谭利文[1]2000年在《SiC薄膜的溅射法制备与结构性能研究》文中研究指明本文采用偏压辅助射频溅射法，在单晶Si、石英和不锈钢衬底上沉积SiC薄膜，在衬底没有附加热源加热的条件下，成功地制备出具有（111）择优取向的微晶SiC薄膜，并研究了主要的工艺参数对SiC薄膜生长特性的影响。实验结果表明，在沉积SiC薄膜的过程中增大衬底负偏压，可以起到诱导晶态SiC的生长以及抑制非晶碳、SiO_x等杂质相的形成的作用；适当地增大射频功率也有利于SiC薄膜的生长，同时，发现SiC靶材在工作气压为1×10~(-2)τ条件下，发生溅射的阈值功率为130W；在实验过程中发现，升高衬底温度的同时SiC薄膜择优取向消失；采用分步偏压溅射法不仅可以提高薄膜的净生长速率，而且也可以改善薄膜的质量。 利用紫外-可见分光光度计测定了SiC薄膜透射光谱和反射光谱，通过样品的透射光谱和反射光谱计算了SiC薄膜吸收系数α和光学带隙E_g，并研究了衬底偏压和衬底温度对SiC薄膜光学性能的影响。实验结果表明，增大衬底偏压SiC薄膜的光学带隙宽度减小；相反，增大衬底温度，光学带隙宽度则增大，所制备的样品中光学带隙宽度最大为3.6eV，最小的为2.0eV。 采用多层过渡界面层技术，有效地解决了不锈钢衬底与SiC薄膜直接粘附性差的问题，并从理论上分析了其附着机理。为了测试SiC薄膜的防氚渗透性能，在不锈钢双面杯上沉积SiC薄膜，并且初步探讨了制备工艺参数对SiC薄膜防氚渗透性能的影响。测试结果表明，SiC薄膜具有很好的防氚渗透性能，在500℃下样品的PRF值达到了4个量级，为目前报导的最高数值，并且发现，制备样品时射频功率越高则样品的防氚渗透性能越好。
张军[2]2007年在《多功能ZnO薄膜的制备与性能研究》文中提出氧化锌(ZnO)是一种新型宽禁带直接带隙Ⅱ-Ⅵ族半导体材料，室温下的禁带宽度为3.37 eV，激子束缚能高达60 meV，比同为宽禁带半导体的ZnSe(22meV)，ZnS(40 meV)和GaN(25 meV)都高很多。这些特性使ZnO在室温下可以产生很强的光致激子紫外发射，有利于研制高效率发光二极管(LED)、紫外探测器、蓝紫光LED和LD等短波长光电器件。同时，ZnO的能带结构与TiO_2相似，在紫外光照射下，ZnO薄膜可以产生电子-空穴对，在薄膜表面形成强的氧化-还原体系，对空气或水溶液中的有机物源进行氧化降解。故ZnO可以作为一种很有前途的光催化材料。此外，在太阳能电池工艺中，ZnO薄膜也有很好的应用前景：在ZnO薄膜中进行Ⅲ族(Al、Ga、In)元素掺杂，可以使其在可见光区的光透过率增强(高达90％)，且具有良好的导电性，这些优点使ZnO材料可作为太阳能电池窗口材料。针对ZnO薄膜材料在以上不同领域中的应用前景，本论文开展了相应的研究工作。利用氧化法制备纳米ZnO薄膜的光催化研究，溅射法制备Al掺杂的ZnO透明导电薄膜，原位热氧化氮化锌(Zn_3N_2)工艺制备p型ZnO薄膜，并研究了制备工艺、掺杂以及结构对其性能的影响。为了有效提高薄膜的孔隙率并增强其光催化性能，本论文利用两步氧化法制备了ZnO薄膜。即先在纯氧气氛中低于金属锌(Zn)熔点的温度下对制备的Zn膜进行初步氧化，然后再提高氧化温度进行二次氧化。通过降解苯酚实验分析表明，两步氧化法制备的样品的光催化性能优于一般氧化法得到的样品。本研究工作为性能良好且成本低廉的ZnO光催化剂的制备找到了一条很好的途径。对于ZnO基透明导电膜在太阳能电池中的应用，本工作以金属Zn和铝(Al)为靶材，采用射频(RF)反应共溅射技术在低温(200℃)玻璃衬底上沉积了铝掺杂氧化锌(ZnO：Al)薄膜。对制备样品的形貌结构、组成成分和光学电学特性进行了分析表征。结果表明，我们成功制备了定向(002)生长的六角纤锌矿结构的ZnO：Al薄膜，其可见光透过率达85％，电阻率在10~(-1)～10~3Ω·cm之间。