PECVD制备a-SiC：H薄膜及激光退火研究

摘要

碳化硅(SiC)材料由于具有禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、电子迁移率高、临界击穿电场高、热导率高、介电常数小、化学稳定性好等优良的物理化学性质，成为制备高温、高频、大功率及抗辐照的半导体器件的优选材料。本文介绍了碳化硅薄膜的制备方法、实验测量及激光退火研究。 本文首先利用等离子增强化学气相沉积(PECVD)方法在P型Si(100)衬底上生长氢化非晶碳化硅(a-SiC:H)薄膜，制备的薄膜表面均匀平整，结构致密，且与衬底粘附性好。通过改变PECVD的淀积温度和射频功率这两个参数，来分析不同工艺条件对a-SiC:H薄膜的影响。研究表明提高淀积温度，可使薄膜生长速率降低，折射率增大，结晶度提高，氢含量降低；增大射频功率，可使薄膜生长速率提高，Si-C键增加，但薄膜折射率变化小，且氢含量也有所增加。此外，还发现薄膜的Si/C组分受淀积温度和射频功率的影响较小。 接着采用氟化氪(KrF)准分子脉冲激光对a-SiC:H薄膜进行激光退火。研究表明选用合适能量密度的激光退火能够实现a-SiC:H薄膜的结晶化和去氢化，且结晶度随着入射激光能量密度的增大而提高：当入射能量密度超过200mJ/cm2时，薄膜表面开始出现传质现象和表面波纹现象，激光退火使薄膜发生相变，结晶过程为液相结晶；当入射能量密度达到400mJ/cm2时，薄膜液相结晶过程显著加剧；经过一定脉冲数的激光退火后，增加脉冲数对薄膜结晶及去氢的作用较小，脉冲数对薄膜结晶化和去氢化的影响存在一个阈值。 通过比较激光退火和常规热退火，发现当薄膜较厚时，经过常规热退火后，薄膜损伤严重，而激光退火后的薄膜表面较为完整。激光退火时薄膜通过传质现象和表面波纹现象释放应力，表面损伤小于常规热退火。同时，激光退火实现了液相结晶过程，相对于常规热退火的固相结晶过程，能够更为有效地提高薄膜的结晶质量；但激光脉冲作用时间短，去氢化效果不如常规热退火。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

§1.1 SiC的基本性质

§1.1.1 SiC的结构特性

§1.1.2 SiC的技术特性

§1.1.3 SiC的电学特性

§1.2 a-SiC：H薄膜的特点

§1.3 a-SiC：H薄膜的制备方法

§1.4 a-SiC：H薄膜的研究现状

参考文献

第二章 实验设备及薄膜表征

§2.1薄膜的生长设备

§2.2薄膜的退火设备

§2.2.1激光退火

§2.2.2常规热退火

§2.3薄膜的表征

§2.3.1椭偏仪

§2.3.2金相显微镜

§2.3.3原子力显微镜(AFM)

§2.3.4扫描电子显微镜(SEM)

§2.3.5傅里叶变换红外吸收谱(FTIR)

§2.3.6 X射线衍射分析(XRD)

§2.3.7 X射线光电子谱(XPS)

参考文献

第三章 PECVD制备a-SiC：H薄膜

§3.1薄膜样品的制备

§3.1.1衬底的处理

§3.1.2薄膜生长工艺条件

§3.1.3主要的化学反应

§3.2不同温度生长薄膜的表征

§3.2.1扫描电子显微镜(SEM)

§3.2.2薄膜厚度及生长速率

§3.2.3薄膜折射率及光学带隙

§3.2.4傅立叶变换红外谱(FTIR)

§3.2.5 X射线衍射谱(XRD)

§3.3不同射频功率生长薄膜的表征

§3.3.1扫描电子显微镜(SEM)

§3.3.2薄膜厚度及生长速率

§3.3.3薄膜折射率及光学带隙

§3.3.4傅立叶变换红外谱(FTIR)

§3.3.5 X射线衍射谱(XRD)

§3.4本章小结

参考文献

第四章 a-SiC：H薄膜的激光退火

§4.1激光退火的研究意义

§4.2激光退火的原理

§4.2.1半导体对激光的吸收

§4.2.2半导体激光退火的两种基本模型

§4.3准分子激光原理及应用

§4.3.1准分子激光的原理

§4.3.2准分子激光的应用

§4.4不同能量密度下激光退火

§4.4.1金相显微图

§4.4.2扫描电子显微镜(SEM)

§4.4.3原子力显微镜(AFM)

§4.4.4 X射线衍射谱(XRD)

§4.4.5傅立叶变换红外谱(FTIR)

§4.5不同激光脉冲数下激光退火

§4.5.1傅立叶变换红外谱(FTIR)

§4.5.2 X射线衍射谱(XRD)

§4.6激光退火与常规热退火比较

§4.6.1金相显微图

§4.6.2傅立叶变换红外谱(FTIR)

§4.7本章小结

参考文献

第五章 工作总结与展望

§5.1工作总结

§5.2工作展望

附录 硕士期间发表论文

致谢