PECVD法制备纳米硅薄膜及其研究

论文摘要

纳米硅薄膜（nc-Si：H）是一个由纳米尺度的Si晶粒组成的薄膜。它的结构和物性既与其它硅材料有密切的联系，又显示出一系列低维半导体的特性。本文着重研究了nc-Si：H薄膜的制造、表征及其所具有的一系列特性。在本文中详细的论述了PECVD法制作纳米硅薄膜的原理和过程，深刻剖析了PECVD仪器各部分的工作原理并进行了图示。实验选用的气体为纯SiH4气体，采用PECVD方法，在处理后的硅片上制备了纳米硅薄膜，并对制备的薄膜进行了退火处理。优化后的制备纳米硅薄膜的工艺条件：衬底温度为600℃；气体流量为1.9sccm；射频13.56MHz；电源功率为50W；背景真空度为5.0×10-4Pa；沉积气压100Pa；极板间距为20mm；沉积时间30min；退火温度700℃。本文详细的描述了薄膜的成膜机理，并对制造的薄膜进行了表征。本文还对纳米硅薄膜所具有的一系列特性进行了研究。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 纳米技术的概念
• 1.1.2 纳米材料的定义
• 1.2 国内外研究动态综述
• 1.2.1 国外研究情况
• 1.2.2 我国在此方面取得的成果
• 1.3 纳米硅薄膜与PECVD法综述
• 1.3.1 纳米硅薄膜（nc-Si:H）
• 1.3.2 纳米硅薄膜的优点
• 1.3.3 纳米硅薄膜的应用
• 1.3.4 等离子体增强化学气相沉积（PECVD）
• 1.4 表征分析过程
• 1.4.1 表面状况分析
• 1.4.2 X射线衍射
• 1.4.3 Raman（喇曼）光谱
• 1.4.4 红外光谱观测
• 1.5 本论文选题意义和主要工作
• 本章小结
• 第2章 纳米硅薄膜的制备和沉积机理分析
• 2.1 概述
• 2.2 PECVD设备及其工作原理
• 2.2.1 PECVD实验装置
• 2.2.2 PECVD系统各部分工作原理
• 2.2.3 等离子辉光放电的基本原理
• 2.2.4 PECVD基本原理
• 2.2.4.1 PECVD淀积动力学过程
• 2.2.4.2 影响PECVD淀积的因素
• 2.3 实验过程
• 2.3.1 硅片选取
• 2.3.2 气体选取
• 2.3.3 薄膜沉积
• 2.3.3.1 沉积条件
• 2.3.3.2 沉积机理分析
• 2.4 薄膜的形成机理分析
• 2.4.1 薄膜的生长方式
• 2.4.1.1 成核阶段
• 2.4.1.2 小岛阶段
• 2.4.1.3 网络阶段
• 2.4.1.4 形成连续薄膜
• 2.4.1.5 退火处理
• 2.5 沉积条件对薄膜生长的影响
• 2.5.1 衬底温度的影响
• 2.5.2 退火温度的影响
• 2.5.3 射频功率的影响
• 本章小结
• 第3章 纳米硅薄膜的表征
• 3.1 表面形貌分析
• 3.1.1 原子力显微镜分析
• 3.2 结构分析
• 3.2.1 Raman谱表征
• 3.2.1.1 Raman光谱原理
• 3.2.1.2 数据观测
• 3.2.2 X射线衍射分析（XRD）
• 3.2.2.1 X射线衍射原理
• 3.2.2.2 数据观测
• 3.3 另外几种常见的结构分析方法
• 3.3.1 红外光谱分析（FT-IR）
• 3.3.2 紫外--可见光谱（cuv—vis）分析
• 本章小结
• 第4章 纳米硅薄膜的特性研究和应用
• 4.1 纳米硅薄膜的电学特性
• 4.1.1 量子输运特性
• 4.1.2 量子输运特性的应用
• 4.1.3 纳米硅薄膜的电阻的测量
• 4.1.3.1 刻蚀电阻条测量电阻
• 4.1.3.2 测量数据
• 4.2 光致发光特性
• 4.2.1 光致发光机理
• 4.2.2 纳米硅薄膜光致发光的应用
• 4.3 压阻效应
• 4.3.1 压阻效应的测量原理
• 4.3.2 压阻效应的应用
• 本章小结
• 实验结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文