该薄膜的性能基本符合光电器件，特别是薄膜太阳电池窗口层的应用要求，并易于规模化工业生产。制备导电性良好的p型ZnO薄膜是发展ZnO基光电器件的重要因素。本论文采用射频磁控溅射法在不同衬底温度和不同气氛下制备了Zn_3N_2薄膜，然后在低压氧气氛下进行原位热氧化制备N掺杂的ZnO薄膜。利用各种表征方法分别对Zn_3N_2薄膜和ZnO薄膜进行了分析。结果表明，衬底温度为200℃时制备的Zn_3N_2薄膜，在500℃下氧化2小时可以得到电阻率为0.7Ω·cm，空穴浓度为10~(17)cm~(-3)，空穴迁移率为0.9cm~2／V·s的具有c轴择优取向的p型ZnO薄膜。获得的p型ZnO薄膜还具有良好的光学特性，紫外可见光范围内透过率为85％，处于紫外区域的激子复合产生的发光峰很强。以上可见，原位氧化工艺制备的p型ZnO薄膜质量较好，重复性好。通过进一步改进工艺，有望制备出性能稳定、载流子浓度高的低阻p型ZnO薄膜。考虑到新一代半导体材料与Si基半导体产业的兼容性，本工作还对优良的衬底材料碳化硅(SiC)进行了初步研究。利用射频磁控溅射法在石英衬底上制备了纳米SiC薄膜，薄膜表面由尺寸为50～90nm的SiC纳米颗粒组成。总之，本论文所涉及的研究工作极大地丰富了不同领域ZnO材料的制备途径，将为ZnO材料的产业化起到重要的推动作用。
武大伟[3]2012年在《过渡层对SiC薄膜结构和性能的影响》文中提出本文采用偏压辅助射频磁控溅射法，室温下在单晶Si和奥氏体不锈钢衬底上沉积得到非晶SiC薄膜，经后续不同的退火处理得到晶态SiC薄膜。实验结果表明，在沉积SiC薄膜过程中，适当增大衬底负偏压，可以有效提高SiC薄膜的沉积速率和结晶质量，还可起到抑制SiOx等杂质相形成的作用；适当增大溅射功率也有利于SiC薄膜的生长，同时发现工作气压为0.5Pa时，发生溅射的阈值功率约为130W。另外，溅射气压越低，SiC薄膜中的SiOx杂质就会越少，沉积质量也就会越好。采用分步偏压溅射法制备SiC薄膜，不仅可以提高薄膜的生长速率，还可以有效地改善薄膜的质量。为了提高在不锈钢衬底上生长的SiC薄膜的膜基结合力，本论文从理论上分析了其附着机理，并且重点研究和讨论了在不锈钢衬底上利用Al_2O_3和TiO_2缓冲层来沉积SiC薄膜的工艺及其对薄膜性能的影响，有效的解决了在不锈钢衬底上直接生长SiC薄膜粘附性差的问题。并通过XRD、AFM、FTIR等分析手段，对薄膜的结构、形貌、力学以及光学性能进行了表征。主要内容包括：第一章主要阐述了SiC的晶体结构、基本性质以及机械和理化性质，并对其制备方法、应用和研究现状进行了介绍，最后总结了本论文的主要内容和创新点。第二章介绍了射频磁控溅射法的基本原理以及薄膜的生长过程和机理，另外还对本论文采用的一些基本表征方法进行了简述。第三章探讨了在Si衬底上磁控溅射法制备SiC薄膜的工艺参数(溅射功率、溅射气压以及衬底负偏压)对其生长过程和结构性能的影响；并利用XRD、XPS、AFM、FTIR等分析手段对其进行表征。另外，还重点探讨了分步偏压法制备SiC薄膜的原理、过程以及最终对薄膜质量的影响。第四章简述了薄膜膜基结合力、过渡层技术的基本原理及其选择条件，并对本论文所用到的Al_2O_3和TiO_2过渡层的理化性质进行了进一步的探讨。第五章利用SEM、XRD等分析方法，对不锈钢衬底上生长的SiC单层膜和加入Al_2O_3、TiO_2过渡层后生长的SiC双层膜进行了对比，探讨了过渡层对不锈钢衬底上SiC薄膜的结构、表面形貌、耐腐蚀性以及膜基结合力等性能的影响。第六章结论与展望。
