氮化硅薄膜的光吸收及光致发光性质研究

摘要

氮化硅薄膜是一种多功能材料，在许多领域有着广泛的运用：在微电子材料及器件生产中，氮化硅作为钝化膜、绝缘层和扩散掩膜；在硅基太阳能电池中，氮化硅用作钝化膜和减反射膜；在硅基发光材料中作为硅纳米团簇的包埋母体等等。 本文在系统综述氮化硅薄膜的性质、应用及多种制备方法的基础上，应用射频磁控溅射系统，以氩气和氮气为气源，控制氩气流量为16sccm，溅射功率为100W，衬底温度为100℃下分别在硅衬底和玻璃衬底上，在不同氮气流量下制备了氮化硅薄膜，研究了氮气流量对氮化硅薄膜性质的影响。通过红外光吸收(FTIR)分析，X射线衍射(XRD)分析，紫外一可见光透射谱(UV—VIS)，室温光致发光谱(PL)和光致发光激发谱(PLE)等多种检测手段，对薄膜材料的微观结构和光学特性进行了表征和分析，结果如下： (1)Ar/N<,2>比对氮化硅薄膜特性有显著的影响，薄膜的光学带隙随Ar/N<,2>的增加而减小，在可见光范围内薄膜样品具有很高的透过性。 (2)在a-SiNx薄膜的透射谱中出现了基本吸收区，吸收边出现了类似于非晶硅的次带吸收，并将此结果归因于硅颗粒表面的硅悬键。 (3)在可见光范围内薄膜有很好的光致发光性质。在381nm波长光的激发下，SiNx薄膜的主要发光峰位位于520nm(2.38eV)，553nm(2.24 eV)，573nm(2.16eV)，587nm(2.11ev)和627nm(1.98eV)。本文提出了氮化硅薄膜光致发光的能隙态模型，并用此模型解释了氮化硅薄膜光致发光的原理。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

§1.1薄膜材料简介

§1.2氮化硅薄膜简述

§1.3研究氮化硅薄膜的意义

§1.4氮化硅薄膜材料的应用

§1.4.1氮化硅在功能材料中的应用

§1.4.2氮化硅薄膜在微电子领域中的主要用途

§1.4.3氮化硅薄膜材料在IC(集成电路)中的应用

§1.4.4氮化硅在量子器件的应用

§1.4.5氮化硅在光电子领域中的应用

§1.5本论文的研究思路和主要内容

参考文献

第二章氮化硅结构、基本性质及主要制备方法

§2.1氮化硅的晶体结构

§2.2氮化硅的基本性质

§2.2.1物理性质

§2.2.2氮化硅的热学性质

§2.2.3氮化硅的机械性能

§2.3氮化硅薄膜的主要制备方法

§2.3.1化学反应法

§2.3.2化学气相沉积法(CVD)

§2.3.3物理气相沉积((PVD)法

§2.4杂质对氮化硅膜形成的影响

参考文献

第三章氮化硅(SiNx)薄膜的磁控溅射制备及表征

§3.1磁控溅射的基本原理

§3.2磁控溅射镀膜技术

§3.3不同含氮量氮化硅薄膜的制备

§3.3.1实验装置

§3.3.2实验工艺与分析方法

§3.3.3 氮化硅薄膜的XRD分析

§3.3.4 氮化硅薄膜样品的FTIR谱及其分析

参考文献

第四章SiNx薄膜的光吸收特性研究

§4.1引言

§4.2光吸收边的确定

§4.3紫外-可见光谱

§4.3.1 SiNx薄膜的光吸收谱和透射谱

§4.3.2 SiNx薄膜的光学带隙估算

参考文献

第五章SiNx薄膜的光致发光特性研究

§5.1固体的发光

§5.2光致发光原理

§5.3 SiNx薄膜的光致发光

§5.3.1引言

§5.3.2 SiNx薄膜光致发光的实验结果与讨论

§5.3.3 SiNx薄膜的光致发光激发谱(PLE)

§5.3.4氮化硅薄膜能隙态模型分析

参考文献

第六章总结

致谢

附录