片内同时存在张应力和压应力.相比生长初期的样品,晶体生长末期的应力值有不同程度的升高,同时单晶片的喇曼频移峰的FWHM变窄,表明生长末期的单晶片结晶质量高于生长初期.     

喇曼光谱研究硅烷体积分数对Si薄膜结构影响

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,在一定射频功率、衬底温度和气压下,在普通玻璃衬底上制备了不同硅烷体积分数的Si薄膜材料.使用喇曼光谱对薄膜材料的结构进行了研究.结果表明,随着硅烷体积分数的降低,Si薄膜沉积速率将会逐渐降低.当硅烷体积分数降到2%时,喇曼光谱检测到出现对应的晶体Si的吸收峰,而最初的非晶吸收峰位逐渐减弱.Si薄膜的结构实现了由非晶向微晶转变.随着硅烷体积分数进一步降低,结晶率不断提高,微晶比例进一步扩大.     

氢原子在Cat-CVD法制备多晶硅薄膜中的作用

采用钨丝催化化学气相沉积(Cat—CVD)方法制备多晶硅(p-Si)薄膜,研究氢气稀释率(FR(H2)／(FR(H2) FR(SiH4))对制备多晶硅薄膜的影响。XRD和喇曼光谱分析分别显示(111)面取向的多晶硅峰及喇曼频移为520cm^-1多晶硅峰的强度随氢气稀释率的增加而增强,由喇曼光谱计算的结晶度也有同样的趋势。通过分析测试结果得出,氢原子以表面脱氢、刻蚀弱的Si—Si键．及进入晶格内部进行深度脱氢等方式改善薄膜材料的结晶度。     

应变对PbSe材料晶格振动的影响

在晶格失配的BaF2衬底上用分子束外延技术生长了不同厚度的PbSe单晶薄膜,PbSe外延薄膜的喇曼光谱测量到位于136～143cm-1之间的布里渊区中心纵光学声子(LO)振动,位于83～88cm-1之间的纵光学声子与横光学声子的耦合模(LO-TO)振动,以及位于268～280cm-1之间的2LO声子振动.而且PbSe薄膜的LO声子频率随薄膜厚度的不同明显移动,随着薄膜的厚度减小声子频率线性增大,这是由外延膜与衬底之间的失配应力不同引起的.为了理解PbSe声子振动模喇曼活性的物理原因,还比较分析了PbSe体单晶的喇曼光谱,同样,PbSe体单晶样品也呈现出喇曼活性的散射峰.