氢化微晶硅薄膜沉积的气相反应过程模拟

以SiH4和H2为反应气源,建立了等离子体增强化学气相沉积法制备氢化微晶硅(μc-Si:H)薄膜的气相反应模型,模拟了硅烷浓度、等离子体参数(如电子温度Te和电子密度ne)等对气相反应的影响.结果表明:SiH3是μc-Si:H薄膜的主要沉积前驱物;随着硅烷浓度增大,等离子体中SiH3等前驱物的浓度增大,而H原子的浓度快速下降,二者的浓度比(H/SiH3)随之降低;随着Te和ne的增大,H原子的浓度单调升高,SiH3等前驱物的浓度先增大然后趋于饱和,H/SiH3比值增大.     

CHF3等离子体刻蚀SiCOH低k薄膜的机理分析

通过对SiCOH低k薄膜刻蚀后的表面状态分析、等离子体空间活性基团分析,并通过调节刻蚀时的离子轰击能量,从实验上研究了碳氟等离子体刻蚀SiCOH低k薄膜的基本过程,发现刻蚀过程中SiCOH薄膜表面的C:F沉积、到达SiCOH薄膜表面的F原子密度以及传递到SiCOH薄膜表面的能量是决定SiCOH薄膜刻蚀的主要因素,符合Sankaran的碳氟等离子体刻蚀SiO2薄膜模型.在等离子体空间的CF2基团浓度较低、F基团浓度较高时,并且施加给待刻蚀薄膜的偏置功率较高时,SiCOH薄膜表面沉积的C:F薄膜层较薄,有利于等离子体空间的F基团和离子轰击薄膜的能量传递到SiCOH薄膜表面,从而使SiCOH薄膜表面的F、Si反应几率增大,实现SiCOH薄膜的有效刻蚀.     

氢化非晶氮化硅薄膜的光学特性研究

采用螺旋波等离子体增强化学气相沉积(HWP-CVD)技术以SiH4和N2为反应气体沉积了氮化硅(SiN)薄膜,利用傅里叶红外吸收谱(FTIR)、紫外-可见透射谱(UV-VIS)等对薄膜的键合结构、光学带隙等参量进行了测量与分析.结果表明,采用HWP-CVD技术能在较低的衬底温度下制备低H含量的SiN薄膜,所沉积的薄膜主要表现为Si-N键合结构.适当提高N2/SiH4比例将有利于薄膜中H含量的降低.     

常压射频等离子体沉积TiO_2纳米晶颗粒薄膜的气相反应影响因素分析

采用常压射频等离子体增强化学气相沉积法(AP-PECVD)制备了TiO_2纳米晶颗粒薄膜,研究了不同等离子体滞留时间下气相反应对沉积过程的影响.采用发射光谱(OES)测量拟合了等离子体的电子温度Te约为32 492.6K、离子温度Ti约为850K,采用热电偶(TC)在线测量等离子体外电极温度T约为662K;由于沉积所获样品为TiO_2锐铁矿晶型,认为等离子体气相温度为662~850K,主要受功率密度的影响.外加电压和电流的研究结果表明,放电形式为等离子体容性耦合辉光放电.采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼(Raman)等测量了沉积薄膜的形貌和结构,分析后发现:当反应气体在等离子体相滞留时间仅为27ns时,沉积的薄膜就开始出现明显的锐钛矿相TiO_2结晶结构,并均为粒径10nm左右的纳米颗粒组成的薄膜;同时随着滞留时间的增加,结晶度增加,薄膜的形貌由分离的纳米团簇变为由锐钛矿纳米颗粒连接的多孔均匀薄膜.研究结果对快速制备多孔锐钛矿TiO_2纳米晶颗粒薄膜有重要的指导意义.     

nc-Si:H薄膜的微结构特征与光学特性

利用射频等离子体增强型化学气相沉积(RF-PECVD)工艺,以SiH4和H2作为反应气体源,在玻璃和石英衬底上制备了氢化纳米晶硅(nc-Si:H)薄膜.采用Raman散射谱、原子力显微镜(AFM)、透射光谱方法对在不同衬底温度与不同H2稀释比条件下沉积生长薄膜的微结构和光学特性进行了实验研究.结果表明,nc-Si:H薄膜的晶粒尺寸为2.6～7.0nm和晶化率为45%～48%.在一定反应压强、衬底温度和射频功率下,随着H2稀释比的增加,薄膜的沉积速率降低,但晶化率和晶粒尺寸均有所增加,相应光学吸收系数增大.而在一定反应压强、射频功率和H2稀释比下,随着衬底温度的增加,沉积速率增加,薄膜晶化率提高.     

