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《杭州电子科技大学》 2010年
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PLD低温制备富硅SiO_2薄膜及其应用

娄垚  
【摘要】: 硅是当前半导体IC工业的基础材料,由于其本身极好的电学、热学和化学稳定性,在过去几十年微电子领域的突飞猛进发展中起到了不可取代的巨大作用。富硅二氧化硅薄膜,由于其在可见光范围内的电致发光和光致发光的重要特性,作为集成化的硅光电器件的潜在材料而受到瞩目。SiO_2薄膜具有低损耗、低耗电的电学性能;高附着力、高硬度的机械性能;耐腐蚀、低吸水性的化学性能;高稳定性、低收缩性良好的热力性能,已经在集成电路、光电器件、包装材料等多个领域得到广泛应用。 本文利用激光脉冲沉积(PLD)系统,通过改变实验条件,制备了SiOx薄膜,利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、红外光谱(IR)、拉曼光谱(Raman)和原子力显微镜(AFM)等表征技术讨论了溅射功率、氧气流量、退火温度等工艺条件对薄膜的成分、形貌和颗粒大小的影响;然后制备了Cu/SiO_2/P-Si结构的平板电容,讨论了不同氧流量条件对其漏电流和C-V特性的影响;最后利用SiO_2薄膜的良好的机械、化学和热力性能,研究了SiO_2在玻璃基ZnO薄膜的缓冲层、柔性光电显示器件的衬底保护层和金属膜的抗腐蚀层方面的应用。 本文的实验结果表明:(1)利用PLD法低温制备了不同成分的SiOx薄膜。发现氧流量对SiOx的硅氧比(x=1.1-2)的变化有着直接影响(2)XRD、XPS、拉曼光谱分析证明:氧化硅薄膜中含有硅的成分,并根据XRD和拉曼光谱的测试结果,估算出薄膜中硅的平均颗粒大小分别为为6.8 nm和5.0nm,属于纳米硅的范围。(3)AFM测试表明:随着氧流量的增加(1-20sccm),SiO_2薄膜的表面粗糙度(RMS)明显减小,说明氧化硅的表面平整致密度随氧流量增加而变好(4)随着氧流量的增加(1-20sccm),Cu/SiO_2/P-Si平板电容的漏电流降低了一个数量级(10-4-10-5mA),说明氧化硅的表面平整致密度对于减小平板电容的漏电流有着重要影响。(5)测试结果表明缓冲层的加入提高了玻璃基ZnO薄膜结晶质量和电学性能;柔性衬底镀上SiO_2薄膜后,在不影响其透光性的前提下,起到了衬底保护层作用;SiO_2薄膜在金属膜的抗腐蚀层特别是抗酸性腐蚀层的方面效果良好。
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