化学气相沉积硅基薄膜的性能及机理研究

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非晶硅薄膜和SiC薄膜由于其优异的光电特性,在半导体产业中占有重要的地位。非晶硅薄膜是高效、廉价光伏太阳电池的理想材料,并且可用于制造薄膜晶体管(TFT)、光敏电阻器、光敏二极管、摄像靶、图像传感器、显示屏驱动电路、辨色器和静电复印鼓等,在制造发光器件方面和薄膜场效应器件管也有一定的潜力。SiC具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速度高、介电常数小、抗辐射能力强、良好的化学稳定性等独特的特性,使其在光电器件、高频大功率、高温电子器件等方面倍受青睐,被誉为发展前景十分广阔的第三代半导体材料。在众多薄膜制备技术中,微波电子回旋共振化学气相沉积(MWECR CVD)和触媒化学气相沉积(Cat-CVD)都是具有各自特点的新兴技术。因此,研究MWECR CVD制备非晶硅薄膜和Cat-CVD制备SiC薄膜的性能及生长机理,对于发展电子薄膜材料基础知识、拓展其应用领域具有重要理论意义和实践价值。我们利用朗谬探针,针对微波电子回旋共振CVD制备非晶硅薄膜系统,测试了等离子体特性。采用自行设计加工的最近发展起来的Cat-CVD系统制备SiC薄膜,研究了衬底温度、工作气压、气体比例、衬底负偏压等工艺条件对薄膜的影响。在不加热衬底的条件下,仅通过触媒(热丝)的热辐射,在实际衬底温度低于300℃时,得了(-SiC薄膜。因此,不仅拓展了Cat-CVD制备技术的应用范围,而且也使得CVD低温制备(-SiC薄膜的工作进入了一个新的阶段。进一步结合衬底预碳化以及对衬底的偏压作用,得到了高质量的纳米(-SiC薄膜。对氢气和衬底负偏压在?-SiC薄膜低温沉积中的作用进行了研究,发现合适比例的氢气及相应的衬底负偏压,是低温制备?-SiC薄膜必须的条件。采用MWECR CVD系统制备非晶硅薄膜,着重研究了H2/SiH4稀释比、衬<WP=4>底温度和衬底位置对a-Si:H薄膜结构的影响。在不同的衬底位置,我们进行了H2/SiH4稀释比影响a-Si:H薄膜结构的实验,发现系统最佳H2/SiH4稀释比依赖于衬底位置的变化而变化。同时,我们研究了衬底温度对a-Si:H结构的影响,发现高衬底温度有利于沉积过程中的释氢反应,从而改善薄膜的结构,但过高的衬底温度将导致悬挂键的增多。a-Si:H薄膜的光电特性同膜中的氢存在密切关系,一方面,氢以单氢化合物(Si-H)方式结合到膜中,从而饱和了膜中的悬挂键;另一方面,氢以多氢化合物(Si-H2、Si-H3和(Si-H2)n)方式结合到膜中,反而在膜中引入了缺陷,使带隙中的局域态密度增大。通过计算吸收系数谱中摇摆模吸收带和伸缩模吸收带的面积,获得了膜中的氢含量(在15%-30%之间)和硅氢键的配置方式。我们发现,随着衬底温度升高,以单氢化合物结合的氢含量基本保持不变,而以多氢化合物结合的氢含量逐步减少。
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