Al、Cu、Ti誘導非晶硅薄膜晶化機制研究.pdf

1、基于金屬誘導非晶硅薄膜晶化法，采用磁控濺射技術制備了具有Si/M…Si/M周期結構的Si/M多層薄膜，并對其進行了退火處理。利用X射線衍射儀和透射電子顯微鏡對退火前后Si/M多層薄膜的微觀形貌、物相組成、晶體結構等進行了研究。結合擴散過程和晶體生長理論探討了fcc結構的Al、Cu誘導硅薄膜晶化過程中層間界面處的原子擴散與Si晶核形成及長大等動態(tài)晶化過程，歸納了其誘導非晶硅薄膜晶化的本質規(guī)律；以hcp結構的Ti和bcc結構的Cr誘導非晶硅

2、薄膜晶化結果為旁證，揭示了金屬誘導非晶硅薄膜晶化過程的本質機理。研究結果表明：
　　 1、金屬(Al、Cu)誘導非晶硅薄膜晶化過程中，Al原子不與Si原子發(fā)生鍵合，而Cu原子與Si原子反應生成銅硅化合物(Cu3Si)，且Si薄膜晶化后Si(111)晶面的衍射強度較大。金屬(Al、Cu)原子擴散進入Si層中，沿其原子濃度較小的方向向Si層中擴散，在庫倫引力和Si晶格的畸變能作用下，在Si層中與Si原子發(fā)生置換(Al)或鍵合(Cu)

3、，形成置換固溶體(Al-Si)或銅硅化合物(Cu3Si)，使得Si原子脫離原來的平衡位置，首先在Si/M界面處沿自由能較低的晶面形成初始晶核，在Si晶核長大過程中，Si層中的Si原子優(yōu)先依附晶面自由能較低的晶面生長，而Si(111)晶面自由能最小，因此，金屬(Al、Cu)誘導非晶硅薄膜晶化之后Si(111)晶面的衍射強度較大。
　　 2、金屬(Al、Cu)層厚度增加和退火時間延長均有利于非晶硅薄膜晶化區(qū)域增加。金屬(Al、Cu)

4、層厚度增加，單位時間內擴散至Si層的金屬(Al、Cu)原子量增加，其在Si層中的擴散距離增大，誘導Si原子的形核量相應增加；退火時間延長，擴散到Si層中的金屬(Al、Cu)原子數(shù)量增多，其在Si層中的擴散距離也增加，誘導形成的Si晶核數(shù)不斷增加，使硅薄膜晶化程度增強。
　　 3、經過500℃退火2h，面心立方結構的金屬Al，Cu誘導磁控濺射條件下制備的Si薄膜晶化之后為面心立方結構；體心立方結構的Cr和密排六方結構的Ti在同等條