H薄膜微结构及其高温退火行为研究.pdf

第50卷第12期2001年12月物理学报V.I.50,No.12,December,2001
100(〕一」290/2001/50(12)/2418-05ACTAPHYSICASINICA(}2001Chi-Phys.S.

a-Si:O:H薄膜微结构及其高温退火行为研究‘

王永谦1)陈长勇’)陈维德1)杨富华2)刁宏伟，)

许振嘉，，张世斌，)孔光临‘，廖显伯‘，
‘’(中国科学院半导体研究所妥聚态物理中心，表面物理国家重点实验室，北京100083)
(中国科a学院半导休研究所超晶格与徽结构国家重点实验室，北京100083)
(2001年5月30日收到2001年6月22日收到修改稿)

以微区Ramaa散射、X射线光电子能潜和红外吸收对等离子体增强化学气相沉积(PSCV明法制备的氢化非品
硅氧(a-Si:0:H)薄膜微结构及其退火行为进行了细致研究结果表明。-Si:OH薄膜具有明显的相分离结构，富Si
相镶嵌于富。相之中.其中富Si相为非氢化四面休结构形式的非晶硅(a-Si),富。相为Si,0,H三种原子随机键合
形成的Si(),:H(x}1.35)经1C高温退火，薄膜中的H全部释出SiO-:H(x二1.35)介质在析出部分Si原子的
同时发生结构相变，形成稳定的Sio,和SO(二二0.64);在析出的Si原子参与下，薄膜中。-5i颗粒固相品化的成核
和生长过程得以进行，形成纳米品硅(oe-Si)研究发现此时的薄膜具有典型的壳层结构，在nc-Si颗粒表面和外围
SO，介质之间存在着纳米厚度的Si0-(.x,0.64)中间相

关键词:a-Si:0:H,ne-Si，微结构，退火
PACC:6140,6146,6170A

2实验
引言
们采用传我统的等离子体增强化学气相沉积
近年来，多孔硅强的室温可见发光的发现M，极(PECVD)方法，以Si氏,N,0和H2为反应气体，在熔
大的引发和增强了人们企图通过制备低维硅基薄膜融石英、高阻Si和n'-Si衬底上制备一系列不同O
材料与器件以实现全硅光电集成的兴趣和信心.与含量的a-Si:0:H薄膜，其中气体流量分别为:[Si比
多孔硅、Si/si01超晶格、氢化纳米硅相比较，化学气(100%)]=5sccm,[N,0(100%)]二5-IOsccm,【H2}
相沉积(CVD)法制备的氢化非晶硅氧(a-Si:0:H)薄=IOsccm，反应气压、衬底温度和射频功率密度分别
膜和由a-Si:0:H经高温退火处理形成的包含纳米为1.2x133.322P.,225℃和50mw/c耐.将所制备的
晶硅(二一Si)的氧化硅薄膜均同时具备机械强度高、薄膜样品切割成若干等分，在不同温度下的高纯NZ
缺陷密度低、发光稳定、制备技术简单且与集成电路气氛中退火30-in.以微区Raman散射{micro-Ra-
工艺相兼容等诸多优点，但其发光效率距离实际应man)对退火过程中薄膜的结构变化进行跟踪研究，
用尚有一定的差距深人研究薄膜材料微结构、发光以X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶红外光谱(vr-
机理及其相互联系对于优化其器件质量和提高发光IR)对所有样品的结构组分和键构型进行表征和
效率至关重要，然而目前有关a-Si:0:H和--Si薄分析.
膜微结构和发光机理的研究尚未成熟，基于不同实
验现象的各种理论模型仍处在相互竞争和争论之3结果
中.与此相关的工作迫切需要系统、细致地深人下
3.1散射谱
去.本文报道我们以R-散射、红外吸收和x射
线电子能谱对a-Si:0:Il薄膜微结构及其高温退火1给出〔S图f,]/[N20]二5:7.5的a-Si:0:H薄
行为进行调查和分析的最新结果.膜样品退火前和经不同温度退火的二。-Ra二谱

国家白然科学基金(批准号:69976028)和国家重点基础研究发展计划项月(批准号:2000028201)资助的课题

万方数据
12期王永谦等。-Si:0:H薄膜微结构及其高温退火行为研究2419

0]以看到禾退火的a-Si:0:H祥品的Raman散射与
氢化非晶硅(a-Si:H)的相类似，主要反映了无序网
艳
络中四面体结构的Si声子态，这表明a-Si:0:H薄膜吕
中存在着非晶硅成分.图1中未退火样品的Raman目q
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侧、
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1。
芝550'0图2(a)为.-Si:0:H薄腆退火前的Si2p的XPS潜;(6)为
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1150"0退火后的Si2p的XPS谱
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100200300400500日
Ra=n位移/cm-'

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