纳米多晶Si薄膜的热壁LPCVD淀积与结构特性研究

摘要

本工作采用低压化学气相淀积(LPCVD)技术，在SiO2表面上成功地制备了纳米晶粒多晶Si薄膜。研究了淀积时间、衬底温度、反应气体压强和硅烷(SiH4)浓度等工艺参数，对LPCVD沉积生长纳米晶粒多晶Si薄膜的影响，获得了制备最小晶粒尺寸和薄膜厚度的典型实验条件。采用热退火工艺，研究了退火温度和退火时间对纳米多晶Si薄膜结构特征的影响。利用α台阶仪、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和拉曼光谱(Raman)等多种技术手段，对热退火前后薄膜的生长速率和结构特征进行了表征分析。初步探讨了硼(B)掺杂α-Si薄膜固相晶化(SPC)的过程，以及重掺杂纳米晶粒多晶Si薄膜的电导特性。实验结果指出，利用LPCVD技术不仅能够制备出纳米晶粒的多晶Si薄膜，而且还可以通过改变工艺参数实现晶粒尺寸的可控生长。另外实验还证实，较低的退火温度和较短的退火时间，不仅可以使Si晶粒尺寸保持在纳米尺度范围，而且还使其密度分布更加均匀。重掺杂纳米多晶Si薄膜的晶粒尺寸，随退火温度的升高和退火时间的增加而变大，而电阻率值则趋于饱和，这是由B元素在多晶Si薄膜中的固体溶解度和激活率的限制所引起。

目录

文摘

英文文摘

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第1章引言

1.1多晶Si薄膜的研究历史

1.2多晶Si薄膜的重要应用

1.3纳米多晶Si薄膜的应用及研究现状

1.4纳米多晶Si薄膜的制备方法

1.5本研究采取的方法和研究意义

第2章实验方法

2.1实验装置

2.1.1 LPCVD实验装置

2.1.2热退火装置

2.2实验条件

2.2.1本征纳米多晶Si薄膜的制备

2.2.2掺杂纳米多晶Si薄膜的制备

2.2.3热退火的实验条件

2.3纳米多晶Si薄膜的结构表征

2.3.1扫描电子显微镜

2.3.2原子力显微镜

2.3.3拉曼散射

2.3.4 α台阶仪

2.4薄层电阻Rs的测量

第3章纳米多晶Si薄膜的生长速率

3.1纳米多晶Si薄膜淀积的动力学

3.1.1多晶Si薄膜沉积过程

3.1.2 SiH4的低压化学气相淀积动力学

3.2纳米多晶Si薄膜的生长速率

3.2.1薄膜生长速率与淀积温度的关系

3.2.2薄膜生长速率与SiH4浓度的关系

3.2.3薄膜生长速率与混合气体总压强的关系

第4章纳米多晶Si薄膜的结构特征

4.1纳米多晶Si薄膜形成的机理

4.2工艺条件对纳米多晶Si薄膜形成的影响

4.2.1淀积时间

4.2.2淀积温度

4.2.3 SiH4浓度

4.2.4反应气体压强

4.3热退火对纳米多晶Si薄膜的影响

4.3.1退火温度

4.3.2退火时间

第5章掺杂纳米多晶Si薄膜的结构和电导特性

5.1掺杂对纳米多晶Si薄膜沉积速率的影响

5.2掺杂对纳米多晶Si薄膜结构特征的影响

5.2.1硼掺杂α-Si薄膜的固相晶化(SPC)

5.2.2硼掺杂纳米多晶Si薄膜的热退火特性

5.3掺杂纳米多晶Si薄膜的电导特性

5.3.1影响多晶Si薄膜电导性能的因素

5.3.2掺杂浓度对纳米多晶Si薄膜的电导特性的影响

5.3.3退火时间和温度对纳米多晶Si薄膜的电导特性的影响

第6章结束语

参考文献

致谢

硕士研究生在读期间发表的论文