环境友好半导体β-FeSi2薄膜的制备方法研究

分析了制备和热处理过程中薄膜沉积方法和沉积条件、沉积速率、薄膜厚度、热处理方法和热处理条件等因素对β-FeSi2相的形成的影响，结果表明，影响β-FeSi2相形成的决定性因素是热处理的温度和时间，此外薄膜的沉积方法和薄膜厚度对β-FeSi2相也有重要的影响。

热处理对环境半导体材料β-FeSi_2形成的影响

作者对采用非质量分离离子束注入沉积法(IBD)在Si(100)上制备的β-FeSi2薄膜进行了研究,通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)以及原子力显微镜(AFM)分析表明:当退火温度在600℃和700℃附近时有利于β-FeSi2的形成。

一种新型环境半导体材料——β-FeSi_2

文章叙述了β-FeSi2环境半导体材料的晶体和半导体的基本性质:它具有0.80ev～0.89ev的直接带隙,对于红外波长有很高的吸收率;它掺入不同杂质的同时制成P型和N型半导体,避免了由于半导体两只脚材料的热膨胀系数不同而引起的热电元器件制作上的困难。文章还介绍了近些年来国内外的研究现状,同时还指出了存在的问题和研究方向。

β-FeSi_2半导体薄膜的研究进展

综述了半导体β-FeSi2薄膜的制备、薄膜的表征、能带的特点、电学、光学性质等方面的研究进展,讨论了几种用于Si衬底上外延生长β-FeSi2薄膜方法的优缺点,分析了制备高品质β-FeSi2薄膜所存在的理论和技术上的难题,展望了β-FeSi2薄膜作为新光电材料的应用前景.

半导体材料Ca2Si的研究进展

随着我国经济社会的发展和工业化水平的不断提升,在工业发展的过程中高新技术、电子技术和信息技术的发展水平也在不断提升,其中半导体材料作为集成电路工业发展的重要基础,对于国家信息化建设有着深远的影响。集成电路在设计和制造的过程中传统上所采用的材料不可回收和降解,对于我国的生态环境产生了不良的影响。为了适应我国环境友好型社会和环境友好型工业的发展需求,环境友好型半导体材料Ca2Si在目前集成电路设计和制作的过程中被广泛地运用,同时相关的工业企业也在不断加强对于Ca2Si材料的研究,旨在为提升集成电路的发展质量提供帮助。本文在开展研究的过程中旨在对环境友好型半导体材料Ca2Si的研究进展进行分析,探讨其应用前景及发展趋势。

碳掺杂β-FeSi_2薄膜的电子显微学研究

本文利用透射电子显微镜对离子注入合成的β FeSi2 和 β Fe(C ,Si) 2 薄膜进行了对比研究。电镜观察结果表明 ,选择C作为掺杂元素 ,能够得到界面平直、厚度均一的高质量 β相薄膜 ,晶粒得到细化 ,β FeSi2 层稳定性提高。尤其在 6 0kV、4× 10 1 7ions cm2 条件下注入直接形成非晶 ,在退火后会晶化为界面平滑、厚度均匀的 β FeSi2 薄膜。因此从微结构角度考虑 ,引入C离子有益于提高 β FeSi2

β-FeSi_2和β-Fe(C,Si)_2薄膜的电子显微及X射线衍射研究

本文利用X射线衍射和透射电子显微镜对离子注入合成的 β FeSi2 和 β Fe(C ,Si) 2 薄膜进行了研究。对掺杂C前后样品的对比研究表明 ,选择C作为掺杂元素 ,能够得到界面平直、厚度均一的高质量 β相薄膜 ,晶粒得到细化 ,β FeSi2 层稳定性提高 ,因此从微结构角度考虑 ,引入C离子对于提高 β FeSi2 薄膜的质量是很有益处的。进一步进行光学吸收表征 ,发现C离子的引入对 β层的Edg 值没有产生明显影响。所以综合来说C离子的引入有利于得到高质量的 β FeSi2 薄膜。用掠入射X射线衍射和Celref程序精确地测量薄膜的晶格常数 ,当C/Fe的剂量比为 0 5 %时 ,尽管C的原子半径比Si的小 ,β相晶格却膨胀了 ,这可能是由于间隙固溶的原因。进一步增加掺杂量到一定的程度时 ,单胞体积会缩小 ,这是由于形成了置换固溶体 ,碳置换了

β-FeSi_2/Si薄膜位向关系的计算

利用从固态相变产生的沉淀相惯习面总结出的Δg平行法则 ,计算了 β FeSi2 半导体薄膜和Si基体之间可能的择优取向关系。根据界面匹配和结构的分析 ,建议最优衬底基面的晶体学位向。预测的界面是一个无理面 ,含有原子尺度台阶 ,晶格间具有良好匹配关系。以该界面位向作为Si衬底的基面有可能导致高质量金属硅化物 β FeSi2

掺杂半导体β-FeSi_2电子结构及几何结构第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论全势线性缀加平面波法,使用广义梯度近似处理交换相关势能,首先计算了β-FeSi2的电子结构及其各元素各亚层电子的能态密度,β-FeSi2的电子能态密度主要由Fe的d层电子和Si的p层电子的能态密度确定;其次通过计算不同掺杂系统的总能量确定了掺杂原子在β-FeSi2中的置换位置,在β-FeSi2中,Co置换FeⅡ位置的Fe原子,Al置换SiⅠ位置的Si原子,这种择位置换与现有的计算结果完全一致;最后计算了Fe1-xCoxSi2和Fe(Si1-xAlx)2的电子结构,对它们的电子结构特征进行了分析,并探讨了电子结构对其热电性能(塞贝克系数、电传输及热传输性能)的影响.

