Al、Cu、Ti誘導(dǎo)非晶硅薄膜晶化機(jī)制研究.pdf

1、基于金屬誘導(dǎo)非晶硅薄膜晶化法，采用磁控濺射技術(shù)制備了具有Si/M…Si/M周期結(jié)構(gòu)的Si/M多層薄膜，并對其進(jìn)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(jié)構(gòu)等進(jìn)行了研究。結(jié)合擴(kuò)散過程和晶體生長理論探討了fcc結(jié)構(gòu)的Al、Cu誘導(dǎo)硅薄膜晶化過程中層間界面處的原子擴(kuò)散與Si晶核形成及長大等動態(tài)晶化過程，歸納了其誘導(dǎo)非晶硅薄膜晶化的本質(zhì)規(guī)律；以hcp結(jié)構(gòu)的Ti和bcc結(jié)構(gòu)的Cr誘導(dǎo)非晶硅

2、薄膜晶化結(jié)果為旁證，揭示了金屬誘導(dǎo)非晶硅薄膜晶化過程的本質(zhì)機(jī)理。研究結(jié)果表明：
　　 1、金屬(Al、Cu)誘導(dǎo)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(yīng)生成銅硅化合物(Cu3Si)，且Si薄膜晶化后Si(111)晶面的衍射強(qiáng)度較大。金屬(Al、Cu)原子擴(kuò)散進(jìn)入Si層中，沿其原子濃度較小的方向向Si層中擴(kuò)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(dǎo)非晶硅薄膜晶化之后Si(111)晶面的衍射強(qiáng)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(nèi)擴(kuò)散至Si層的金屬(Al、Cu)原子量增加，其在Si層中的擴(kuò)散距離增大，誘導(dǎo)Si原子的形核量相應(yīng)增加；退火時間延長，擴(kuò)散到Si層中的金屬(Al、Cu)原子數(shù)量增多，其在Si層中的擴(kuò)散距離也增加，誘導(dǎo)形成的Si晶核數(shù)不斷增加，使硅薄膜晶化程度增強(qiáng)。
　　 3、經(jīng)過500℃退火2h，面心立方結(jié)構(gòu)的金屬Al，Cu誘導(dǎo)磁控濺射條件下制備的Si薄膜晶化之后為面心立方結(jié)構(gòu)；體心立方結(jié)構(gòu)的Cr和密排六方結(jié)構(gòu)的Ti在同等條