纳米Si薄膜的结构及压阻效应

使用ＨＲＥＭ及ＳＴＭ技术检测了纳米Ｓｉ薄膜的微结构纳米Ｓｉ薄膜由大量的细微Ｓｉ晶粒以及大量的晶粒间界面区组成．这一特殊的结构造成纳米Ｓｉ薄膜具有较大的压阻效应及较高氢含量．本文分析讨论了薄膜微结构对其压阻效应的作用。

纳米硅薄膜界面结构的微观特征

对使用等离子体增强化学汽相沉积法（ＰＥＣＶＤ）制备的纳米硅薄膜（ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ），使用ＨＲＥＭ及ＳＴＭ技术观测了其显微结构，给出大量的界面结构图象．首次获得有关晶粒及界面区中原子的分布情况．使我们认识到ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ膜中界面区内的硅原子仍然是具有短程有序性并不是完全无序的．

对纳米硅薄膜高电导机制的探讨

使用超高真空PECVD薄膜沉积系统制备的纳米桂薄膜（nc－Si：H）具有高电导特性。为了探讨其导电机制，先使用K．Yoshida早期提出的两相无序结构有效电导模型分别对晶粒电导和界面电导进行了理论计算。指出，nc－Si：H股中高电导主要来自于细微晶粒的传导，界面可视之为非导体。另一方面，实验证实nc－Si：H股的电导率随平均品粒尺寸减少而增大，具有明显的小尺寸效应。文中首次提出，nc－Si：H膜的微晶粒具有异质结量子点（HQD）特性，并按此模型对nc－Si：H膜的电导率实验曲线进行了讨论。理论与实验结果符合得很好．又得出，硅薄膜结构在其晶态体积百分比Xc=0．30和0．70处呈现出两个明显的相变点。

纳米硅异质结二极管

在 p型单晶硅衬底上沉积一层掺磷 N+ 型纳米硅薄膜 ,形成 nc- Si∶ H/ c- Si构成的 N+ / p异质结构。文中报道了它的独特性能 :其反向击穿电压可达 75V,反向漏电流仅 n A量级 ,反向开关时间为 1.5ns,可望应用于微波波段。由其 I- V及 C- V特性初步分析了结的性质及电输运机制。

纳米硅薄膜结构分析

在常用的PECVD电容式耦合沉积系统中,使用高氢稀释硅烷为反应气氛,在r.f.+DC双重功率源激励下制备出具有纳米相结构的硅薄膜.使用HREM,Raman光散射,X射线衍射以及红外和紫外光谱分析手段广泛地检测了其结构特征.指出,纳米硅(nc-Si:H)薄膜由于具有一系列新的结构特征使它脱颖于熟知的 a-Si:H及 μc-Si:H范畴,从而显示出它自己的独特性能.

溅射钨薄膜热稳定性的研究

对使用磁控溅射法沉积的钨薄膜进行了热退火研究.指出,在低于300 ℃的退火温度范围内钨膜的结构和电学性质是不稳定的.

氢化非晶硅薄膜对C-MOS集成电路的钝化保护作用

本文指出,用α-Si∶H膜钝化CH 4081型中规模电路能明显地降低反向漏电流,使场开启电压提高;配对管开启电压匹配良好,从而使动态工作电压由5.0V下降到3.0V。半绝缘性α-Si∶H膜对外界干扰有屏蔽效果,可使C—MOS器件阈值电压的负漂移减小。研究了α-Si∶H钝化膜的抗高能粒子的辐照作用,仅2000～3000(?)厚的α-Si∶H膜能使CH4081电路的抗辐照能力由10^(10)e/cm^2提高到大于10^(12)e/cm^2(1.2MeV)。钝化后的C—MOS电路自然存放数年后,电路参数基本稳定。

纳米硅薄膜中的量子点特征

从电性和结构上论证了纳米硅薄膜中的细微晶粒(3～6 nm)具有量子点(Q.D)特征。在其电导曲线中呈现出随晶粒尺寸减而增大的小尺寸效应。使用薄层(～20nm厚)纳米硅膜制成了隧道二极管,已在液氮温区(≈77K)在其Ⅰ-Ⅴ及(?)-Ⅴ曲线上呈现出Coulomb台阶。对实验结果做了初步分析讨论。

纳米硅二极管的独特性能

摘要:使用PECVD薄膜淀积技术制成的纳米硅薄膜(nc-Si∶H)具有优异的性能。把纳米硅薄膜淀积在异型的单晶硅衬底上,制成了nc-Si/c-Si异质结二极管。研制成的纳米硅二极管具有许多优于传统硅二极管的独特性能。

纳米硅薄膜二极管中的共振隧穿现象

利用纳米硅薄膜中微晶粒的量子点（Ｑ．Ｄ）特征制成隧道二极管结构，在液氮温区（＜１００Ｋ）在其σＶ、ＩＶ及ＣＶ特性曲线上呈现出共振隧穿峰、库仑台阶和量子振荡现象。说明，对无序分布着的量子点阵列，只要其粒子尺寸足够小，同样会发生量子功能作用。估计了在室温范围呈现出这种量子功能作用的可能性。