C掺杂对离子注入合成β- FeSi_2 薄膜的影响

采用离子注入方法制备β- Fe Si2 薄膜 ,选择 C作为掺杂元素 ,得到了β- Fe Si2 硅化物层与基体间的界面平直、厚度均一的高质量薄膜 .经透射电镜分析可知 ,引入 C离子后硅化物层的微结构向有利于薄膜质量的方向发展 ,晶粒得到细化 ,β- Fe Si2 层稳定性提高 .从微结构角度考虑 ,引入 C离子对于提高β- Fe Si2 薄膜的质量是很有益处的 .进一步进行光学吸收表征 ,发现 C离子的引入对 β- Fe Si2 层的 Egd值没有产生不良影响 .讨论了 Egd值的影响因素 ,如制备方法、工艺参数、基体取向、掺杂离子种类、掺杂离子数量、退火温度等等 ,解释了文献报道的不同 Egd

βFeSi_2的高压研究

对 β FeSi2 晶体进行了原位X射线衍射高压研究。利用同步辐射X射线衍射原位研究了 β FeSi2 的高压相演化 ,发现压力在 4 3GPa时出现相变 ,在 2 5 8GPa时相变完成。指标化结果表明 :经高压处理后得到的产物具有四方结构 ,其晶格常数为 :a =b =1 0 0 4 9nm ,c =0 3394nm。

磁控溅射法合成纳米β-FeSi_2/a-Si多层结构

β-FeSi2作为一种环境友好的半导体材料,颗粒化及非晶化正在成为提高其应用性能和改善薄膜质量、膜基界面失配度的有效途径.利用射频磁控溅射法在单晶Si基体上沉积Fe/Si多层膜,合成纳米β-FeSi2/Si多层结构.通过透射电子显微镜、高分辨电子显微术等分析手段,研究了多层结构和制备工艺之间的相互关系.研究结果表明,采用磁控溅射Fe/Si多层膜的方法,不需要退火就可以直接沉积得到β-FeSi2相小颗粒.β-FeSi2相颗粒尺寸在20nm以下,小的颗粒尺寸导致发光蓝移,带隙宽度变大,Edg值约为0.94eV.经过850℃的真空退火处理后,β-FeSi2相没有发生改变,颗粒尺寸变大、蓝移效果消失,β-FeSi2相小颗粒的尺寸仍小于100nm,结构的稳定性较好.

离子注入合成β-FeSi_2薄膜的显微结构

采用MEVVA源 (MetalVaporVacuumArcIonSource)离子注入合成 β FeSi2 薄膜 ,用常规透射电镜和高分辨电镜研究了不同制备参数下 β FeSi2 薄膜的显微结构变化 .研究结果表明 :调整注入能量和剂量 ,可以得到厚度不同的β FeSi2 表面层和埋入层 .制备过程中生成的α ,β ,γ和CsCl型FeSi2 相的相变顺序为γ FeSi2 →β FeSi2 →α FeSi2 ,CsCl FeSi2 →β FeSi2 →α FeSi2 或 β FeSi2 →α FeSi2 .当注入参数增加到 60kV ,4× 10 1 7ions cm2 ,就会导致非晶的形成 ,非晶在退火后会晶化为 β FeSi2 相 ,相变顺序就变为非晶→β FeSi2 →α FeSi2 .随退火温度逐渐升高硅化物颗粒逐渐长大 ,并向基体内部生长 ,在一定的退火温度下硅化物层会收缩断裂为一个个小岛状 ,使得硅化物 硅界面平整度下降 .另外 ,对于 β FeSi2 Si界面取向关系的研究表明 ,在Si基体上难以形成高质量 β FeSi2 薄膜的原因在于多种非共格取向关系的并存。

FeSi_2单晶化学气相生长

利用化学气相输运方法,以碘作为传输剂,在封闭的石英安瓿中制备出了优质新型的光电及热电半导体材料β-FeST2单晶。在大量实验基础上深入研究了生长工艺对单晶质量、形态的影响,除了得到大尺寸针状β-FeSi2单晶外,还获得了大尺寸颗粒状单晶.通过改变衬底温度,得到了四面体柱状优质的α-FeSi2单晶.

磁控溅射法制备β型Fe_3Si_8M系三元薄膜

二元β-FeSi2是一种非常有潜力的环境友好型半导体,但由于是线性化合物,所以很难制备较高质量的β单相.本文从β-FeSi2相的基本团簇出发,利用"团簇+连接原子"结构模型,设计制备了Fe3Si8M(M=B,Cr,Ni,Co)系三元薄膜.研究了Fe3Si8M系三元薄膜的结构、成分和光电特性.结果表明,溅射态薄膜都为非晶态,经850C/4h退火后可全部转换为晶态,引入的第三组元M不同会影响退火后的相转变和结晶质量,Cr和B为第三组元时可实现单一β相,Co作为第三组元时,薄膜以α相为主表现为金属特性.B,Cr和Ni作为第三组元的样品中半导体性质都有不同程度的体现,但相比较而言,Fe2.7Si8.4B0.9薄膜的半导体性能最为明显,其电阻率为0.17·cm、载流子浓度为2.8×1020cm3、迁移率为0.13cm2/V·s,带隙宽度约为0.65eV.所以引入合适的第三组元可以扩展β相相区,并实现晶态三元β型硅化物薄膜与二元β-FeSi2薄膜的半导体性能相近.