常壓等離子體化學(xué)氣相沉積制備納米多孔硅基薄膜的過(guò)程和特性研究.pdf_第1頁(yè)
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1、本文中主要闡述了通過(guò)常壓介質(zhì)阻擋放電等離子體化學(xué)氣相沉積(APECVD)方法,利用硅烷(SiH4)為硅源,與氬氣(Ar)、氫氣(H2)按照一定配比混合,在不同的反應(yīng)條件下進(jìn)行氣相沉積反應(yīng),并通過(guò)引入脈沖負(fù)偏壓調(diào)節(jié)薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、形態(tài)和性能,制備了帶有新穎結(jié)構(gòu)和特殊藍(lán)紫光發(fā)光特性的硅基薄膜。 本實(shí)驗(yàn)中所采用的實(shí)驗(yàn)裝置為自行設(shè)計(jì)組裝的常壓介質(zhì)阻擋放電裝置,并配合以混合氣路。該P(yáng)ECVD在制備薄膜上有著:放電形式簡(jiǎn)單,設(shè)備成本較之低氣

2、壓等離子體設(shè)備大大降低;自行設(shè)計(jì)的交叉梳狀式立體電極,耗能較低,并且產(chǎn)生的等離子體區(qū)域穩(wěn)定均勻,所形成的氣體通道利于反應(yīng)氣體充分均勻反應(yīng),達(dá)到較優(yōu)的沉積效果。本常壓等離子體介質(zhì)阻擋放電為干法制備,更為符合光電子器件領(lǐng)域的要求,優(yōu)于傳統(tǒng)的電化學(xué)等眾多濕法制備多孔硅的方法。 在對(duì)介質(zhì)阻擋放電參量進(jìn)行的測(cè)定及分析的基礎(chǔ)上對(duì)PECVD的等離子體薄膜制備過(guò)程進(jìn)行了探討。整個(gè)實(shí)驗(yàn)中,介質(zhì)阻擋放電頻率在30-40kHZ范圍,電壓值在6-12k

3、V范圍,放電功率值在2.6-4.0W范圍。通過(guò)介質(zhì)阻擋放電發(fā)射光譜與放電條件的關(guān)系,并對(duì)電子溫度的加以測(cè)量計(jì)算,從機(jī)理上分析了放電條件和多孔硅基薄膜的沉積過(guò)程的關(guān)系。并且根據(jù)SiH4分子因受電子碰撞發(fā)生離解過(guò)程所需的能量不同,可以推算出本實(shí)驗(yàn)方法產(chǎn)生的硅烷與氬等離子體中,硅烷有不同程度的裂解。 對(duì)本法制備的硅基薄膜進(jìn)行了表征。通過(guò)SEM測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)了硅烷流量和襯底偏壓對(duì)薄膜的表面形貌的形成都有著直接的影響。發(fā)現(xiàn)Ar:H2:SiH

4、4=7.5L/min:30ml/min:15ml/min下大大減少了團(tuán)聚情況,薄膜更為均勻。并且隨著偏壓的引入,使得硅基薄膜的表面形態(tài)和結(jié)構(gòu)由顆粒團(tuán)聚轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米絮狀多孔結(jié)構(gòu),并且隨著偏壓的增加,硅線尺度逐漸變小,并且多孔結(jié)構(gòu)越加明顯。采用了正電子湮沒(méi)技術(shù)對(duì)多孔硅基薄膜進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)在偏壓條件下,較好地減少了缺陷類型,并可近似地認(rèn)為只有一種缺陷類型,消除了不少點(diǎn)缺陷類型,為制備較高質(zhì)量的硅基薄膜提供了重要的作用。同時(shí)通過(guò)對(duì)其S參數(shù)的分析

5、證實(shí)了薄膜呈現(xiàn)出來(lái)明顯的多孔結(jié)構(gòu),并且孔隙較大,這與SEM觀測(cè)結(jié)果完全符合。EDS對(duì)其化學(xué)成分進(jìn)行了證實(shí),同時(shí)通過(guò)FTIR指認(rèn)了紅外特征峰,并研究了放電功率以及偏壓對(duì)紅外譜的影響,結(jié)果表明,薄膜存在Si—O—Si結(jié)構(gòu),且隨放電功率增加,Si—O—Si特征峰強(qiáng)度增大。通過(guò)XPS我們確定了該硅基薄膜中含有的三種主要的不同價(jià)態(tài)的硅,分別為Si0,Si2+和Si3+,其中Si2+的百分比含量最高,其次是Si3+。 對(duì)納米多孔硅基薄膜的光

6、致熒光進(jìn)行了分析。發(fā)現(xiàn),該多孔硅基薄膜的光致發(fā)光的譜線帶主要集中與藍(lán)紫光區(qū),主峰值在400nm附近,并且峰較窄,從430nm起存有較明顯的寬峰譜帶,據(jù)此判斷,此光致熒光現(xiàn)象有多種不同產(chǎn)生機(jī)理同時(shí)存在。對(duì)發(fā)光譜圖進(jìn)行了高斯擬合分峰。結(jié)果發(fā)現(xiàn),該光致發(fā)光譜基本上可以用峰位在3.15eV(393nm),2.71eV(457nm)和2.31eV(535nm)的三條高斯曲線完美擬合,表征了該薄膜可能存在若干種發(fā)光機(jī)制。對(duì)應(yīng)于SEM的表面結(jié)構(gòu)的結(jié)果

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