等离子体增强原子层沉积AlN外延单晶GaN研究

氮化镓(GaN)作为第三代半导体材料,具有较大的禁带宽度,较高的击穿电场强度、电子迁移率、热导系数以及直接带隙等优异特性,被广泛应用于电子器件和光电子器件中。由于与衬底的失配问题,早期工艺制备GaN材料难以获得高质量单晶GaN薄膜。直到采用两步生长法,即先在衬底上低温生长氮化铝(AlN)成核层,再高温生长GaN,才极大地提高了GaN材料的质量。目前用于制备AlN成核层的方法有磁控溅射以及分子束外延等,为了进一步提高GaN晶体质量,本研究提出在两英寸c面蓝宝石衬底上使用等离子体增强原子层沉积(Plasma-enhanced Atomic Layer Deposition,PEALD)方法制备AlN成核层来外延GaN。相比于磁控溅射方法,PEALD方法制备AlN的晶体质量更好;相比于分子束外延方法,PEALD方法的工艺简单、成本低且产量大。沉积AlN的表征结果表明,AlN沉积速率为0.1 nm/cycle,并且AlN薄膜具有随其厚度变化而变化的岛状形貌。外延GaN表征结果表明,当沉积厚度为20.8 nm的AlN时,GaN外延层的表面最平整,均方根粗糙度为0.272 nm,同时具有最好的光学特性以及最低的位错密度。本研究提出了在PEALD制备的AlN上外延单晶GaN的新方法,沉积20.8 nm的AlN有利于外延高质量的GaN薄膜,可以用于制备高电子迁移率晶体管及发光二极管。

等离子体增强原子层沉积二氧化硅对多晶硅的损伤机理及防范工艺研究

文章通过电子束检测(EBI)手段研究了等离子体增强原子层沉积(PEALD) SiO_(2)过程中硅烷基酰胺类前驱体副产物对多晶硅产生不可逆损伤的机理。提出用单胺基硅烷基酰胺替代多胺基硅烷基酰胺作为前驱体,来减轻对多晶硅材料的损伤。在不损伤多晶硅前提下,进一步研究化学位阻较小的单胺基前驱体二异丙胺硅烷(DIPAS)对反应速率的影响。

GaAs衬底上等离子体增强原子层沉积GaN薄膜

采用等离子体增强原子层沉积(PEALD)技术在斜切的砷化镓(GaAs)衬底上低温沉积了氮化镓(GaN)薄膜,对生长过程、表面机制以及界面特性等进行分析,得到GaN在215~270℃的温度窗口内生长速度(Growth-Per-Cycle, GPC)为0.082 nm/cycle,并从表面反应动力学和热力学方面对GPC的变化进行了分析。研究发现,生长的GaN薄膜为多晶,具有六方纤锌矿结构,且出现(103)结晶取向。在GaN/GaAs界面处观察到约1 nm厚的非晶层,这可能与生长前衬底表面活性位点的限制和前驱体的空间位阻效应有关。值得注意的是,在沉积的GaN薄膜中,所有的N皆与Ga以Ga-N键结合生成GaN,但是存在少部分Ga形成了Ga-O键和Ga-Ga键。这种成键方式,可能与GaN薄膜中存在的缺陷和杂质有关。

等离子体增强化学气相沉积法制备类金刚石薄膜研究综述

类金刚石薄膜由于其独特的物理化学特性,使得该薄膜在光学、电学、机械、医学、航空航天等领域得到了广泛应用。等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)制备类金刚石是近几十年兴起的新的制备类金刚石薄膜的方法,因其对沉积温度要求低,对基底友好,同时还具有沉积速率快和无转移生长的优势,获得了越来越多的研究者关注。详细介绍了类金刚石薄膜优异的特性,阐述了在等离子化学气相沉积条件下,不同沉积条件对沉积类金刚石薄膜结构特性的影响。衬底的选择直接影响着沉积类金刚石薄膜的性能,不同的衬底直接决定着生成类金刚石结构中sp^(3)相的数量和质量;沉积参数是最为常见的控制条件,对沉积薄膜的总体效果影响也是最大的,改变沉积参数,沉积薄膜的表面将会变得更加光滑致密;常用的掺杂元素是硅和氮,掺杂元素的引入往往是为了降低沉积薄膜的内应力,提高与衬底间的结合力,延长使用寿命等;由于很难直接在金属上沉积类金刚石薄膜,所以常通过制备复合层来改善沉积效果。最后对类金刚石薄膜的发展以及今后研究方向进行了展望。

