纳米硅/氮化硅薄膜微结构特性研究

论文摘要

本工作采用螺旋波增强等离子体化学气相沉积（HWP-CVD）技术制备了不同结构的纳米硅/氮化硅镶嵌复合薄膜,并主要关注热退火处理对镶嵌于氮化硅中纳米硅微观结构调整的研究。采用多种检测手段,对薄膜的表面形貌、键合结构、物相特征及能带特性等进行表征与分析,并重点对薄膜的微观结构特性进行了详细探讨,寻求纳米硅薄膜微结构调整与改善的条件。取得的主要结果如下：通过合理控制HWP-CVD的实验参量,实现了镶嵌在氮化硅中纳米硅薄膜的低温沉积。调整反应气体中的氢气稀释量,研究了氢气稀释对纳米硅/氮化硅薄膜微观结构和能带特性的调整作用。结果显示,合适的氢稀释量有利于薄膜中缺陷态密度的减小,以及薄膜有序度及纳米硅粒子晶化程度的提高。不同气氛（N2、FG--10%H2和90%N2、H2）下,800℃常规热退火处理使得薄膜缺陷态密度和结构无序增加；光学带隙减小；对薄膜的键合模式,尤其是与氢有关的键合模式具有较大的影响。800℃常规热退火对薄膜的微观结构起到一定调整作用,但未出现晶化迹象。快速光热退火处理的纳米硅/氮化硅薄膜的微观结构特性研究表明,快速光热退火能够在较低温度（700℃）下实现非晶纳米硅粒子的晶化；进一步的光致发光谱的研究结果发现,通过控制光热退火的温度和时间可以实现纳米硅/氮化硅薄膜不同波段的可调室温发光。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 纳米硅镶嵌结构薄膜研究进展
• 1.3 本论文的立论依据及内容
• 第2章 实验设计、设备及过程
• 2.1 实验设计
• 2.1.1 HWP-CVD沉积纳米硅/氮化硅薄膜及其微结构特性
• 2.1.2 常规热退火下纳米硅/氮化硅薄膜的微结构特性
• 2.1.3 快速光热退火下纳米硅/氮化硅薄膜的微结构特性
• 2.2 实验原理、设备及技术
• 2.2.1 螺旋波等离子体化学气相沉积
• 2.2.2 螺旋波增强等离子体化学气相沉积（HWP-CVD）设备
• 2.2.3 真空快速退火炉
• 2.2.4 快速光热退火设备
• 2.3 薄膜微结构特性分析技术
• 2.3.1 拉曼散射谱（Raman）
• 2.3.2 傅立叶变换红外光谱（FTIR）
• 2.3.3 原子力显微镜（AFM）
• 2.4 薄膜光学特性分析技术
• 2.4.1 光致发光光谱（PL）
• 2.4.2 紫外-可见吸收光谱（UV-VIS）
• 第3章 HWP-CVD沉积纳米硅/氮化硅薄膜及其微结构特性
• 3.1 不同沉积温度的纳米硅/氮化硅薄膜微结构及能带特性
• 3.1.1 薄膜的FTIR分析
• 3.1.2 薄膜的Raman谱分析
• 3.1.3 薄膜的光吸收谱分析
• 3.2 不同氢稀释量的纳米硅/氮化硅薄膜微结构及能带特性
• 3.2.1 薄膜的键合结构特性分析
• 3.2.2 不同氢稀释量样品的能带特性分析
• 3.2.3 不同氢稀释量样品的AFM形貌分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 常规热退火下纳米硅/氮化硅薄膜微结构特性
• 4.1 实验
• 4.2 实验结果及讨论
• 4.2.1 薄膜的键合特性
• 4.2.2 薄膜的Raman特性
• 4.2.3 薄膜的能带特性
• 4.3 本章小结
• 第5章 快速光热退火下纳米硅/氮化硅薄膜微结构特性
• 5.1 不同退火温度下薄膜微结构及光学特性分析
• 5.1.1 不同退火温度下薄膜的微结构分析
• 5.1.2 薄膜的能带特性分析
• 5.1.3 退火样品的光致发光谱
• 5.2 不同退火时间下薄膜微结构特性的分析
• 5.3 本章小结
• 结束语
• 参考文献
• 致谢