特种化学气相沉积法制备大面积纳米硅薄膜的微结构和电学性能研究

采用可与Si平面工艺兼容的特殊设计的化学气相沉积系统在玻璃衬底上制备了大面积的纳米Si薄膜.高分辨率电子显微镜和选区电子衍射分析表明,成膜温度对薄膜微结构有关键影响,衬底温度的升高促进了薄膜晶态率的提高和Si晶粒的长大.660℃成膜时非晶Si薄膜基体中镶嵌了尺寸为8～12nm,晶态率为50%的纳米Si晶粒,具有明显的纳米Si薄膜微结构特征.用变温薄膜暗电导率测试系统研究表明,随成膜温度的升高,薄膜的晶态率提高、室温暗电导率提高而相应的电导激活能降低,用热激活隧道击穿机制解释了纳米Si薄膜微结构与特殊电学性能的关系.研究了原位后续热处理对薄膜微结构和电学性能的影响,发现延长热处理时间以及采用低温成膜、高温后续退火的热处理方法能有效提高纳米Si薄膜的晶态率,进而提高其室温暗电导率.     

纳米硅薄膜的低压化学气相沉积和电学性能研究

利用普通低压化学气相沉积技术在玻璃衬底上制备了大面积的纳米硅薄膜。不同温度下薄膜暗电导率的测试研究表明 ,薄膜的室温暗电导率随成膜温度的升高而增加 ,相应的电导激活能降低。热激活隧道击空机制可以较好地解释纳米硅薄膜特殊的电学性能。原位后续热处理研究表明 ,延长热处理时间以及采用低温成膜、高温后续退火的热处理方法均能有效提高其室温暗电导率。     

纳米硅薄膜的低压化学气相沉积和电学性能研究

利用普通低压化学气相沉积技术在玻璃衬底上制备了大面积的纳米硅薄膜。不同温度下薄膜暗电导率的测试研究表明，薄膜的室温暗电导率随成膜温度的升高而增加，相应的电导激活能降低。热激活隧道击空机制可以较好地解释纳米硅薄膜特殊的电学性能。原位后续热处理研究表明，延长热处理时间以及采用低温成膜、高温后续退火的热处理方法均能有效提高其室温暗电导率。     

La0.5Sr0.5CoO3-δ薄膜的制备及其电学性能

采用离子束溅射法在氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）和SiO2衬底上溅射＜薄膜，测试了不同工艺制备的La0.5Sr0.5CoO3-δ薄膜样品的XRD谱和电导率。分析了薄膜表面微结构以及电学性能。结果表明：在YSZ衬底上生长的La0.5Sr0.5CoO3-δ薄膜随着热处理温度的升高取向增强，当薄膜经过750℃热处理后结晶度最好；各样品直流电导率在低温段的Arrhenius曲线近似为直线，表明材料的导电行为符合小极化子导电机制；交流电导率在低频段（＜100kHz）电导率主要是靠晶界导电贡献的，而在高频区（＞100kHz），样品对交流电响应更加明显，电导率主要是靠晶粒导电贡献的。     

衬底对PECVD法生长氢化纳米硅薄膜的影响

用等离子体增强化学汽相沉积(PECVD)法,在玻璃和单晶Si衬底上分别制备了氢化纳米硅薄膜,对在相同工艺条件下的薄膜进行了对比研究,即用Raman散射谱研究了薄膜的晶粒平均大小和晶态比;用台阶仪测试了薄膜厚度;用X射线衍射谱和原子力显微镜对薄膜微结构和形貌进行了对比研究,发现所制备薄膜的微观结构有很大的差异。相同工艺条件下,在玻璃衬底上生长的薄膜,表面粗糙度小于单晶Si衬底上的薄膜,而晶化程度低于单晶Si衬底。掺杂使微结构发生了变化,掺P促进晶化,掺B促进非晶化,对此实验结果给出了定性的分析。     

磁控溅射温度对Zr-N薄膜扩散阻挡性能的影响

在不同的沉积温度下,用射频反应磁控溅射的方法在Si(100)衬底和Cu膜间制备了Zr-N阻挡层.用四探针电阻测试仪(FPP)、AFM、XRD、AES研究了沉积温度对Zr-N薄膜扩散阻挡性能的影响.沉积态的XRD、AFM结果表明,随着沉积温度的升高,Zr-N薄膜的结构由非晶态向晶态转变,晶粒的尺寸增大;650℃退火后的FPP、XRD、AES的对比结果说明沉积温度的升高有利于提高Zr-N薄膜的扩散阻挡性能.     