翟发俊[4]2006年在《抗电子发射Hf、SiC薄膜的制备及机理研究》文中研究指明本论文研究了脉冲栅控行波管中，Hf薄膜对抑制栅极电子发射所起的作用，讨论了Hf薄膜的工作机理。实验中，利用射频磁控溅射技术在Mo基底上制备了Hf膜，并利用化学方法制备了BaO涂层以模拟行波管栅极结构，随后在N_2保护下，通过在900K到1300K范围内退火，研究栅极处于高温工作环境下表面相结构和成分的变化，以此解释了Hf薄膜抑制栅极电子发射的工作机理。 在模拟二极管中，我们分别测量了经过阴极物质(Ba和BaO)污染后的涂覆Hf膜和没有涂覆Hf的Mo栅的Ⅰ—Ⅴ特性曲线，以判断他们的电子发射能力。然后，对样品表面进行了X—射线衍射(XRD)测量和X—射线光电子能谱(XPS)的测量。结果表明涂覆Hf的Mo栅比没有涂覆Hf的Mo栅的发射电流要小。在测试过程中活性的电子发射物质源源不断地从阴极沉积到阴极表面。由于在阴极表面有了BaHfO3和Ba2HfO4化合物的形成以及Ba—Hf相互扩散这两种现象的发生才使得涂覆有Hf膜的栅能够有效地减少从阴极蒸发过来的电子发射物质，从而降低了栅的电子发射能力。 另外，我们还研究SiC薄膜的一些特性。如我们研究磁控溅射法制备SiC薄膜工艺中，各种参数对SiC薄膜结构和性能的影响。
周继承, 郑旭强[5]2007年在《磁控溅射SiC薄膜及其光电特性研究》文中指出用射频磁控溅射法制备了SiC薄膜,并对其进行了退火处理。用AFM观察了薄膜的表面形貌,测量了薄膜的厚度与透射光谱。用J.C.Manifacier提出并由R.Swanepoel加以修正和完善的包络线法对薄膜透射光谱进行了分析计算,并结合Tuac公式确定了薄膜的光学带隙。结果表明:在不同射频功率下制备的薄膜均有较强的蓝紫光吸收特性,在低功率下可制备出表面平整,吸收系数小,光学带隙大的薄膜;退火处理后薄膜的吸收系数减小,光学带隙增大,晶粒向圆形转化且尺寸变大。
马天菲[6]2007年在《SiC薄膜的VLS选择性生长研究》文中指出作为第三代半导体材料之一,碳化硅(SiC)具有禁带宽度大、热导率高、电子的饱和漂移速度大、临界击穿电场高等特点,是高温、高频、大功率、抗辐射半导体器件的首选材料。随着微电子技术的发展,传统的Si和GaAs半导体材料由于本身结构和特性的原因,在高温、高频等方面越来越显示出其不足和局限性。因此,在Si基片上生长3C-SiC薄膜,既能与目前成熟的Si工艺相兼容,又能发挥SiC材料的性能优点。本论文结合了气—液—固(Vapor-Liquid-Solid,VLS)生长工艺,以Ni作催化剂,SiH4为Si源,CH4或C2H2为C源,H2为载气,采用化学气相沉积(CVD)在刻蚀有矩形凹槽的Si(100)基片上选择性生长3C-SiC薄膜。采用扫描电子显微镜(SEM)、电子能量色散谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、电子背散射衍射技术(EBSD)等手段对所生长的SiC薄膜进行表征,系统研究了催化剂用量、碳源种类、衬底温度、CH4与SiH4的流量比等工艺参数对SiC薄膜形貌、成份、晶体结构的影响。结果表明:在使用CH4作碳源,催化剂用量适中,C/Si为2:1,且衬底温度较高的条件下,在刻蚀有矩形长槽的Si(100)基片上选择性地生长出了高质量的3C-SiC薄膜,薄膜的生长速率达到30μm/h～60μm/h。为了进一步分析VLS选择性生长的机理,本论文还就VLS选择性生长SiC薄膜与气相生长SiC薄膜进行了对比研究,结果表明:采用VLS工艺能够实现SiC薄膜在刻蚀有矩形长槽的Si基片上的选择性生长,而常规的气相生长则无法实现SiC薄膜的选择性生长,且催化剂的使用是VLS选择性生长的关键;采用VLS工艺能在提高薄膜生长速率的同时,改善SiC薄膜的质量。