等离子体增强原子层沉积系统及其应用研究

介绍了自行设计的等离子体增强原子层沉积(PEALD)系统及其原位制备氮掺杂纳米TiO2可见光催化剂的实验结果。PEALD系统主要由远程脉冲感应耦合等离子体发生器、真空反应腔室、真空系统、前驱体输运系统、控制系统等部分组成。沉积过程中前驱体的交替、等离子体的产生、样品台温度、载气流量、沉积周期等参数都可以预先设定并由控制系统自动执行。在研制的PEALD系统上首次开展原位氮掺杂纳米TiO2光催化剂的制备,高分辨透射电镜结果表明制备的氮掺杂TiO2薄膜为非晶态结构,薄膜厚度为3 nm,生长速率为0.05 nm/cycle;X射线光电子能谱结果表明N元素掺入到了制备的TiO2薄膜,并取代了TiO2薄膜中的O元素;紫外-可见光谱表明制备的氮掺杂TiO2薄膜对可见光的吸收率明显增强。

等离子体增强原子层沉积增透阻隔膜的研究

高阻隔高透光率的柔性复合材料在包装和电子封装领域具有很高的应用价值。本文采用等离子增强原子层沉积技术在PET基体上制备了多层结构的增透阻隔膜,研究了等离子增强原子层沉积制备氧化硅和氮化硅的工艺参数,利用光学模拟软件设计出所需透过率的膜层结构。结果表明:等离子体增强原子层沉积制备的薄膜原子力显微镜表面形貌晶粒分布均匀,薄膜致密,红外光谱显示制备的薄膜为高纯度的SiO_(2)和Si_(3)N_(4),薄膜的透水率降低了2个数量级,可见光范围透过率可达到94%。

等离子体增强原子层沉积技术制备碳化钴薄膜

报道了一种新型PE-ALD工艺用于沉积碳化钴薄膜。以脒基钴为前驱体,在氢等离子体作用下,成功制备了碳化钴薄膜。薄膜厚度与沉积循环关系显示薄膜生长为理想的逐层生长行为,100℃下薄膜生长速率为0.066 nm/cycle。利用XRD和TEM对所沉积的薄膜进行表征,结果表明薄膜是多晶的六方晶系Co3C晶体结构。XPS的结果表明沉积的碳化钴膜具有高纯度。在深宽比高达20:1的硅基底沟槽中研究碳化钴薄膜的保型性,显示该PE-ALD工艺可以沉积厚度均匀、光滑且高度保形的碳化钴薄膜,这有利于在高深宽比的3D结构中的涂覆并且在负载催化剂领域具有潜在应用。

等离子体增强原子层沉积Al_2O_3钝化多晶黑硅的研究

黑硅的纳米结构可以大大降低硅表面的入射光反射率,同时由于比表面积的增加使其钝化成为难题,从而影响其太阳电池的性能。等离子体增强原子层沉积(PEALD)法沉积的Al2O3钝化层具有良好的保型性和致密性,适用于黑硅纳米微结构的钝化。本文使用金属辅助化学法制备多晶黑硅,再经低浓度碱溶液处理优化黑硅结构,最后用PEALD沉积了不同厚度的Al2O3钝化层。采用扫描电镜、分光光度计和少子寿命测试仪对黑硅的表面形貌、减反射特性和少子寿命变化进行了分析。结果表明碱溶液处理后黑硅表面结构变得更为平滑,Al2O3钝化的黑硅经退火后少子寿命达到8.96μs,在可见光范围内反射率降低至3.7%,与传统制绒工艺的多晶硅片相比性能有明显提升。

等离子体增强原子层沉积原理与应用

等离子体增强原子层沉积(PEALD)是一种低温制备高质量超薄薄膜的有效手段,近年来正受到工业界和学术界广泛的关注。简要介绍了PEALD的发展历史和生长原理。描述了PEALD常见的三种设备构造:自由基增强原子层沉积、直接等离子体沉积和远程等离子体沉积,比较了它们的优缺点。着重评述了PEALD的特点,主要具有沉积温度低、前驱体和生长材料种类广、工艺控制灵活、薄膜性能优异等优势,但也面临着薄膜三维贴合性下降和等离子体损伤等挑战。列举了PEALD的一些重要应用,如在金属薄膜制备、铜互连阻挡层、高介电常数材料、薄膜封裹等领域的应用。最后展望了PEALD的发展前景。

等离子体增强原子层沉积技术制备过渡金属薄膜的研究进展

原子级的处理对应用于计算和数据存储的最先进的电子设备,以及与物联网、人工智能和量子计算相关的新兴技术正变得越来越重要。等离子体增强原子层沉积(PEALD)是一种原子级表面沉积技术,由于其较高的反应活性以及较低的沉积温度日益受到研究者的关注。本文介绍了PEALD技术的基本原理以及相对于其他薄膜沉积技术的优势,之后从前驱体和基底材料的影响等方面介绍了利用PEALD制备Ti、Co、Ni、Cu、Ru、Pd、Ag、Ta、Ir和Pt等过渡金属薄膜以及它们在微电子领域的应用现状,最后进行了总结和展望。

