永磁电子回旋共振等离子体化学气相沉积系统

研制了一台永磁ECR等离子体化学气相沉积系统。通过同轴开口电介质空腔产生表面波 ,利用高磁能积Nd Fe B磁钢块的合理分布形成高强磁场 ,通过共振磁场区域内的电子回旋共振效应产生大面积均匀的高密度等离子体。进行了ECR等离子体化学气相沉积氧化硅和氮化硅薄膜工艺的研究。6英寸片内膜厚均匀性优于 95 % ,沉积速率高于 10 0nm/min ,FTIR光谱分析表明薄膜中H含量很低。

非对称磁镜场电子回旋共振氧等离子体刻蚀化学气相沉积金刚石膜

分别应用郎缪尔双探针和离子灵敏探针对非对称磁镜场电子回旋共振氧等离子体的电子参数、空间分布和离子参数进行了测量,分析了气压对等离子体参数及空间分布的影响。利用该等离子体在优化的气压条件下对化学气相沉积金刚石膜进行了刻蚀,并研究了刻蚀机理。结果表明：电子温度为5～10 eV,离子温度为1 eV左右,而等离子体数密度在1010cm-3数量级。随气压的升高,电子和离子温度降低,而电子数密度先增大后减小。在低气压下等离子体数密度空间分布更均匀,优化的刻蚀气压为0.1 Pa。刻蚀过程中,离子的回旋运动特性得到了加强,有利于平行于金刚石膜表面的刻蚀,有效地保护了金刚石膜的晶界和缺陷。

电子回旋共振—微波等离子体化学气相沉积法制备a-C:H(N)薄膜

采用电子回旋共振 -微波等离子体化学气相沉积技术 ,使用 CH4 和 N2 混合气作为反应气体 ,在硅衬底上制备掺氮含氢非晶碳 (a- C∶ H(N) )薄膜。紫外 Ram an光谱证实了薄膜的类金刚石特性 ;傅立叶变换红外光谱表明薄膜中存在 CH和 CN键结构。采用原子力显微镜 (AFM)观察薄膜的微观表面形貌 ,结果表明薄膜表面光滑。论文详细叙述了薄膜制备工艺 ,对测试结果进行了分析讨论 。

微波电子回旋共振等离子体化学气相沉积法制备多晶硅薄膜

利用微波电子回旋共振等离子体增强型化学气相沉积(ECR-PECVD)采用一步法直接在K9玻璃上低温沉积制备了多晶硅薄膜。研究了不同实验参数对薄膜沉积的影响,采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、扫描电子显微镜(SEM)等实验分析方法对不同条件下制备的样品进行了晶体结构和表面形貌分析,并讨论了多晶硅薄膜沉积的最佳条件。实验结果表明,玻璃衬底上多晶硅薄膜呈柱状生长,并有一定厚度的非晶孵化层;较高氢气比例和衬底温度有利于结晶,薄膜的结晶率达到了62%;晶粒团簇的最大尺寸约为500nm。

多晶硅薄膜等离子体增强化学气相沉积低温制备工艺

采用电子回旋共振等离子增强化学气相沉积(ECR-PECvD)方法,以SiH4和H2为气源,在普通玻璃衬底上沉积多晶硅薄膜.利用XRD、Raman光谱和TEM研究了衬底温度、氢气流量和微波功率对多晶硅薄膜结构的影响.结果表明,制得的多晶硅薄膜多以(220)取向择优生长,少数条件下会呈现(111)择优取向.当衬底温度为300℃、H2流速为25 mL/min、微波功率为600 W时,多晶硅薄膜结晶状态最好,且呈最佳的(220)取向.

第二十二讲 化学气相沉积(CVD)技术

(接2023年第2期88页)(5)扩大了化学气相沉积的应用范围,特别是提供了在不同的基片制备各种金属膜、非晶态无机物膜、有机聚合膜有可能性。PECVD的缺点如下:(1)PECVD反应是非选择性的。在等离子体中,电子能量分布的范围宽,除电子碰撞外,其离子的碰撞和放电时产生的射线作用也可产生新的粒子。从这一点上看,等离子体增强CVD的反应未必是选择性的,有可能存在几种化学反应,致使反应产物难以控制。有些反应机理也难以解释清楚。所以采用等离子体增强CVD难以获得纯净的物质。

ECR等离子体刻蚀增强机械抛光CVD金刚石

采用电子回旋共振(ECR)等离子体刻蚀与机械抛光相结合的方法抛光化学气相沉积(CVD)金刚石,运用扫描电镜、Raman光谱观察、分析了刻蚀与抛光后金刚石的表面形貌和质量变化,并与单纯的机械抛光相比较,研究了等离子体刻蚀对后续机械抛光的影响,结果发现:金刚石经ECR等离子体刻蚀后非晶碳含量有一定程度降低,刻蚀过程在金刚石晶面形成的疏松表面有利于机械抛光,金刚石表面平均粗糙度更加快速降低。对比实验表明等离子体刻蚀对机械抛光前期的抛光效率的增强效果更为明显,在ECR等离子体刻蚀后的金刚石样品经10min机械抛光后粗糙度从7.284下降到1.054μm,而直接机械抛光30min时金刚石的表面粗糙度为1.133μm,在机械抛光的初始阶段,等离子体刻蚀后的机械抛光效率是单纯机械抛光效率的3倍。最终,经过三次重复刻蚀后机械抛光,金刚石表面粗糙度降为0.045μm。