柏佩文[7]2017年在《15-15Ti钢上SiC薄膜的制备及其耐铅铋合金腐蚀性能的研究》文中进行了进一步梳理15-15Ti钢具有良好的抗辐照性能、力学性能和加工性能,被选为中国铅快冷反应堆的候选包壳材料。然而15-15Ti钢的耐腐蚀性能仍不能满足反应堆内复杂腐蚀环境的要求。通过采用磁控溅射方法在15-15Ti钢上沉积Al_2O_3/SiC双层薄膜和Ti/TiN/SiC功能梯度薄膜,采用XRD、AFM、FESEM、EDS、显微硬度计对所制备薄膜的结构、形貌、成分和性能进行检测。同时将镀膜前后的15-15Ti钢在氧浓度为1×10-6 wt.%的500℃铅铋合金溶液中进行500小时和1000小时的腐蚀试验,用XRD、EDS和FESEM分析腐蚀后镀膜和未镀膜15-15Ti钢的腐蚀层形貌,腐蚀产物和腐蚀层厚度,研究了表面镀膜后15-15Ti钢的耐500℃铅铋合金的腐蚀性能。实验结果表明:(1)用磁控溅射方法在15-15Ti钢表面沉积的Al_2O_3/SiC双层薄膜和Ti/TiN/SiC功能梯度薄膜连续致密,结构良好并无较大缺陷,薄膜显微硬度分别为12.5Gpa和17.0Gpa。(2)对未镀膜和镀有Al_2O_3/SiC双层薄膜的15-15Ti钢在500°C铅铋合金溶液中腐蚀500h和1000h后的表面结构、形貌和成分进行分析,发现未镀膜的15-15Ti钢在500°C铅铋合金溶液中腐蚀500h后表面出现厚度为1.1um的腐蚀层,腐蚀层产物为Fe3O4;未镀膜15-15Ti钢在500℃铅铋合金溶液中腐蚀1000h后表面出现厚度为2.5um的腐蚀层,腐蚀层产物为Fe3O4和(Fe,Cr)3O4。镀有Al_2O_3/SiC双层薄膜的15-15Ti钢在500°C铅铋合金溶液中腐蚀500h和1000h后表面均无氧化层产生,表明制备的Al_2O_3/SiC双层薄膜耐铅铋腐蚀性能良好。(3)未镀膜和镀有Ti/TiN/SiC功能梯度薄膜的15-15Ti钢,在500℃铅铋合金溶液中腐蚀1000h后的结果表明:15-15Ti钢表面出现厚度为2.1um的腐蚀层,腐蚀层产物为Fe3O4和(Fe,Cr)3O4;而镀有Ti/TiN/SiC功能梯度薄膜的15-15Ti钢表面未发现氧化层,制备的Ti/TiN/SiC功能梯度薄膜具有良好的耐铅铋腐蚀性能。(4)在500℃铅铋合金溶液中腐蚀1000h后,镀有Al_2O_3/SiC双层薄膜的15-15Ti钢中,Al_2O_3缓冲层未发生铅铋合金的渗透;而镀有Ti/TiN/SiC功能梯度薄膜的15-15i钢中,Ti/TiN缓冲层有少量铅铋渗透进入。这表明Al_2O_3缓冲层的封闭性更好,Al_2O_3/SiC双层薄膜的耐铅铋腐蚀性能优于Ti/TiN/SiC功能梯度薄膜。研究结果为后续评估15-15Ti钢的耐铅铋腐蚀性能以及表面改性提供了实验数据和理论分析。
梁俊华[8]2006年在《基于薄膜晶体管应用的功能薄膜AIN和ZnO的生长与特性研究》文中指出作为下一代光电子器件,透明电子器件正在国际上引起广泛的关注。透明的薄膜晶体管(TFT)作为当前最具有商业价值的透明电子器件,即将成为有源矩阵液晶显示(AMLCD)和有机发光显示(OLED)的关键技术。目前硅基TFT(特别是非晶硅TFT)正面临一系列性能瓶颈:光敏性强、场效应迁移率低以及材料的不透明性。利用透明的氧化物半导体材料—氧化锌(ZnO)制备的TFT可以在一定程度上克服这些困难。ZnO是一种多功能的宽禁带直接带隙半导体材料,具有六角纤锌矿型的晶格结构,室温下禁带宽度约为3.37eV,对可见光的透射率很高。此外,利用磁控溅射法可以在较低的衬底温度下制备高质量的多晶ZnO薄膜,这对于电子驱动的响应速度是十分有利的。氮化铝(AlN)是一类重要的宽带隙Ⅲ—Ⅴ族化合物半导体材料,电阻率高,击穿场强大,适合作为绝缘材料应用于TFT结构。此外,由于AlN的晶格结构与ZnO相同,所以也可作为生长高质量ZnO薄膜的缓冲层,并改善ZnO/AlN界面结构。 