铝诱导法制备多晶硅薄膜的膜层间结合力影响机制

摘要

目的分析铝诱导法制备多晶硅薄膜层间结合力大小的影响机制。方法采用磁控溅射分别制备Al/α-Si复合薄膜以及Al_(2)O_(3)/α-Si复合薄膜,使用划痕仪获取两样品膜层结合力,并进行对比。采用第一性原理计算,从原子间作用力的微观角度,分析Si原子在Al层和Al_(2)O_(3)层的最佳吸附位置、吸附过程中的电子转移情况以及电子态密度图。结果 Si附着于Al层的临界载荷高于Si附着于Al_(2)O_(3)层的临界载荷。Si在Al(001)表面的最佳吸附位点为位点2,在Al_(2)O_(3)(001)表面未发现最佳吸附点。Si在Al_(2)O_(3)(001)表面的不同吸附点位下的电子得失情况不同,Si吸附Al_(2)O_(3)层的效果弱于其吸附于Al层的效果。在Si吸附于Al层的过程中,Si/Al界面层存在着Al─Si金属键的连接作用,Si原子的3p轨道电子和Al原子的3s、3p轨道电子起到吸附作用,吸附后,Si原子3p轨道电子的电子态数量增多,说明吸附过程中发生了电子的转移,膜层间形成了硅化物。在Al_(2)O_(3)层吸附Si原子的过程中,不同的吸附点位上,Si的得失电子情况不同,部分Si离子与Al_(2)O_(3)中的Al离子同时呈现出金属性,金属离子键的作用力降低了Si离子与O离子形成共价键的可能,降低了Al_(2)O_(3)吸附Si的能力。结论 Si吸附于Al层的过程中,与Al形成了硅化物,进而提高了膜层间结合力。加入Al_(2)O_(3)中间过渡层后,Si的金属性降低了与O形成共价键的可能,因此加入Al_(2)O_(3)中间层后,将会降低膜层间结合力。