GaN在Si(001)上的ECR等离子体增强MOCVD直接生长研究(英文)

研究了用电子回旋共振 (ECR)等离子体增强金属有机物化学气相沉积 (PEMOCVD)技术在 Si(0 0 1)衬底上 ,低温 (6 2 0～ 72 0℃ )下 Ga N薄膜的直接外延生长及晶相结构 .高分辨透射电镜 (HRTEM)和 X射线衍射 (XRD)结果表明 :在 Si(0 0 1)衬底上外延出了高度 c轴取向纤锌矿结构的 Ga N膜 ,但在 Ga N/ Si(0 0 1)界面处自然形成了一层非晶层 ,其两个表面平坦而陡峭 ,厚度均匀 (≈ 2 nm) .分析认为 ,在初始成核阶段 N与 Si之间反应所产生的这层 Six Ny非晶层使 Ga N的 β相没有形成 .XRD和原子力显微镜 (AFM)结果表明 ,衬底表面的原位氢等离子体清洗 ,Ga N初始成核及后续生长条件对 Ga

等离子体清洗GaAs和Al_2O_3衬底的RHEED图像分析

针对GaAs和Al2O3作为外延GaN薄膜的主要衬底材料,采用电子回旋共振等离子体增强金属有机化学气相沉积(ECRPEMOCVD)工艺对其分别进行纯氢、氢氮等离子体清洗,并配备高能电子衍射仪(RHEED)实时监测清洗过程.CCD的RHEED图像分析表明,在一定条件下用纯氢等离子体对GaAs衬底清洗只需1min左右,即可得到比较平整的清洗表面,但清洗2min以上表面质量开始变坏.若在氢气中加入少量氮气,清洗时间可延长至10min左右.而Al2O3衬底对纯氢等离子体的清洗时间比较敏感,清洗2min左右就能获得平整的清洗表面,若时间延长到4min,表面质量将开始变坏.如果采用氢氮等离子体清洗,约需20min时间,而且在很宽的清洗时间范围(20～30min)内都能获得良好的清洗表面.

氦等离子体前处理对多晶硅薄膜性能的影响

采用微波电子回旋共振等离子体增强磁控溅射(microwave electron cyclotron resonance plasma-enhanced magnetron sputtering,ECR-PEMS)和电子回旋共振等离子体辅助化学气相沉积(microwave electroncyclotron resonance chemical vapor deposition,ECR-CVD)技术,分别在单晶硅片(100)基底上低温制备了多晶硅薄膜.采用拉曼光谱仪、X射线衍射仪以及原子力显微镜对薄膜微观结构及表面形貌进行表征,研究纯氦等离子体基底前期处理对所沉积薄膜性能的影响.结果表明,氦等离子体前处理技术能大幅提高多晶硅薄膜结晶度和颗粒尺寸,明显改善ECR-CVD法所得多晶硅薄膜的微观结构特性和表面形貌.

丙酮环境下ECR微波等离子体辅助化学气相沉积类金刚石薄膜研究

利用电子回旋共振 (ECR)微波等离子体辅助化学气相沉积技术、工作气氛为丙酮 ,在光学玻璃衬底上得到了光滑、致密、均匀的类金刚石薄膜 .在工艺研究中 ,对等离子体中氧的存在及其作用进行了分析 .原子力显微镜分析表明 ,薄膜的表面粗糙度小于 1 0nm ,晶粒尺寸约为 1 0 0nm .拉曼光谱和中红吸收谱研究发现 ,薄膜具有强烈的荧光效应 ,含有sp1 ,sp2 ,sp3杂化C—C ,sp3杂化CH3,羰基CO、含氧多元环以及—COOH基等 .利用纳米力学探针以及近红区红外透射谱分析了薄膜的力学及光学性能 ,结果表明 ,薄膜的显微硬度接近 4GPa ,体弹性模量约为 1 1GPa ;薄膜在近红区完全没有吸收峰 ,折射系数为 1 .5 76 ;根据薄膜干涉花样 ,计算薄膜的沉积速率为 4 6 0nm h .

栅网与偏压对CHF_3电子回旋共振放电等离子体特性的影响

研究了电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积系统中栅网的增加和栅网上施加 +6 0V和 - 6 0V偏压对CHF3放电等离子体特性的影响 .发现在低微波功率下栅网与偏压对等离子体中基团分布的影响较大 ,而高微波功率下的影响逐渐减小 .这是由于低微波功率下等离子体中电子温度较低 ,基团的分布同时受栅网鞘电场和电子碰撞分解的共同作用 ;而高微波功率下电子温度较高 ,栅网鞘电场的作用减弱 。