本论文中利用射频磁控反应溅射技术在不同的衬底上制备出高质量的AlN和ZnO薄膜,用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)、傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)、喇曼光谱仪和紫外—可见分光光度计等测试手段对沉积薄膜的结构和光学性能进行了表征。结果发现,AlN薄膜的择优取向与氮氩气压比P_(N2)/P_(Ar)、溅射气压P_s、衬底温度T_s和射频功率P有很大关系。在P_(N2)/P_(Ar)=3∶1,P=300W,T_s=300℃,P_s=0.5Pa的条件下,AlN薄膜c轴择优取向达到最佳;通过引入低温AlN缓冲层,显著增强了ITO玻璃衬底上沉积AlN薄膜的c轴择优取向,在晶粒增大的同时降低了表面平均粗糙度,为生长高质量的AlN薄膜提供了实验依据;此外,根据包络线法理论,利用透射率曲线的极值点计算得到可见光波段内AlN薄膜的折射率n和消光系数κ。当λ=554nm时,n=2.0187,κ=0.0077。 通过对ZnO薄膜的研究发现,工艺参数是影响薄膜结晶性能的关键因素。随着衬底温度的上升和射频功率的提高,ZnO薄膜(002)面衍射峰显著增强,晶粒尺寸进一步增大;溅射气压升高,(002)面衍射峰先增强后减弱,这主要是由
梁涛[9]2006年在《CVD法制备3C-SiC/Si薄膜研究》文中指出3C-SiC被誉为最有潜力的宽禁带半导体材料,具有带隙宽、临界击穿电场高、热导率高、饱和电子漂移速度大等优点,是高温、高频、高功率半导体器件的首选材料。Si是现代IC技术的重要基础,在Si基片上异质外延生长3C-SiC,既能发挥Si工艺的成熟,又能发挥3C-SiC的性能优点,而成为人们长期以来坚持不懈的研究方向。然而,由于3C-SiC与Si之间存在较大的晶格失配度(约20%)和热膨胀系数差异(约8%),因此,3C-SiC/Si异质外延薄膜的制备非常困难,仍存在许多技术问题需要克服。本论文采用CVD方法,并结合“两步生长工艺”进行3C-SiC的异质外延生长。即:首先将Si基片碳化,形成一个碳化缓冲层,然后再在此缓冲层上异质外延生长3C-SiC薄膜。采用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、反射高能电子衍射(RHEED)和X射线光电子能谱(XPS)等表征方法,对碳化层的质量和3C-SiC薄膜的结构进行了表征。对于碳化工艺,侧重研究了碳化时间、反应室气压、C源气体的流量、碳化温度以及不同种类的C源气体、基片取向等因素对碳化层质量的影响,研究结果表明:随着碳化时间的增长,碳化层的晶粒尺寸随之变大,表面粗糙度随之降低,但当碳化到一定时间之后,碳化反应减缓,碳化层的晶粒尺寸以及表面粗糙度的变化幅度变小;碳化层的晶粒尺寸随反应室气压的升高而变大,适中的反应室气压可得到表面比较平整的碳化层;在C源气体的流量相对较小时,碳化层的晶粒尺寸随气体流量的变化不明显,但当气体流量增大到一定程度时,碳化层的晶粒尺寸随气体流量的增大而明显变大,同时,适中的气体流量得到的碳化层表面粗糙度较低;碳化温度较低时,碳化层的晶粒取向不明显,随着碳化温度的升高,碳化层的晶粒尺寸明显变大,且有微弱的单晶取向出现,但取向较差,同时,适中的碳化温度可得到表面平整的碳化层;相比于C_2H_2,以CH_4作为C源气体时得到的碳化层表面平整得多;比起Si(100),选用Si(111)作为基片生长的碳化层的晶粒取向一致性明显更好。对于3C-SiC的异质外延生长,侧重研究了碳化层质量、C/Si比以及生长温度对3C-SiC薄膜质量的影响,研究结果表明:碳化层的质量的优劣直接影响到在上面生长的3C-SiC薄膜的质量,在表面粗糙度更小和晶粒取向一致性更好的碳化层
