掺杂SiC薄膜的制备及性能研究

论文摘要

本论文采用射频磁控溅射和高温退火的方法成功制备了晶格完整性良好,表面均匀致密的SiC薄膜,并通过靶面贴片的方法制备了掺Mn,掺Co和Co、Mn共掺的SiC薄膜,然后进行光致发光（PL）谱的测试,通过XRD,FTIR,SEM,AFM等测试手段分析了薄膜的物相结构和表面形貌,并与光致发光的结果进行了对比研究。研究结果表明,射频磁控溅射是一种高速,便捷的制备SiC薄膜的方法,可以制备出晶格完整性良好,组织均匀致密的SiC薄膜。发现随着退火温度升高,薄膜表面越来越粗糙。掺入Mn或者Co或者共掺时,导致碳化硅晶格结构失稳并趋向混乱,使晶格发生畸变,使得6H-SiC（101）衍射峰强度均明显减弱,Si-C吸收谱变宽,Si-C键伸缩振动减弱,Si-O基团的振动增强。样品在室温条件下均呈现出强的紫光发射特性,样品发光谱的谱峰均位于414nm（3.0eV）,与6H-SiC的禁带宽度相对应。Mn大部分占据C位使得Si空位增多,使光荧光峰增强为未掺的1.3倍;Co大部分占据Si位使得Si空位减少,使峰强减弱为未掺的0.7倍。同比例Co、Mn共掺时,由于补偿效应峰强基本不变。由此表明414nm处的光荧光峰对应于光激发产生的电子从导带底到Si空位浅受主能级之间的辐射跃迁,其强度取决于Si空位的浓度。本文通过射频磁控溅射复合SiC靶材的方法制备了不同Si/C比的a-Si1-xCx薄膜,并对其光学性能进行了分析,尤其是光学带隙的变化及其机理方面的研究。研究结果表明,在石英玻璃衬底上制备的溅射态的SiC薄膜是均一的非晶碳化硅薄膜（a-Si1-xCx）。Si和C两种元素在薄膜中是均匀分布的。薄膜中的成键随着碳含量的改变而改变。不同C含量条件下薄膜中的Si-C键的形成情况受到薄膜中不同的Si,C原子的比例的影响,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,带负电的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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 SiC 发展历史、国内外研究现状
• 1.1.1 SiC 材料的发展史
• 1.1.2 SiC 材料的国内外研究现状
• 1.2 SiC 的晶体结构、特性及应用
• 1.2.1 SiC 的晶体结构
• 1.2.2 SiC 的物理和化学性质
• 1.2.3 SiC 的应用
• 1.3 SiC 材料的制备方法
• 1.3.1 物理气相沉积（PVD）
• 1.3.2 化学气相沉积法（CVD）
• 1.4 本文的研究思路和主要内容
• 第二章 薄膜的制备与表征
• 2.1 概述
• 2.2 溅射原理及其成膜方法
• 2.2.1 溅射镀膜
• 2.2.2 射频溅射原理
• 2.2.3 磁控溅射原理
• 2.2.4 射频磁控溅射技术的特点
• 2.3 实验材料与设备
• 2.3.1 实验原料
• 2.3.2 实验设备
• 2.4 样品的制备
• 2.4.1 基片的清洗
• 2.4.2 样品的溅射成膜
• 2.4.3 样品的退火处理
• 2.5 样品的基本表征方法
• 2.5.1 薄膜厚度的测量
• 2.5.2 X 射线衍射分析（XRD）
• 2.5.3 原子力显微镜（AFM）
• 2.5.4 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.5.5 傅立叶红外光谱仪（FTIR）
• 2.5.6 紫外-可见分光光度计
• 2.5.7 荧光光谱仪
• 第三章 掺MN 对 SIC 薄膜结构和光学性能的影响
• 3.1 SIC:MN 薄膜的结构和形貌
• 3.2 SIC:MN 薄膜的光学性能
• 3.3 本章小结
• 第四章 掺 CO 对SIC 薄膜结构和光学性能的影响
• 4.1 SIC:CO 薄膜的结构和形貌
• 4.2 SIC:CO 薄膜的光学性能
• 4.3 本章小结
• 第五章 CO、MN 共掺对SIC 薄膜结构和光学性能的影响
• 5.1 SIC:（MN,CO）薄膜的结构和形貌
• 5.2 SIC:（MN,CO）薄膜光学性能
• 5.3 本章小结
• 1-XC_X 光学性能的影响'>第六章 SI/C 比对A-SI_1-XC_X光学性能的影响
• 6.1 实验过程与方法
• 1-XC_X 薄膜的制备研究及SI-C 键的形成'>6.2 A-Si_1-XC_X 薄膜的制备研究及SI-C 键的形成
• 1-XC_X 薄膜的光学性能与成键关系研究'>6.3 A-Si_1-XC_X薄膜的光学性能与成键关系研究
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 研究总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录