不同驱动电源下磁控溅射等离子体行为

磁控溅射驱动方式是影响其等离子体特征的重要因素之一,而等离子体行为最终影响所沉积薄膜结构和性能。磁控溅射过程中基体上产生的浮动电势与等离子体中电子能量分布有关,基体饱和电流则与等离子体的离子密度有关,可综合反映辉光放电系统等离子体状态。本实验分别采用射频、直流和脉冲直流电源溅射Mo粉末靶,改变靶基距,测量基体浮动电势及饱和电流,探讨溅射驱动方式对等离子体行为的影响。研究表明:靶功率增加,靶电压、电流均随靶功率增大,基体浮动电势基本保持不变,基体饱和电流增加,但电压增加率极小,而电流增加率较大。基体浮动电势绝对值随靶基距的增加而降低,即电子的能量分布随靶基距增加而降低。射频溅射产生的浮动电势明显小于直流和脉冲直流溅射的。直流溅射等离子体能量最高,射频溅射等离子体密度最大。     

纳米多孔硅基薄膜的常压等离子体化学气相沉积过程研究

采用常压等离子体化学气相沉积(APECVD)的方法制备了带有新颖结构和特殊蓝紫光(400 nm左右)发光特性的硅基薄膜.通过在自行研制的等离子体反应装置中通入按100:1:1的体积比进行配比的SiH<,4>:H<,2>: Ar混合气体进行APECVD,在加负偏压条件下获得了由Si基组成的絮状多孔纳米结构薄膜.通过等离子体发射光谱测定了沉积过程中的电子温度在2.2eV左右,扫描电子显微镜(SEM)观测薄膜表面形貌后肯定了偏压对薄膜纳米结构的形成起着重要的作用.     

N2/H2辉光放电等离子体电子碰撞电离的Monte Carlo模拟

采用N2/1-12直流辉光放电等离子体综合的Monte Carlo模型,通过计算N2/H2混合气体直流辉光放电等离子体电子碰撞电离及离解电离率,电子密度及电子能量分布函数,研究了H2的浓度对氮辉光放电等离子体电子碰撞电离过程的影响.研究结果表明:随着H2浓度的升高,电子的电离及离解电离碰撞率减少;但在一定的放电条件下,加入少量的H2,可以提高电子碰撞电离及离解电离率,即选取合适的放电参数,加入少量的氢,可以提高放电空间的电子及离子的密度.模型考虑了12种和电子相关的反应,在氮气中加氢的比例为0～30%.这些影响能通过放电中发生的碰撞过程及鞘层厚度的改变得到解释.研究结果为认识N2/H2混合气体辉光放电等离子体过程机理提供参考依据.     

沉积温度对氮化硅薄膜力学性能的影响

采用了等离子体增强化学气相沉积法(Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD),硅烷SiH4(用氮气N2稀释到12%)和纯氨气NH3作为反应气体在(100)硅片上生长氮化硅薄膜;采用表面轮廓仪(Dektak3 6M)测量氮化硅薄膜的残余应力;由XPS测得氮化硅薄膜的氮硅比。讨论沉积温度对氮化硅薄膜残余应力的影响,并分析其原因。     

PLD沉积DLC薄膜过程中碳等离子体的发射光谱特性

采用脉冲激光沉积方法,通过改变脉冲激光能量在单晶硅衬底上制备了类金刚石薄膜,利用椭圆偏振光谱和拉曼光谱对得到的薄膜进行测试,并对沉积过程中的碳等离子体发射光谱进行了研究。薄膜测试结果表明,随着脉冲激光能量的增大,薄膜sp^3成分增多。沉积过程中的碳等离子体发射光谱原位监测表明,随着脉冲激光能量的增大,C、C^＋、C^2＋粒子发射光谱强度增强,根据应力模型薄膜sp^3成分增多,与薄膜测试结果一致。并且发现C^＋粒子在形成sp^3键过程中起到了非常重要的作用。