张翼英[10]2007年在《等离子体CVD法制备a-Si_（1-x）C_x：H薄膜及其微结构和性能研究》文中认为氢化非晶硅碳材料(a-Si_(1-x)C_x：H)是一种宽带隙非晶半导体材料，其光学带隙可以通过组分调制的，人们可以根据不同的应用目的制备出不同光学带隙的a-Si_(1-x)C_x：H材料。然而，氢化非晶硅碳a-Si_(1-x)C_x：H薄膜在太阳能电池、发光二极管等的应用中往往会由于薄膜结构的无序度而导致性能不稳定，引起发光效率的下降和引起太阳能电池的内建电势降低和串联电阻增加从而使太阳能电池的转换效率降低。在硅基发光材料的应用中，一般在衬底温度600℃以上的较高温度下制备的纳米硅碳薄膜才观察到镶嵌在无序网络中SiC和Si纳米颗粒因量子尺寸效应而引发了光致发光现象和在800℃沉积并经退火获得的高度择优取向薄膜后能在室温下发出更强的光。作为窗口材料在非晶硅薄膜太阳能电池的应用中，发现在薄膜非晶网络中生成微晶Si相的结构，才能更好地在光学带隙满足要求的同时控制其所需的合适电导率。本论文的研究目的在于通过电容耦合等离子体增强化学气相沉积法(CCP-CVD)和电感耦合等离子体增强化学气相沉积法(ICP-CVD)制备氢化非晶硅碳薄膜，探讨a-Si_(1-x)C_x：H薄膜的形成和网络结构畸变的内在影响因素，对a-Si_(1-x)C_x：H薄膜网络结构畸变机理进行深入了解和实现对薄膜网络结构的精确可控；开发一种与半导体集成工艺完全匹配且同时能在较低的温度下在硅碳薄膜中形成晶相颗粒，特别是形成取向颗粒的制备新方法；设计“单反应室双沉积法”薄膜沉积过程，利用真空热蒸发和ICP-CVD连续沉积方法，研究通过金属诱导非晶硅碳薄膜在相对较低的温度下产生一定的晶化，实现低温、快速地在a-Si_(1-x)C_x：H非晶半导体薄膜中的晶相形成。为进一步深入研究打下了基础。本文全面回顾了a-Si_(1-x)C_x：H薄膜材料的研究进展及应用，比较了常用的a-Si_(1-x)C_x：H薄膜材料的制备方法，总结a-Si_(1-x)C_x：H薄膜晶化的方法并介绍了金属诱导非晶薄膜晶化方法。分别采用电容耦合PECVD法(CCP-CVD)和电感耦合PECVD法(ICP-CVD)法在不同沉积条件下制备了a-Si_(1-x)C_x：H薄膜，用IR、Raman、UV-VIS、XRD、SEM、TEM和高阻仪等测试分析了a-Si_(1-x)C_x：H薄膜的结构、光学电学性能和网络结构畸变等。对a-Si_(1-x)C_x：H薄膜形成过程中的机理，对a-Si_(1-x)C_x：H薄膜网络结构畸变的内在影响因素，对不同耦合方式PECVD方法对薄膜微结构、性能的影响及影响机制，Al诱导获得a-Si_(1-x)C_x：H／n-Si复合相结构薄膜进行了详细研究。具体研究内容及研究结论如下：(1)对电容耦合PECVD法在玻璃基板上制备a-Si_(1-x)C_x：H薄膜进行了研究。采用电容耦合PECVD法，以氢气稀释的甲烷和硅烷为气源，在玻璃基板上制备出非晶硅碳氢薄膜(a-Si_(1-x)C_x：H)。不同碳含量条件下沉积的a-Si_(1-x)C_x：H薄膜中Si-C键的形成情况有个转折点，这个转折点发生在气体比例接近理想的化学计量配比的位置。不同C含量条件下薄膜中的Si-C键的形成情况是受到薄膜中不同的Si、C原子的比例的影响的，薄膜中原子半径大的Si原子占主导地位时，包围在原子半径小的C原子周围，带正电的Si原子相互靠近而产生排斥力，形成的Si-C键不稳定，从而不利于Si-C键的形成；而原子半径小的C原子占主导地位时，带负电C原子包围在原子半径大的Si原子周围，不易靠近而排斥力可以忽略，形成的Si-C键稳定，从而利于Si-C键的形成。而不同射频功率条件下沉积的a-Si_(1-x)C_x：H薄膜中Si-C键的形成情况实际上是受到反应真空室中气体的分解率大小的影响。射频功率高，气体分解的比较彻底，Si、C等离子体量增多，则有利于Si-C键的形成；射频功率低，气体分解的不彻底，会有许多中间产物沉积在基板上，不利于Si-C键的形成。