热丝辅助MWECR-CVD法沉积氢化非晶硅薄膜研究

为了降低a-Si:H薄膜中的氢含量,提高其稳定性,在我们MWECR-CVD系统中引入了热丝装置,热丝对等离子体的热辐射使等离子体升温,既促进了气体的进一步分解和电离,获得较多的低氢原子基团,也减少了活性高硅烷聚合物的生成,从而使薄膜中的(SiH2)n的含量降低。同时,热丝对样品表面提供的热辐射和光辐射也可以进一步降低薄膜的氢含量。实验结果表明,用这种装置沉积的a-Si:H薄膜,氢含量可降低到4.5at%左右,稳定性明显增强,光敏性也有一定改善。

流量比对等离子体基团分布和薄膜结构的影响

使用光强标定的发射光谱(AOES)测量了CHF3/C6H6混合气体的微波电子回旋共振(ECR)放电等离子体中基团的分布状态。实验发现随着CHF3流量的增加,成膜基团CF、CF2、CH等的相对密度增大,而刻蚀基团F的密度也会增加,从而使得a-C:F薄膜的沉积速率降低。同时红外吸收谱(IR)分析表明,在高CHF3流量下沉积的a-C:F薄膜中含有更高的C-F键成分。可见在a-C:F薄膜的制备中CHF3/(CHF3+C6H6)流量比是重要的控制参量。

CHF_3/C_6H_6等离子体中的基团分析

在一个微波电子回旋共振等离子体化学气相沉积系统中,测量了CHF3、C6H6及其混合气体放电的质谱和发射光谱图,分析了等离子体中主要基团的分布及其产生的途径,研究了放电功率和流量对主要基团密度的影响,以及它们与氟化非晶碳薄膜沉积速率和键结构之间的关联。结果表明,提高微波功率会增加CHx、CFx等成膜基团的密度,有利于加大沉积速率;而增加CHF3的进气量则会加大F原子基团的密度,这是由于它控制了薄膜的氟化程度。

玻璃衬底上低温沉积GaN薄膜研究

采用电子回旋共振-等离子体增强金属有机物化学气相沉积（ECR-PEMOCVD）方法在康宁7101型普通玻璃衬底上沉积了GaN薄膜,利用反射高能电子衍射（RHEED）、X射线衍射（XRD）、原子力显微镜（AFM）和霍尔测量系统对样品进行了检测,研究了其结晶性和电学特性随沉积温度的变化。结果表明,当沉积温度为250-430℃时,得到的GaN薄膜都呈现高度的c轴择优取向,结晶性较好;薄膜表面形貌较为平整且呈n型导电。

升级冶金级Si衬底上ECR-PECVD沉积多晶Si薄膜

成功地应用电子回旋共振微波等离子体增强化学气相沉积(ECR-PECVD)法在升级冶金级Si衬底上175℃低温条件下沉积了一层优质多晶Si薄膜。研究了压强、流量比对多晶Si薄膜质量的影响,并用Raman、RHEED、SEM、XRD对薄膜结晶性、晶粒大小及显微组织结构进行了表征。发现在恒定气压下,结晶质量随流量比增大先变好后变差,即存在最佳流量比,0.16Pa对应10∶5,而0.4 Pa对应10∶6.8。

新型微波ECR-PECVD装置的研制

介绍一台新型的ECR PECVD装置。这一装置设计和采用了一种由单个电磁线圈和永磁体单元组合的新型磁场 ,使整个装置结构明显简化。为提高装置的微波转换效率 ,通过计算机仿真微波场在等离子体室的分布 ,选择和采用了一种新型的矩形耦合波导。应用这一装置分解H2 稀释的SiH4气体以沉积a Si:H薄膜 ,获得了

大面积取向生长碳纳米管的ECR-CVD方法制备与表征

本文采用电子回旋共振微波等离子体化学气相沉积方法 (ECR -CVD) ,以CH4和H2 为气源、Fe3 O4纳米粒子为催化剂 ,未加电场 ,在多孔硅基底上制备出大面积取向生长碳纳米管。使用扫描电子显微镜 (SEM)、透射电子显微镜 (TEM)、X射线衍射 (XRD)、X射线能量色散分析 (EDX)对样品形貌和结构进行表征。结果显示 :合成的碳纳米管为多壁碳管 ;碳纳米管直径 6 0nm～ 90nm ,长度约 8μm ;碳纳米管展现出中空管状和链状两种结构 ;碳纳米管的生长采取催化剂底端生长模式。

用ECR-CVD方法制备定向碳纳米管

以Fe3O4纳米粒子为催化剂,CH4和:H2为气源,采用电子回旋共振微波等离子体化学气相沉积技术(ECR-CVD)在多孔硅基底上制备出定向生长的碳纳米管.研究了气氛组成、气压、温度和反应时间对碳纳米管生长特性的影响.使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和拉曼光谱(Raman spectrum)表征了样品的形貌和结构.结果表明:气氛组成和气压影响了反应腔内离解碳的浓度,从而影响碳纳米管的成核、生长速度及定向生长;温度的变化改变催化剂的尺寸从而改变碳纳米管的直径,在过低的温度下碳纳米管不能实现定向生长;碳纳米管随着反应时间的延长而不断增长,但超过一定时间后催化剂颗粒被碳包覆而失去催化作用,生长停止.