离子束溅射生长非晶Si薄膜的研究

用离子束溅射法制备了不同衬底温度的非晶硅(a-Si)薄膜,用双四探针法测量了不同温度下的电阻率,用喇曼散射及原子力显微镜表征了薄膜显微结构.结果发现随着衬底温度的升高,薄膜的电阻率逐渐增大,衬底温度为室温的a-Si薄膜质量较好且从其表面形貌可观察到少量Si晶粒的存在.     

ZnO:Al薄膜的组织结构与性能

用直流磁控反应溅射合金制备了ＺｎＯ薄膜,研究了衬底温度和退火温度对薄膜的结构及电学和光学性能的影响。衬底温度升高能改善薄膜的电学特性,其原因是薄膜晶粒尺寸的增大。温度升高导致薄膜基本光学吸收边向短波移动,但对高透射区（４５０～８５０ｎｍ）的透射率影响不大。     

本征纳米硅薄膜的微结构表征

采用PECVD技术,在玻璃衬底上低温沉积了优质本征纳米硅薄膜,并利用Raman光谱对其微结构作了表征。研究结果表明,硅烷浓度、衬底温度Ts对表征纳米硅薄膜微结构的晶化率和平均晶粒尺寸参数影响很大。SiH4浓度越低,越有利于晶化,对应的晶化率拐点温度越低。平均晶粒尺寸、晶化率随衬底温度的升高具有相似的变化规律,谱中出现的拐点温度一致,暗示它们之间存在紧密的联系。从薄膜生长角度对该实验结果作了合理解释。     

衬底温度对CuCrO2薄膜光电性能影响

采用射频磁控溅射法制备了不同衬底温度的CuCrO2薄膜,通过X射线衍射、扫描电镜、紫外吸收光谱及电学性能的测量表征了薄膜样品的结构与性能,结果表明,衬底温度对CuCrO2薄膜形貌结构、光学、电学性能影响较大。当衬底温度为750℃时,薄膜为结晶态。薄膜的可见光透过率随衬底温度提高有所增加。750℃时,CuCrO2薄膜直接带隙降低到3．02eV。电导率随衬底温度提高先增加后降低,500℃时,薄膜的电导率最高,达到27．1S·cm^-1,电导率对数随温度倒数变化关系表明,CuCrO2薄膜在300K-220K温度区间内均符合半导体热激活导电规律。     

AlN薄膜的KrF准分子脉冲激光沉积

研究了采用脉冲激光沉积(PLD)技术在Si(100)衬底上AlN薄膜的制备及其性质。结果表明,衬底温度从室温到800℃的范围内,所得到的AlN薄膜为(002)择优取向的纤锌矿结构。随着衬底温度的升高,AlN薄膜从纳米晶结构转为多晶结构,同时表面微粗糙度上升。AlN晶粒呈柱状生长机制。     

射频磁控溅射纳米SiC薄膜及其拉曼和红外分析

用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备出一系列衬底温度不同的纳米碳化硅薄膜,衬底温度分别为室温,200、400、600、700℃,并对样品进行了Raman和傅立叶红外测试分析.结果表明,随衬底温度的升高,薄膜结晶度提高,其晶粒尺寸为纳米数量级.通过FTIR不仅观察到SiC的TO声子在红外被激活,而且LO声子在粒径很小或薄膜很薄时也能在红外被激活,体现了纳米SiC较强的红外吸收特性.     

A1N薄膜的KrF准分子脉冲激光沉积

研究了采用脉冲激光沉积（PLD）技术在Si（100）衬底上A1N薄膜的制备及其性质。结果表明，衬底温度从室温到800℃的范围内，所得到的A1N薄膜为（002）择优取向的纤锌矿结构。随着衬底温度的升高，A1N薄膜从纳米晶结构转为多晶结构，同时表面微粗糙度上升。A1N晶粒呈柱状生长机制。     

稀土Nd掺杂纳米SnO2薄膜特性

对采用真空气相沉积法在玻璃衬底上制备的稀土Nd掺杂的SnO2薄膜,进行结构、电学及光学特性的测试分析.实验表明:氧化、热处理条件为500 ℃、45 min时样品性能好.采用一步成膜工艺法制备的SnO2薄膜晶粒度较小,随掺Nd浓度的增大,从31.516 nm减小到25.927 nm;两步成膜工艺法制备的SnO2薄膜晶粒度随掺Nd浓度的增大,从45.692 nm增至66.256 nm.XRD分析,掺Nd(5 at%)薄膜沿[110]、[101]晶向的衍射峰加强,薄膜呈多晶结构.掺Nd可使薄膜透光率下降,而薄膜的薄层电阻随热处理温度升高和掺Nd浓度的增大,呈先降后升趋势.     

