鑲嵌在SiC介質(zhì)中的納米晶硅薄膜結(jié)構(gòu)與光致發(fā)光研究.pdf

1、納米晶硅由于其新穎的納米結(jié)構(gòu)特征使它具有不同于單晶硅和非晶硅的結(jié)構(gòu)、光學(xué)以及光電性能,使它在硅基光電子器件和第三代太陽能電池等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。在綜合評述了納米晶硅薄膜材料研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上,本文詳細(xì)介紹了鑲嵌在SiC介質(zhì)中納米晶硅薄膜的制備方法、實驗設(shè)計、薄膜微觀結(jié)構(gòu)和光致發(fā)光特性的測量結(jié)果。采用磁控濺射共沉積技術(shù)在單晶硅(111)襯底上制備了不同工藝參數(shù)的Si1-xCx/SiC多層薄膜,然后在氬氣保護(hù)下進(jìn)行高溫退火處理,利用Ra

2、man散射譜、X射線衍射(XRD)譜、傅里葉紅外透射(FTIR)譜、原子力顯微鏡(AFM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、光致發(fā)光譜(PL)等檢測設(shè)備和技術(shù)系統(tǒng)地研究了制備工藝參數(shù)對Si1-xCx/SiC多層薄膜相結(jié)構(gòu)、表面形貌、晶粒尺寸等微觀結(jié)構(gòu)以及發(fā)光性能的影響,并在此基礎(chǔ)上探討了光致發(fā)光的發(fā)光機(jī)理。
　　 當(dāng)濺射氣壓為0.6 Pa時,得到的Si1-xCx/SiC多層薄膜表面較平整、致密,粗糙度較小,薄膜質(zhì)量較好。常溫下生長未退

3、火和較低退火溫度處理的薄膜的晶體結(jié)構(gòu)仍然處于非晶相,當(dāng)退火溫度升到某一溫度值時,非晶Si或SiC開始慢慢固相晶化,發(fā)生非晶態(tài)向納米晶相的轉(zhuǎn)變,逐漸形成了鑲嵌在SiC介質(zhì)中的納米晶硅薄膜。但是退火溫度達(dá)到何值時才發(fā)生晶化,受到復(fù)合靶上的Si/SiC面積比的影響,增加復(fù)合靶上的Si/SiC面積比可以降低Si1-xCx/SiC多層薄膜中納米晶硅的晶化溫度。另外隨著退火溫度升高和復(fù)合靶上的Si/SiC面積比增加,鑲嵌在碳化硅介質(zhì)中的納米晶硅平均

4、尺寸都逐漸增大,晶體的結(jié)晶質(zhì)量也隨之提高。在退火或制備過程有氧原子吸收進(jìn)來與未飽和的硅懸掛鍵相互擴(kuò)散,隨著退火溫度升高,形成更多的Si-O鍵,有更多的未飽和硅懸掛鍵被氧鈍化。在室溫下觀察到了Si1-xCx/SiC多層薄膜的二個光致發(fā)光峰現(xiàn)象,隨著退火溫度升高和復(fù)合靶上Si/SiC面積比增加,二個光致發(fā)光峰都發(fā)生了明顯的紅移,但發(fā)光強(qiáng)度變化不一。我們用納米晶硅表面的缺陷輻射復(fù)合發(fā)光束解釋低能量發(fā)光峰,其發(fā)光機(jī)理歸結(jié)為Si1-xCx/SiC