氮化硅薄膜及多層膜的光性能研究.pdf

1、硅由于性能優(yōu)異且技術(shù)成熟,已經(jīng)成為了電子工業(yè)中最重要的半導(dǎo)體材料,并廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。以它們?yōu)榛A(chǔ)研發(fā)的器件已經(jīng)進(jìn)入并改善著人們的生活。多孔硅的可見光光致發(fā)光,徹底激發(fā)了研究者探索高效硅基發(fā)光材料的興趣。作為一個在電子和光電器件方面很有發(fā)展?jié)摿Φ牟牧?氮化硅表現(xiàn)出良好的化學(xué)穩(wěn)定性、高溫?zé)岱€(wěn)定性、抗熱震性、電絕緣性和硬質(zhì)性。此外,氮化硅在太陽能電池表面鈍化及減反材料方面也有廣泛的應(yīng)用。氮化硅因其優(yōu)良的特性而得到廣泛應(yīng)用,目前不少學(xué)者對該

2、材料進(jìn)行了細(xì)致而深入的研究,特別是對于SiNx體系納米薄膜的制備及其光學(xué)性質(zhì)的研究已取得不少有意義的結(jié)果。目前,對于SiNx薄膜的一些物理特性和機(jī)制還未完全認(rèn)清,因此對其還有大量的研究工作需要進(jìn)行。本論文主要包括以下兩個方面工作:1、研究不同N含量的SiNx薄膜在高溫退火條件下的發(fā)光特性。采用超高真空多功能磁控濺射系統(tǒng),以高純Si作為靶材,高純N,和Ar為反應(yīng)濺射氣體,在不同氮?dú)饬髁勘鹊臈l件下進(jìn)行SiNx薄膜制各。在沉積SiNx之前,在

3、Si(100)襯底上生長了一層SO2緩沖層。為了提高其光學(xué)性質(zhì),制備好樣品后,在有N2保護(hù)的管式退火爐中進(jìn)行退火處理,用800℃的溫度退火20min。利用室溫光致發(fā)光光譜(PL)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、掃描電鏡(SEM)及X射線光電子能譜(XPS)對SiNx薄膜的性質(zhì)進(jìn)行表征。分析認(rèn)為,SiNx薄膜的PL是由光生載流子引起的,它們在富硅的SiNx中產(chǎn)生的,轉(zhuǎn)移到氧化硅中復(fù)合而發(fā)光。氮?dú)饬髁縉=3.2的樣品的PL最強(qiáng),通過SEM

4、發(fā)現(xiàn)其微粒是最小的,可見量子尺寸效應(yīng)有助于PL的增強(qiáng)。組份和結(jié)構(gòu)分析證明了SiNx薄膜中強(qiáng)烈的PL與Si-N跟Si-O鍵的含量有關(guān),充足的氧和適度的氮能有效增強(qiáng)光致發(fā)光。
　　 2、應(yīng)用K-P模型,我們建立了Si/SiNx超晶格的能帶模型,并計(jì)算了其能帶結(jié)構(gòu)。結(jié)合實(shí)驗(yàn)分析了各層膜的厚度與能帶結(jié)構(gòu)及有效質(zhì)量之間的關(guān)系。結(jié)果表明,適當(dāng)增加各層膜的厚度使得納米Si薄膜的帶隙有減小的趨勢。在Si/SiNx超晶格系統(tǒng)中,可以通過控制各層膜