纳米硅薄膜的电致发光和光致发光探索

自从多孔硅的光致发光被报道以来,引起人们的极大关注,这方面的研究得到很大的发展。关于其发光机理,文献[2～4]分别作了解释,目前还存在一定分歧,但人们已经普遍认为量子限制效应在起重要作用,同时表面态也有一定作用。另一方面,虽然多孔硅有很强的发光,但其发光稳定性却一直不能得到很好解决,而且多孔硅的制备为湿法工艺,与传统的硅平面工艺相差甚远,这给多孔硅的进一步发展和应用带来很大困难.Veprek等报道了对非晶硅进行高温下氧气氛中后退火处理,使非晶硅薄膜中形成小颗粒晶粒。

纳米半导体器件与纳米电子学

本文综述了微电子技术向纳米空间（＝１０－９米）的进展所必将引起的一系列新的变化及其在半导体领域中蕴酿的一场技术革命，同时还论述了这一场技术革命所具备的思想基础及其发展概况．

对氢化非晶硅薄膜Raman谱TA模的观测

对a-Si:H及μC-Si:H膜的Raman散射谱的观测中,出现了类TA 模强度高于类TO模的情况.在非晶硅薄膜晶化过程中,类TA模同样呈现出规则性的变化,并可同C-Si一级声子谱的TA模精细结构对应起来.说明通过分析类TA模精细结构的变化,同样可用来分析研究a-Si:H膜中结构变化及其晶化过程的规律.

沈文忠课题组研制出具有高电子迁移率的纳米硅薄膜

据1987年Phys.Rev.报道,纳米硅薄膜(nc-Si:H)是从上世纪80年代末兴起的一种新型人工功能纳米半导体材料.中国科学(A辑)记载,沈文忠课题组早在1992年已正式研制出来,指出它是一种具有高电导性、室温电导率高达10-1 Ω-1·cm-1,比本征单晶硅高出103倍.

纳米硅薄膜的应用前景

大家知道,纳米固体材料在当前急速发展的纳米科学与技术中占有突出的地位,它是一项面向21世纪的科学与技术,其发展具有广阔的应用前景。由于硅是当前最重要、产量最大、发展最快、用途最广泛的半导体材料。目前世界上95%以上的半导体器件是用硅做成的[1]。后来发展起来的非晶硅(α-Si)和微晶硅(μc-Si)薄膜又是研制太阳能电池、TFT薄膜晶体管以及在光敏、力敏、色敏等方面有着特殊的功能而受到重视。近些年,新兴起的纳米硅薄膜(nc-Si)由于其新颖的结构特征使它具有一系列不同于C-Si和α-Si的鲜为人知的物性。我国科学工作者自90年代以来已对纳米硅薄膜材料的制备工艺、微结构以及光电特性进行了较为系统的研究,认为它在纳米科技以及纳米电子学领域中已占有一席之地,且已引起人们的重视[2～4]。纳米硅薄膜是一种新兴人工功能半导体薄膜材料,我们认为利用业已发现的其新颖的物性有可能继续往应用方面开发。

力争促使纳米硅器件进入产业化

研究发现纳米晶硅（nc-Si：H）薄膜是一种具有实用前景的功能半导体材料。在研制成的纳米硅异质结二极管、薄膜太阳能电池以及灵敏传感中已显示出它的优异性能，具有进入产业化的前景和可行性。强调在纳米技术产业化的进程中企业应担负起重要角色，国家也应给其相应的政策支持。

纳米硅薄膜的Raman光谱

通过等离子增强化学气相沉积法 ,制备了本征和掺磷的氢化纳米硅薄膜 (nc- Si:H) ,研究了晶粒尺寸和掺杂浓度对纳米硅薄膜喇曼谱的影响 .结果表明晶粒变小和掺杂浓度增加都使纳米晶粒的 TO模峰位逐渐偏离声子限制模型的计算值 .X射线衍射和高分辨电镜像的结果表明晶粒变小导致硅晶粒应力增加 ,而掺杂使晶粒内部杂质和缺陷增多 ,这些因素破坏了晶粒内晶格的平移对称性 ,进一步减小声子的平均自由程 ,导致实验值偏离理论计算值 .晶格平移对称性的破缺还体现在 ,随晶粒尺寸减小或掺杂浓度增加 ,喇曼谱中 TA、LA振动模的相对散射强度增加 .

纳米硅薄膜分形凝聚模型

从分析纳米硅（ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ）薄膜生长过程的特点出发，提出与扩散限制凝聚（ＤＬＡ）模型不同的ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ薄膜分形凝聚模型：扩散与反应限制凝聚（ＤＲＬＡ）模型．获得的结果与实验结果符合得很好．ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ薄膜是利用等离子体增强气相淀积方法制备的．文中讨论了ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ薄膜的结构特点与分形凝聚之间的关系．

工艺条件对硼掺杂纳米硅薄膜微结构及力学性能的影响

采用射频和直流偏压(RF+DC)双重激励源,在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统中成功制备了掺硼纳米硅薄膜。改变衬底温度、射频功率和退火温度几个关键工艺参数,利用拉曼(Raman)谱仪、薄膜测厚仪和原子力显微镜(AFM)对掺硼纳米硅薄膜的微结构进行了分析;应用纳米压痕法研究了工艺条件对薄膜弹性模量及硬度等力学性能的影响关系。结果表明:薄膜晶态比、平均晶粒大小随着衬底温度的升高均有增大趋势;射频功率对提高薄膜生长速率存在最优值条件;退火对本征和掺硼薄膜表面形貌特征有较大影响,退火后掺硼薄膜表面粗糙度增大明显。薄膜弹性模量及硬度很大程度上受射频功率和后序处理条件的影响,退火使薄膜的力学性能有所提高。针对实验现象,从薄膜结构方面进行了相关的理论阐释。