(2)对电容耦合PECVD法在硅基板上制备a-Si_(1-x)C_x：H薄膜进行了研究。在基板温度为300℃时，采用电容耦合PECVD法以硅烷和甲烷为反应气源沉积在Si基板上的薄膜是a-Si_(1-x)C_x：H薄膜。硅烷和甲烷气体在射频辉光放电的作用下，发生碰撞分解，反应生成Si-C键沉积在硅基板上。而反应过程中沉积条件的变化，不管是气体比例的变化还是射频功率的变化，本质上是反应真空室中气体分解率的变化，CH_4／SiH_4比例高或射频功率高，则气体分解率高，所沉积薄膜中的Si-C键含量就多，反之薄膜中Si-C键含量就少。CCP-CVD法在Si基板上沉积的a-Si_(1-x)C_x：H薄膜是一种多相共存的微结构，Si基板中(100)取向的Si原子点阵对薄膜的生长起着诱导的作用，形成的薄膜是Si-C-H网格中镶嵌着(100)方向择优取向的多晶Si，并有晶态SiC相形成的趋势。多相共存的a-Si_(1-x)C_x：H薄膜的性能尤其是电学性能与薄膜的结构存在着紧密联系，a-Si_(1-x)C_x：H薄膜的电阻率受Si-C-H网格中Si晶相所影响的，薄膜中Si晶相越多，薄膜的结构有序化程度高，对载流子迁移过程中的陷阱作用小，薄膜的电子迁移率高，电阻率就小。(3)对电感耦合PECVD法制备a-Si_(1-x)C_x：H薄膜进行了研究。采用ICP-CVD法，以氢气稀释的甲烷和硅烷为气源，制备出均匀的非晶硅碳氢薄膜(a-Si_(1-x)C_x：H)。a-Si_(1-x)C_x：H薄膜的键结构与CH_4的分解率有着密不可分的联系，相同条件下CH_4的分解率要低于SiH_4的分解率，增加甲烷气体比例或射频功率有助于CH_4的分解率提高，薄膜中C含量增加，Si-C及Si-CH_n键含量相应的就增加；随着Si原子周围的环境发生改变，Si-H键周围的电负性发生改变，键的峰位发生偏移。Si-C键的形成在一定程度上受到Si-CH_n形成的影响。在富Si区域，CH_n等离子体和周围大量的Si等离子体碰撞的几率大，继续分解为原子态的C等离子体，系统中CH_n等离子体量减小而C等离子体的量增加，形成的Si-C键比Si-CH_n键的多；在富C区域，Si等离子体量的急剧减小，Si-CH_n键和Si-C键的的强度都急剧下降；在接近理想化学计量配比时，CH_n等离子体继续分解成C等离子体之前，和已经先分解生成的Si等离子体反应生成Si-CH_n键，虽然C等离子体的量也有可能增加，但是先形成的Si-CH_n键消耗了Si等离子体，Si-C键的形成就比较困难，Si-CH_n键的形成影响了Si-C键的形成。(4)研究了CCP-CVD及ICP-CVD法在不同C含量及不同射频功率条件下的a-Si_(1-x)C_x：H薄膜的光学带隙与薄膜成键情况，可知实际上非晶薄膜光学带隙的大小是与该薄膜中所含的键的比例多少密切相关的。Si-C键或C-C键在非晶薄膜中占主导地位时，非晶薄膜的光学带隙相应的也较宽；反之Si-Si键在非晶薄膜中占主导地位时，非晶薄膜的光学带隙相应的就较窄。通过对CCP-CVD及ICP-CVD沉积a-Si_(1-x)C_x：H薄膜非晶网络畸变及电导率的研究，二元化合物非晶硅碳薄膜的有序度与电导率都受到组成该薄膜的两种元素的半径大小的影响的。当半径大的Si元素在薄膜中占主导地位时，半径小的C原子填入其网络结构中对结构的畸变基本上没有什么太大的影响，因此a-Si_(1-x)C_x：H薄膜的有序度较高，电导率大；而当半径小的C元素在薄膜中占主导地位时，半径大的Si原子填入薄膜网络结构中却会对结构的畸变产生很大的影响，从而导致a-Si_(1-x)C_x：H薄膜的有序程度较低，电导率变小。(5)对比ICP-CVD法及CCP-CVD法沉积a-Si_(1-x)C_x：H薄膜的结构研究中得到，不同的耦合方式产生不同密度、不同运动轨迹的等离子体，等离子体密度不同、运行轨迹的不同造成气体碰撞几率的差异，最终造成等离子体的能量、刻蚀作用的差别。