等离子体增强原子层沉积制备压电AlN薄膜

采用等离子体增强原子层沉积(PEALD)技术在单晶硅衬底上成功制备了具有(002)晶面择优取向的氮化铝(AlN)晶态薄膜,为设计新型压电功能器件提供了思路。利用椭圆偏振光谱仪(SE)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)对样品的生长速率、表面形貌、晶体结构、薄膜成分进行了表征和分析。结果表明,在250℃沉积温度下,以N_(2)、H_(2)和Ar的混合气体的等离子体作为共反应物,在相同工艺条件下仅增加前驱体三甲基铝(TMA)脉冲注入之后的氮气吹扫时间(t_(p1)),制备的AlN薄膜的(002)晶面择优取向趋于显著,说明t_(p1)的增加可以促进Al和N原子的有序排列,并促进(002)晶面择优取向形成。实验中,t_(p1)为30 s且循环次数为1 150时,PEALD制备的AlN薄膜表面平整光滑,均方根表面粗糙度为0.885 nm,(002)晶面衍射峰最明显,薄膜中氧原子数分数为11.04%,氧原子在AlN薄膜中形成氧缺陷并形成一种稳定的基于八面体配位铝的新型氧缺陷相,XPS结果证明了N—O—Al键的形成。

等离子体辅助原子层沉积氧化铝薄膜的研究

为在室温条件下进行氧化铝薄膜的原子层沉积,自行设计了一套微波回旋共振等离子体辅助原子层沉积装置,以三甲基铝作为铝源前躯体,氧气作为氧化剂,在室温下于氢氟酸溶液中处理过的单晶硅基片上进行了氧化铝薄膜的沉积。利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、高分辨率透射电子显微镜、X-ray射线衍射、X-ray射线光电子能谱等分析手段测试了薄膜的表面形貌和成分,结果表明制备的氧化铝薄膜为非晶态结构,铝、氧元素含量配比接近2/3,同时薄膜表面非常光滑平整而且致密,表面粗糙度<0.4nm。通过高分辨率透射电子显微镜的截面图,可以估算出薄膜厚度约为80nm,界面非常清晰、平整,薄膜质量较高,沉积速率为0.27nm/周期,沉积速率较热沉积大大提高。

等离子体增强原子层沉积技术制备铜薄膜

集成电路的高速发展为铜互连提出诸多要求,其中,如何低温条件(≤150℃)下在大深宽比的通孔或沟槽中沉积保形性好、纯度高、导电性好的铜籽晶层是亟需解决的问题。本文利用等离子体增强原子层沉积技术,以脒基铜为铜前驱体,以氢等离子体为还原物质,在较低的沉积温度(100℃)下,沉积了纯度高、导电性能优良的铜薄膜。在10∶1的硅基沟槽中,表面与沟槽底部厚度均匀(~80 nm)。考察了放电输入功率对薄膜形貌的影响并利用时间分辨发射光谱技术对氢等离子体进行在线诊断。本论文研究表明铜脒基前驱体用于低温等离子体辅助原子层沉积工艺,可有效地解决铜薄膜沉积过程中铜粒子的团聚问题,并为其它类脒基前驱体进行金属薄膜的沉积提供借鉴。

基于原子层沉积基底的液体分子表面增强拉曼作用距离分析

目的使用原子层沉积(atomic layer deposition,ALD)技术探究表面增强拉曼(surface enhancement of raman scattering,SERS)效应强度随探针分子与增强表面距离的变化。方法研究使用ALD技术在SERS表面沉积不同厚度的二维材料以阻隔拉曼探针分子与表面,从而探究不同作用距离对于该表面SERS效应的削弱作用,并研究探针分子拉曼光谱强度的变化;以银-硅组合作为SERS基底,以10^(-4)mol/L浓度结晶紫水溶液作为拉曼探针进行了不同厚度二维材料下的SERS效应探究实验。结果532 nm激光波长下的液体SERS光谱强度大体上随二维材料厚度的增大而减弱。结论5 nm厚度是其作用极限距离。

