SiCN薄膜的制备及其光学参数的研究

论文摘要

硅碳氮（SiCN）是一种新型的宽带隙半导体材料,光学特性优良,在光电子器件领域具有非常广阔的应用前景。不同Si、C、N元素含量的SiCN薄膜的带隙在2.86-5.00 eV范围内连续可调,非常有利于SiCN薄膜在发光二极管、半导体激光器等领域的应用。本文采用热丝化学气相沉积（HFCVD）法在硅、石英衬底上制备了SiCN薄膜。探索分析了所采用的制备工艺（SiH4／CH4／N2流量、衬底温度、反应室压强）对薄膜质量的影响,得到以石英为衬底的优化制备工艺参数为：钨丝温度2000℃、衬底温度950℃、钨丝距衬底的距离9 mm、SiH4、CH4和N2流量分别为1 SCCM、2 SCCM和6 SCCM,反应室压强6.5×102Pa。利用扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线衍射（XRD）、傅立叶转换红外线光谱（FT-IR）以及薄膜分析仪等检测手段分析了优化工艺条件下所制备的SiCN薄膜的表面形貌、结构以及光学参数,将薄膜的结晶相、微观结构、表面价态、表面键、薄膜成分等相关信息与薄膜分析仪所测试的薄膜的光学参数进行了对比分析。采用nkd8000e薄膜分析仪在350nm-2200nm波长范围内测量薄膜的透射率T、反射率R、消光系数k,并通过曲线拟合的方法高速、精确的拟合出薄膜的折射率n和厚度d,分析了不同工艺条件对薄膜光学参数的影响。结果表明,N2流量的增加和减小均使得薄膜的折射率减小。样品的折射率随波长的增大而逐渐降低。在仪器所涉及的紫外光波段,350-400nm的吸收曲线中消光系数很高,说明SiCN薄膜对紫外光则有很强的吸收性。进入可见光波段后,薄膜吸收光的能力逐渐减小,在600-2000nm维持在相当低的水平,说明所制备的SiCN薄膜对此波段光的吸收极低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 SiCN薄膜的研究背景
• 1.2 SiCN薄膜的特性
• 1.2.1 SiCN薄膜的光学性质
• 1.2.2 SiCN薄膜的机械性质
• 1.2.3 SiCN薄膜的电学性质
• 1.3 SiCN薄膜的理论
• 1.3.1 SiCN的理论模型
• 1.3.2 基于理论的实验
• 第二章 SiCN薄膜的制备
• 2.1 薄膜制备方法概述
• 2.1.1 物理制备方法
• 2.1.2 化学气相沉积
• 2.2 SiCN薄膜的制备
• 2.2.1 实验仪器及装置
• 2.2.2 SiCN薄膜的制备流程
• 2.3 HFCVD系统中SiCN薄膜生长的影响因子
• 2.3.1 衬底材料的选取及衬底的预处理
• 2.3.2 衬底材料在反应腔内的再处理
• 2.3.3 气源气体的选择
• 2.3.4 热源温度、衬底温度
• 2.3.5 反应腔压强
• 第三章 SiCN薄膜的表征
• 3.1 表征薄膜材料的设备
• 3.1.1 表面形貌—扫描电子显微镜和原子力显微镜
• 3.1.2 晶体结构—X射线衍射
• 3.1.3 微观组织和结构—透射电子显微镜
• 3.1.4 元素分析—X射线光电子能谱
• 3.1.5 分子的特征结构-傅立叶红外吸收光谱
• 3.2 SiCN薄膜表征
• 3.2.1 SiCN薄膜的表征
• 3.2.2 SiCN薄膜制备工艺及影响薄膜性能因素的探讨
• 第四章 SiCN薄膜的光学参数及分析
• 4.1 实验仪器
• 4.2 理论模型
• 4.3 测量数据及分析
• 4.3.1 N元素对薄膜光学参数的影响
• 4.3.2 Si元素对薄膜光学参数的影响
• 4.3.3 C元素对薄膜光学参数的影响
• 4.4 测量结果的小结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