高密度的感应耦合等离子体运行轨迹为回旋式，等离子体之间碰撞的几率大，气体分解的比较彻底，所沉积的a-Si_(1-x)C_x：H薄膜中Si-C键含量高；且电子运动方向与电极方向平行，对所沉积薄膜的轰击作用小，薄膜具有较佳的微结构，键的结构比较稳定。电容耦合等离子体密度较低，等离子体的运动轨迹为短距离的直线，等离子体之间碰撞的几率相对较小，气体分解的比较不够彻底，所沉积的a-Si_(1-x)C_x：H薄膜中Si-C键含量相对较少；且电子运动方向与电极方向垂直，直接轰击所沉积薄膜，薄膜的微结构相对更无序一些，键的结构相对不够稳定。通过对比不同耦合方式PECVD法制备的a-Si_(1-x)C_x：H薄膜微观形貌的分析可知，ICP系统中等离子体运动轨迹长，碰撞基板的频率低；CCP系统中等离子体运动轨迹短，碰撞基板的频率高。碰撞频率高则在基板上形成的颗粒密度大，但电子的轰击会抑制薄膜中小颗粒的长大，表现在ICP沉积的a-Si_(1-x)C_x：H薄膜微观形貌中颗粒密度较CCP沉积的a-Si_(1-x)C_x：H薄膜小而颗粒尺寸较大。对比不同耦合方式PECVD法制备的a-Si_(1-x)C_x：H薄膜光学能隙及表征无序度的参数B值得到：CCP-CVD法制备的a-Si_(1-x)C_x：H薄膜中Si-O键的出现导致薄膜的光学带隙大，相应的定域化的范围大，薄膜的无序程度高，相比较而言ICP-CVD法制备的a-Si_(1-x)C_x：H薄膜更有序。(6)采用单反应室双沉积法制备Al／a-Si_(1-x)C_x：H复合薄膜并进行退火处理，对复合薄膜的结构、Al诱导a-Si_(1-x)C_x：H晶化的机理以及Al／a-Si_(1-x)C_x：H复合薄膜的晶化过程进行了研究。Al／a-Si_(1-x)C_x：H薄膜表面的粗糙度受薄膜沉积过程及基底的影响，基底越粗糙，则薄膜沉积过程中的阴影效应就越显著，沉积的薄膜不均匀，表面粗糙；薄膜沉积过程中的阴影效应导致a-Si_(1-x)C_x：H膜的沉积速率下降，Al／a-Si_(1-x)C_x：H复合薄膜中a-Si_(1-x)C_x：H膜层的厚度小于相同时间下沉积的纯a-Si_(1-x)C_x：H薄膜的厚度；退火前，Al／a-Si_(1-x)C_x：H复合薄膜以层状的形式存在，退火后Al发生扩散，层状结构消失，出现均一的硅碳与Al的混合层，Al／a-Si_(1-x)C_x：H复合薄膜的结构与Al的存在有着不可分割的联系。Al诱导a-Si_(1-x)C_x：H薄膜的机理可以表述如下，Al的扩散进入a-Si_(1-x)C_x：H薄膜中，薄膜中的饱和共价键向不饱和金属键转变，降低了Si-C键的键强，热处理过程中Si-C键发生断裂而形成Si晶相。通过控制Al的扩散，可以控制薄膜中晶相含量的多少，进一步达到调节电导的作用。在a-Si_(1-x)C_x：H本体相中存在Si的晶相除了仍具有宽的光学能隙的特点，又能获得高的迁移率进而提高器件的性能。通过分析不同退火温度、退火时间以及Al诱导层厚度对Al／a-Si_(1-x)C_x：H复合薄膜的晶化过程的影响，我们可以得到正是由于Al的扩散诱导作用，a-Si_(1-x)C_x：H膜层中的键发生断裂重组，发生晶化，而扩散到a-Si_(1-x)C_x：H膜层中的Al的量越多，则复合薄膜中晶相的量也越多。
参考文献：
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[10]. 等离子体CVD法制备a-Si_（1-x）C_x：H薄膜及其微结构和性能研究[D]. 张翼英. 浙江大学. 2007
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