氧等离子体辅助原子层沉积氧化铝的研究

本文研究氧等离子体辅助原子层沉积氧化铝中各个沉积参数对薄膜性能和结构的影响。在氧等离子体辅助原子层沉积氧化铝的过程中,通过改变基底温度、等离子体放电时间、等离子体放电功率、单体三甲基铝冲洗时间和反应气体氧气冲洗时间,研究了工艺参数对于氧化铝的生长的影响。通过发射光谱仪(OES)对等离子体进行检测,原子力显微镜(AFM)和椭偏(SE)对薄膜表面形貌、厚度和折射率进行测量及SEM对薄膜断面进行检测。结果显示,在室温下氧等离子体辅助氧化铝沉积需要较长的单体三甲基铝的冲洗时间才能得到粗糙度小的薄膜,薄膜沉积速率随温度的升高而减小(低的沉积温度),薄膜的折射率则变大。而等离子体在40W到80W的低放电功率下,放电功率对氧化铝的沉积速率影响不大。

等离子体辅助原子层沉积技术包覆硅基氮化物荧光粉的结果性能研究

采用等离子体辅助原子层沉积的方法,通过振动流化床,在硅基氮化物荧光粉表面保形地包覆了氧化铝薄膜。分别用傅立叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和pH计对包覆前后荧光粉的表面成分、形貌和耐水性进行了测试。最后,还用荧光光谱仪对包覆前后荧光粉的PL发光进行了表征。结果表明,氧化铝被保形地包覆在荧光粉颗粒表面。包覆大大提升了荧光粉在水中的稳定性。包覆一定厚度的氧化铝对发光性能有所提升并可以略微降低荧光粉的色温。

等离子增强原子层沉积低温生长GaN薄膜

采用等离子增强原子层沉积技术在低温下于单晶硅衬底上成功生长了Ga N多晶薄膜,利用椭圆偏振仪、低角度掠入射X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪对薄膜样品的生长速率、晶体结构及薄膜成分进行了表征和分析.结果表明,等离子增强原子层沉积技术生长Ga N的温度窗口为210—270?C,薄膜在较高生长温度下呈多晶态,在较低温度下呈非晶态;薄膜中N元素与大部分Ga元素结合成N—Ga键生成Ga N,有少量的Ga元素以Ga—O键存在,多晶Ga N薄膜含有少量非晶态Ga_2O_3.

柔性衬底上使用等离子增强原子层沉积制备的氮化镓薄膜物性分析

采用等离子增强原子层沉积技术(PE-ALD)在350℃温度下,在KAPTON柔性衬底上直接生长出多晶GaN薄膜。利用低角度掠入射X射线衍射仪、AFM、SEM、TEM、XPS对薄膜的晶体结构、表面形貌及薄膜成分进行了表征和分析。结果表明,薄膜呈多晶态,且具有良好的均匀性;薄膜中的N元素全部以N-Ga键形式存在;大部分Ga元素以Ga-N键形式构成GaN;少量的Ga元素分别以Ga-Ga键和Ga-O键形式构成金属镓以及Ga2O_3。研究发现,虽然KAPTON具有较好的耐高温性,但GaN会反向扩散进入KAPTON衬底,形成具有一定厚度的GaN扩散层。

射频等离子体聚合SiO_x薄膜的研究

在射频等离子体放电条件下,以六甲基二硅氧烷(Hexamethyldisilone,HMDSO)为单体,氧气为反应气体,在PET薄膜及载玻片上聚合SiOx薄膜。通过红外光谱(FTIR)分析了工作压强、功率、单体氧气比、聚合时间等对聚合薄膜的结构和沉积速度的影响;通过扫描电子显微镜(SEM)观察了薄膜的表面形貌;通过表面轮廓仪测试了薄膜厚度,计算了沉积速率并对薄膜的均匀性做了研究。在38℃恒温水浴箱中进行的水蒸汽阻隔实验表明,PET薄膜的阻隔性能得到有效的提高。

AlGaN合金的原子层沉积及其在量子点敏化太阳能电池的应用

本文探究了c面蓝宝石衬底上AlGaN三元合金的等离子增强原子层沉积生长,同时结合量子点敏化太阳能电池的制备,研究了AlGaN合金的作用.AlGaN三元合金在原子层沉积过程中,薄膜与衬底的界面以及带隙都与Al组分有关.高Al组分时,AlGaN合金薄膜与衬底之间有较好的界面,然而Al组分降低时,界面变得粗糙.原子层沉积制备的AlGaN合金具有较高的带隙,与薄膜内的氧含量有关.随后,将AlN/GaN循环比例为1∶1的AlGaN薄膜分别制备CdSe/AlGaN/ZnS和CdSe/ZnS/AlGaN结构电池并进行了量子点太阳能电池的制备和分析.结果发现,AlGaN对量子点和TiO2有修饰钝化作用,可以包裹和保护TiO2和CdSe量子点结构,从而避免了光生载流子的复合.这种修饰作用也体现在改善量子点太阳能电池的开路电压、短路电流、填充因子和光电转化效率方面,尝试从原子层沉积制备的AlGaN薄膜在改变载流子传输方面进行讨论.