摻雜SiC薄膜的制備及性能研究.pdf

1、本論文采用射頻磁控濺射和高溫退火的方法成功制備了晶格完整性良好，表面均勻致密的SiC薄膜，并通過靶面貼片的方法制備了摻Mn，摻Co和Co、Mn共摻的SiC薄膜，然后進(jìn)行光致發(fā)光(PL)譜的測試，通過XRD，F(xiàn)TIR，SEM，AFM等測試手段分析了薄膜的物相結(jié)構(gòu)和表面形貌，并與光致發(fā)光的結(jié)果進(jìn)行了對比研究。 研究結(jié)果表明，射頻磁控濺射是一種高速，便捷的制備SiC薄膜的方法，可以制備出晶格完整性良好，組織均勻致密的SiC薄膜。發(fā)現(xiàn)隨

2、著退火溫度升高，薄膜表面越來越粗糙。摻入Mn或者Co或者共摻時(shí)，導(dǎo)致碳化硅晶格結(jié)構(gòu)失穩(wěn)并趨向混亂,使晶格發(fā)生畸變，使得6H-SiC（101）衍射峰強(qiáng)度均明顯減弱，Si-C吸收譜變寬，Si-C鍵伸縮振動減弱，Si-O基團(tuán)的振動增強(qiáng)。樣品在室溫條件下均呈現(xiàn)出強(qiáng)的紫光發(fā)射特性，樣品發(fā)光譜的譜峰均位于414nm（3.0eV），與6H-SiC的禁帶寬度相對應(yīng)。Mn大部分占據(jù)C位使得Si空位增多，使光熒光峰增強(qiáng)為未摻的1.3倍；Co大部分占據(jù)Si位

3、使得Si空位減少，使峰強(qiáng)減弱為未摻的0.7倍。同比例Co、Mn共摻時(shí)，由于補(bǔ)償效應(yīng)峰強(qiáng)基本不變。由此表明414nm處的光熒光峰對應(yīng)于光激發(fā)產(chǎn)生的電子從導(dǎo)帶底到Si空位淺受主能級之間的輻射躍遷，其強(qiáng)度取決于Si空位的濃度。 本文通過射頻磁控濺射復(fù)合SiC靶材的方法制備了不同Si/C比的a-Si1-xCx薄膜，并對其光學(xué)性能進(jìn)行了分析，尤其是光學(xué)帶隙的變化及其機(jī)理方面的研究。研究結(jié)果表明，在石英玻璃襯底上制備的濺射態(tài)的SiC薄膜是均

4、一的非晶碳化硅薄膜(a-Si1-xCx)。Si和C兩種元素在薄膜中是均勻分布的。薄膜中的成鍵隨著碳含量的改變而改變。不同C含量條件下薄膜中的Si-C鍵的形成情況受到薄膜中不同的Si,C原子的比例的影響，薄膜中原子半徑大的Si原子占主導(dǎo)地位時(shí)，包圍在原子半徑小的C原子周圍，帶正電的Si原子相互靠近而產(chǎn)生排斥力，形成的Si-C鍵不穩(wěn)定，從而不利于Si-C鍵的形成；而原子半徑小的C原子占主導(dǎo)地位時(shí)，帶負(fù)電的C原子包圍在原子半徑大的Si原子周圍