掺硼nc-Si:H薄膜中纳米硅晶粒的择优生长

利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)生长的系列掺硼氢化纳米硅(nc-Si:H)薄膜中纳米硅晶粒(nanocrystallinesilicon,简称nc-Si)有择优生长的趋势。用HRTEM、XRD、Raman等方法研究掺硼nc-Si:H薄膜的微观结构时发现:掺硼nc-Si:H薄膜的XRD只有一个峰,峰位在2θ≈47o,晶面指数为(220),属于金刚石结构。用自由能密度与序参量的关系结合实验参数分析掺硼nc-Si:H薄膜择优生长的原因是:适当的电场作用引起序参量改变,导致薄膜在适当的自由能范围内nc-Si的晶面择优生长。随着掺硼浓度的增加,nc-Si:H薄膜的晶态率降低并逐步非晶化。nc-Si随硅烷的稀释比增加而长大,但晶态率降低。nc-Si随衬底温度升高而长大,晶态率提高。nc-Si随射频功率密度的增大而长大,晶态率增大的趋势平缓。但未发现掺硼浓度、稀释比、衬底温度、射频功率密度的变化引起薄膜中nc-Si晶面的择优生长。     

螺旋波等离子体沉积纳米硅薄膜结构特性

采用螺旋波等离子体化学气相沉积(HWPCVD)技术,以SiH4作为源反应气体在Si(100)和玻璃衬底上制备了纳米Si薄膜。通过X射线衍射(XRD)、Raman光谱、原子力显微镜(AFM)对所制备的材料结构和形貌等特性进行表征,分析了纳米Si薄膜结构随衬底温度变化的规律。实验结果表明,在较低的衬底温度(100-300℃)范围内,可以实现高晶化度纳米Si薄膜的沉积,颗粒大小在4-8nm之间,样品的晶化度随着衬底温度升高而升高,晶粒大小也随之增大,样品表面光滑,晶粒分布均匀。     

衬底温度对低温制备纳米晶硅薄膜的影响

采用传统的射频等离子体增强化学气相沉积技术,在较高的工作气压130Pa和较高的射频功率70W下,在＞100℃的低温下,以0.14nm/s速率制备出优质的纳米晶硅薄膜.研究结果表明,薄膜晶化率和沉积速率与衬底温度有密切关系.当衬底温度＞100℃,薄膜由非晶相向晶相转化,随着衬底温度的进一步升高,薄膜晶化率增大,当温度为300℃时,薄膜的晶化率达82%,暗电导率为10-4·cm-1数量级,激活能为0.31eV.当薄膜晶化后,沉积速率随衬底温度升高而略有增加.     

纳米金-聚二甲基硅氧烷复合薄膜的制备及研究

基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)可成膜的特殊性质,提出了以纳米金为金种,PDMS为基体制备出纳米金-PDMS复合薄膜。首先用三甲基氯硅烷(TMCS)对玻璃衬底进行硅烷化处理,在衬底表面旋涂PDMS薄膜。然后分两步用化学还原法还原氯金酸溶液,制备出纳米金复合薄膜。通过扫描电镜观察纳米金复合薄膜的形貌结构,研究了复合薄膜的紫外可见光吸收曲线。并用半导体特性分析仪(B1500)对不同还原时间的纳米金复合薄膜进行了电学测试。结果表明:复合薄膜光学性质良好,薄膜中纳米金颗粒的数量可以通过调节还原时间来控制,第二步还原14h时可得到电学性能相对较好的复合薄膜。     

沉积温度对Gd掺杂CeO2电解质薄膜生长及电学特性的影响

采用反应射频磁控溅射技术,在非晶石英衬底上不同温度下制备了纳米多晶Gd掺杂CeO2(简称GDC)氧离子导体电解质薄膜,采用X射线衍射仪、原子力显微镜对薄膜物相、晶粒大小、生长形貌进行了表征,利用交流阻抗谱仪测试了GDC薄膜的电学性能.结果表明,GDC薄膜生长取向随沉积温度而变化:300-400℃时为强(111)织构生长,而500-600℃时薄膜趋于无规则生长;随着沉积温度的升高,薄膜的牛长形貌由同一取向的大棱形生长岛转变为密集球形小生长岛;GDC多晶薄膜的电导活化能约为1.3eV,接近于晶界电导活化能值,说明GDC交流阻抗主要源于晶界的贡献;晶界空间电荷效应导致GDC薄膜电导率随晶粒尺寸而变化,晶粒尺寸越小,电导率越大.     

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.