磁控溅射SiGe薄膜的制备工艺及性能研究

论文摘要

随着光电子技术和薄膜技术的共同发展,多晶硅锗薄膜日益受到研究者的重视,在光电集成、微电子以及薄膜太阳能电池等领域都渗透着硅锗薄膜的广泛应用,而且硅锗薄膜也已经进入到了人们的日常生活当中。多晶SiGe薄膜具有制备工艺简单,成本低廉,可以大面积生产,易于控制等特点。本论文采用直流溅射和射频溅射共同溅射SiGe薄膜,目的是得到质量均匀的优质薄膜,主要开展了以下几个方面的工作:1、系统阐述了多晶SiGe薄膜的优异性质,以及目前制备SiGe薄膜的主要方法——磁控溅射,用磁控溅射分别溅射Si、Ge,获得溅射Si、Ge的最佳参数,在此基础上,共同溅射SiGe多层复合薄膜。2、研究了溅射过程中溅射参数对薄膜的晶化和质量的影响。结果发现当衬底温度为500600℃时,薄膜的质量最佳,结晶度增加,晶粒直径大,而且表现出良好的择优生长特性;压强太低和太高,都不利于薄膜的优化生长。当压强为2.5Pa时,溅射速率适当,薄膜的质量及致密性最佳;加一定的偏压可以降低衬底温度,实现多晶薄膜的低温生长。当加偏压为20V时,可将衬底温度降到300℃,同样可得到晶界明显的多晶薄膜。3、研究了退火温度和时间对薄膜晶化及质量的影响。结果发现当退火温度为700℃时,薄膜质量的均匀性和致密性最佳;随着退火时间的增加,晶粒增大,粗糙度增加,SiGe膜层均匀性变差。4、通过改变溅射生长周期,研究发现SiGe薄膜的发光主要是由a-Si、Si纳米和Ge纳米晶粒间的缺陷引起的。当溅射周期为25时,晶界面最清晰,质量最优。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 硅锗薄膜的基本性质
• 1.1.1 SiGe 材料的基本性质
• 1.1.2 SiGe 薄膜的优异特性
• 1.2 硅锗薄膜制备方法的介绍
• 1.2.1 制备SiGe 薄膜的物理方法
• 1.2.2 制备SiGe 薄膜的化学方法
• 1.3 硅锗薄膜的国内外研究现状
• 1.3.1 SiGe/Si 异质结CMOS（HCMOS）的研究
• 1.3.2 SiGe HBT 的研究
• 1.3.3 SiGe 薄膜在太阳能电池方面的研究
• 1.4 本论文的研究背景及目的
• 第二章 磁控溅射硅锗薄膜的原理及性能测试方法
• 2.1 磁控溅射的溅射原理
• 2.1.1 磁控溅射的原理
• 2.1.2 磁控溅射的特点
• 2.1.3 磁控溅射的分类
• 2.1.4 磁控溅射的实验过程
• 2.2 硅锗薄膜的结构表征
• 2.2.1 X 射线衍射
• 2.2.2 原子力学显微镜（AFM）
• 2.2.3 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.2.4 拉曼光谱（Roman）
• 2.2.5 光致发光谱（PL）
• 第三章 磁控溅射的沉积工艺对硅锗薄膜结晶性能的影响
• 3.1 薄膜样品制备前的准备实验
• 3.1.1 实验仪器及器材
• 3.1.2 实验准备
• 3.1.3 磁控溅射硅、锗单层膜的研究
• 3.2 磁控溅射硅锗薄膜的性能参数的影响
• 3.2.1 衬底温度对硅锗薄膜晶化及性能的影响
• 3.2.2 压强对硅锗薄膜晶化及性能的影响
• 3.2.3 偏压对硅锗薄膜晶化及性能的影响
• 3.3 磁控溅射硅锗薄膜的能谱分析图
• 3.4 小结
• 第四章 退火温度及时间对硅锗薄膜性能的影响
• 4.1 样品的制备
• 4.2 退火温度对硅锗薄膜性质的影响
• 4.2.1 Roman 图谱分析
• 4.2.2 AFM 分析
• 4.3 退火时间对硅锗薄膜性质的影响
• 4.3.1 Roman 分析
• 4.3.2 SEM 形貌分析
• 4.4 小结
• 第五章 溅射不同周期硅锗薄膜的 PL 谱的研究
• 5.1 样品的制备
• 5.2 溅射不同周期硅锗薄膜的性能的影响
• 5.2.1 XRD 衍射图谱分析
• 5.2.2 SEM 形貌分析
• 5.2.3 PL 谱的分析
• 5.3 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
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