鑲嵌在SiC介質中的納米晶硅薄膜結構與光致發(fā)光研究.pdf

1、納米晶硅由于其新穎的納米結構特征使它具有不同于單晶硅和非晶硅的結構、光學以及光電性能,使它在硅基光電子器件和第三代太陽能電池等領域有著廣闊的應用前景。在綜合評述了納米晶硅薄膜材料研究進展的基礎上,本文詳細介紹了鑲嵌在SiC介質中納米晶硅薄膜的制備方法、實驗設計、薄膜微觀結構和光致發(fā)光特性的測量結果。采用磁控濺射共沉積技術在單晶硅(111)襯底上制備了不同工藝參數的Si1-xCx/SiC多層薄膜,然后在氬氣保護下進行高溫退火處理,利用Ra

2、man散射譜、X射線衍射(XRD)譜、傅里葉紅外透射(FTIR)譜、原子力顯微鏡(AFM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、光致發(fā)光譜(PL)等檢測設備和技術系統(tǒng)地研究了制備工藝參數對Si1-xCx/SiC多層薄膜相結構、表面形貌、晶粒尺寸等微觀結構以及發(fā)光性能的影響,并在此基礎上探討了光致發(fā)光的發(fā)光機理。
　　 當濺射氣壓為0.6 Pa時,得到的Si1-xCx/SiC多層薄膜表面較平整、致密,粗糙度較小,薄膜質量較好。常溫下生長未退

3、火和較低退火溫度處理的薄膜的晶體結構仍然處于非晶相,當退火溫度升到某一溫度值時,非晶Si或SiC開始慢慢固相晶化,發(fā)生非晶態(tài)向納米晶相的轉變,逐漸形成了鑲嵌在SiC介質中的納米晶硅薄膜。但是退火溫度達到何值時才發(fā)生晶化,受到復合靶上的Si/SiC面積比的影響,增加復合靶上的Si/SiC面積比可以降低Si1-xCx/SiC多層薄膜中納米晶硅的晶化溫度。另外隨著退火溫度升高和復合靶上的Si/SiC面積比增加,鑲嵌在碳化硅介質中的納米晶硅平均

4、尺寸都逐漸增大,晶體的結晶質量也隨之提高。在退火或制備過程有氧原子吸收進來與未飽和的硅懸掛鍵相互擴散,隨著退火溫度升高,形成更多的Si-O鍵,有更多的未飽和硅懸掛鍵被氧鈍化。在室溫下觀察到了Si1-xCx/SiC多層薄膜的二個光致發(fā)光峰現象,隨著退火溫度升高和復合靶上Si/SiC面積比增加,二個光致發(fā)光峰都發(fā)生了明顯的紅移,但發(fā)光強度變化不一。我們用納米晶硅表面的缺陷輻射復合發(fā)光束解釋低能量發(fā)光峰,其發(fā)光機理歸結為Si1-xCx/SiC