PECVD生长类金刚石薄膜的电学性质研究

摘要

类金刚石膜(Diamond—like carbon)，是一种非晶态的碳材料。由于具有许多同金刚石相近的性质，类金刚石膜技术已经在很多领域得到应用。掺杂的DLC膜作为一种半导体材料，其禁带宽度在1—4eV内可调，可以在太阳能电池、光电探测器等光电器件领域得到应用。在现有的DLC电学性质研究中，DLC与金属的接触采用Al，Au等金属，并假设DLC与金属的接触为欧姆接触，还没有发现证实Al，Au与DLC形成欧姆接触，或者探索其他金属与DLC之间接触性质的研究。 本文利用射频等离子体增强化学气相沉积(RP—PECVD)制备了类金刚石(DLC)薄膜，选用CH4为源气体，NH3或BH3作为掺杂气体源，在硅片和石英基底上生长了本征和多种掺杂的类金刚石薄膜材料。采用椭圆偏振、俄歇能谱、拉曼光谱、原子力显微镜、皮安静电计等多种结构和光电探测手段研究DLC材料的生长规律、材料结构、光电性质等特性。重点研究DLC本征和掺杂材料与Al、Au、Ni、Ti、Zr等多种金属接触的电学性质。在本征和掺杂DLC薄膜上镀上不同金属电极，形成MSM结构，测量Ⅰ—Ⅴ曲线，判断金属与DLC薄膜之间的接触类型；建立了一个简化的测量电路模型，并计算薄膜的电阻率。通过实验证明上述金属与DLC之间都形成欧姆接触。这个现象可以通过本征和参杂DLC材料的杂质能级月前导电的机理来解释。 本文旨在通过对类金刚石薄膜的生长、表征及电学性质的研究，了解DLC薄膜的导电机制，为进一步改变生长工艺实现DLC薄膜的有效掺杂打下基础。

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文摘

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第一章绪论

§1.1类金刚石薄膜的结构

§1.2类金刚石薄膜的发展与研究热点

§1.3类金刚石薄膜的制备方法

1.3.1物理气相沉积

1.3.2化学气相沉积

§1.4射频等离子体增强化学气相沉积

§1.5本文的主要研究内容

参考文献

第二章类金刚石薄膜的制备

§2.1实验装置

§2.2基底材料的选择及处理

§2.3仪器操作流程

§2.4掺氮DLC薄膜的生长

§2.5掺硼DLC薄膜的生长

§2.6样品的工艺条件及编号

参考文献

第三章薄膜的结构表征及性能

§3.1薄膜的表面形貌分析

§3.2生长速率

§3.3俄歇电子能谱

§3.4拉曼光谱

参考文献

第四章类金刚石薄膜的电学性质

§4.1半导体与金属的接触

§4.2 DLC薄膜与金属的接触

§4.3电极的实验制备

§4.4薄膜与金属接触的I-v特性

§4.5结果分析

参考文献

第五章研究工作总结与展望

硕士期间发表论文情况

致谢