硅基材料的制备及其性质研究

【摘要】：作为最重要的半导体材料，硅在微电子等领域具有不可替代的作用。随着科技的发展，硅基纳米材料和薄膜开始在超大规模集成电路、传感器、太阳能电池等领域发挥越来越广泛的作用，特别是在光电集成器件方面，由于可与传统微电子工艺兼容，因而具有广阔的应用前景。在本文中，分别研究了三种具有光电应用前景的材料：氮化硼(BN)纳米棒，纳米硅丝和氮化碳(CN_x)薄膜在硅基衬底上的生长及性质。 首先，利用等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)法在单晶硅片上生长了氮化硼(BN)材料。扫描电子显微(Scanning Electron Microscopy,SEM)图像、X射线能量色散谱(Energy Dispersive x-ray Spectrum，EDX)图和傅立叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)图表明，在一定的生长条件下氮化硼形成由纳米棒搭构而成的网络状结构。纳米棒的直径分布在几十到几百纳米范围，长度为微米量级。对这种特殊形貌的形成机理进行了探讨。 本文还利用一步热处理法和快速热处理法分别在预喷过金的硅衬底上成功生长了纳米硅丝。通过对硅基镀金样品不同温度、不同时间的热处理，发现经过1130℃，20mins和1150℃，10mins热处理后，样品表面分别生长出纳米硅丝(silicon nanowires，SiNWs)。由SEM图像可以看出，硅纳米丝的直径分布为20～250nm、长度分布从几到几十微米，而在其他生长条件下都没有观测到纳米硅丝的生成。另外，通过1150℃和1200℃下30s的快速热处理(Rapid Thermal Processing，RTP)，在镀金硅衬底上生长出SiNWs。由SEM图像和透射电子显微(Transmission Electron Microscopy,TEM)图像可以看出，纳米硅丝的直径分布为50～600nm，长度分布从几到几十微米。对上述两种热处理方法生长纳米硅丝的微观机理进行了探讨。 最后，本文在系统综述当前氮化碳薄膜研究进展的基础上，应用PECVD系统，制备了N／C原子比值较高的氮化碳薄膜；系统地研究了本实验仪器上氮化碳薄膜的最佳生长参数以及PECVD生长的氮化碳薄膜的性质；同时还考察了生长过 浙江大学硕士研究生毕业论文 程中衬底温度、气体种类和气体流量对薄膜生长的影响。