法制備硅系納米復(fù)合薄膜材料.pdf

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1、賈嘉：PCVD法制備硅系納米復(fù)合薄膜材料3201PCVD法制備硅系納米復(fù)合薄膜材料賈嘉1（中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所傳感技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200083）摘要：納米復(fù)合薄膜材料由于具有傳統(tǒng)復(fù)合材料和緣體、半導(dǎo)體/金屬、半導(dǎo)體/絕緣體、半導(dǎo)體/高分子現(xiàn)代納米材料兩者的優(yōu)點(diǎn)，成為重要的前沿研究領(lǐng)域材料等，而每一種組合又可衍生出眾多類(lèi)型的復(fù)合薄之一。其中半導(dǎo)體納米復(fù)合材料，尤其是硅系納米復(fù)膜。其中半導(dǎo)體納米復(fù)合薄膜，尤其是硅系納米復(fù)合合薄膜，由于具有獨(dú)特的光電性能，加之與集成電路薄膜，由于具有獨(dú)特的光電性能，

2、加之與集成電路相相兼容的制備技術(shù)，有著廣泛的應(yīng)用前景。近年來(lái)關(guān)兼容的制備技術(shù)，使其在光電器件、太陽(yáng)能電池、傳于納米復(fù)合薄膜的研究不斷深入，但仍有許多問(wèn)題沒(méi)感器、新型建材等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，因而日益[2]有完全解決。本文圍繞硅系納米復(fù)合薄膜的材料特成為關(guān)注焦點(diǎn)。點(diǎn)，說(shuō)明了等離子體化學(xué)氣相沉積(PCVD)技術(shù)的工近年來(lái)關(guān)于納米復(fù)合薄膜的研究不斷深入，取得作原理和裝置結(jié)構(gòu)，以及該技術(shù)在硅系納米復(fù)合薄膜了許多重大的突破。人們利用熱蒸發(fā)、濺射、等離子制備中的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。并以氮化硅薄膜為重點(diǎn)，介紹納體氣相沉積等各種方法

3、制備了Si/SiOx、Si/a-Si:H、米復(fù)合薄膜材料的PCVD制備技術(shù)。文章最后對(duì)硅系Si/SiNx、Si/SiC等納米復(fù)合薄膜。但仍有許多問(wèn)題，納米復(fù)合薄膜的在光電技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景諸如：低成本制備技術(shù)、結(jié)構(gòu)與其性能關(guān)系、晶粒尺做了一些展望。寸的精確控制、實(shí)際應(yīng)用的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性等沒(méi)有完[3]關(guān)鍵詞：PCVD制備技術(shù)；硅系材料；納米復(fù)合薄膜全解決。本文將以硅系納米復(fù)合薄膜材料為重點(diǎn)，中圖分類(lèi)號(hào)：O484.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A介紹納米復(fù)合薄膜材料的等離子體化學(xué)氣相沉積論文編號(hào)：1001-9731（200

4、4）增刊(PCVD)制備技術(shù)。1引言2硅系納米復(fù)合薄膜的PCVD制備技術(shù)以微電子器件為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)納米復(fù)合薄膜的制備方法是多種多樣的，一般來(lái)入社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，成為發(fā)達(dá)國(guó)家的主要經(jīng)濟(jì)支柱之說(shuō)，只要把制備常規(guī)薄膜的方法進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，控一。微電子器件發(fā)展的小型化趨勢(shì)引導(dǎo)人們關(guān)注納米制必要的參數(shù)就可以獲得納米復(fù)合薄膜。在用PCVD科技，由于納米電子器件的尺度為納米級(jí)，集成度大法或其他方法制備薄膜時(shí)，薄膜形成與生長(zhǎng)的物理過(guò)[4]幅度提高，同時(shí)還具有器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性強(qiáng)、成程大致都可以分為四個(gè)階段，如圖

5、1所示：本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景十分誘人，被發(fā)達(dá)國(guó)家和（a）核的形成：在最初階段，外來(lái)原子在基底表國(guó)際大公司所重視。因此，世界先進(jìn)國(guó)家都從未來(lái)發(fā)面相遇結(jié)合在一起成為原子團(tuán)。只有當(dāng)原子團(tuán)達(dá)到一展戰(zhàn)略高度重視作為微型器件和納米技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)定數(shù)量形成“核”后，才能不斷吸收新加入的原子而[1]的納米材料科學(xué)研究。穩(wěn)定地長(zhǎng)大形成“島”。（b）隨著外來(lái)原子的增加，作為納米材料科學(xué)重要分支的納米復(fù)合薄膜是島不斷長(zhǎng)大，進(jìn)一步發(fā)生島的接合。（c）形成網(wǎng)絡(luò)：指由特征維度尺寸為納米數(shù)量級(jí)(1~100nm)的組元鑲很多島接合起來(lái)形成

6、通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。（d）后續(xù)的原子[5]嵌于不同的基體里所形成的復(fù)合薄膜材料，有時(shí)也把將填補(bǔ)網(wǎng)絡(luò)通道間的空洞，成為連續(xù)薄膜。不同組元構(gòu)成的多層膜如超晶格也稱(chēng)為納米復(fù)合薄在薄膜的生長(zhǎng)過(guò)程中基片的溫度是決定薄膜結(jié)構(gòu)膜。由于它具有傳統(tǒng)復(fù)合材料和現(xiàn)代納米材料兩者的的重要條件。它對(duì)沉積原子在基片上的附著以及在其優(yōu)越性，成為重要的前沿研究領(lǐng)域之一。納米復(fù)合薄上移動(dòng)等都有很大影響，一般來(lái)說(shuō)，基片溫度越高，膜材料可以有許多種組合，如金屬/半導(dǎo)體、金屬/絕則吸附原子的動(dòng)能也越大，跨越表面勢(shì)壘的幾率增多，收稿日期：2004-02-2

7、7通訊作者：賈嘉作者簡(jiǎn)介：賈嘉（1976-），男，山東安丘人，碩士，助理研究員，主要從事薄膜工藝和紅外探測(cè)器的研究。3202功能材料2004年增刊（35）卷則需要形成核的臨界尺寸越大，越易引起薄膜內(nèi)部的度下，即可在基材表面形成Si3N4鍍層。其化學(xué)反應(yīng)凝聚，每個(gè)小島的形狀就越接近球形，容易結(jié)晶化。方程式為：所以高溫沉積的薄膜首先形成粗大的島狀組織。而在3SiH4(g)+2N2(g)=Si3N4(s)+6H2(g)（1）低溫時(shí)，形成核的數(shù)目增加，這將有利于形成晶粒小[6]而連續(xù)的薄膜組織，而且還增強(qiáng)了薄膜的附著

8、力。所以在工藝上尋求與改進(jìn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)薄膜的低溫成型一直是研究的方向。由于PCVD技術(shù)在這方面的顯著優(yōu)點(diǎn)，因而在納米薄膜材料的制備中被廣泛應(yīng)用。圖2等離子體化學(xué)氣相沉積裝置示意圖[9]Fig2AschematicillustrationofapparatusforPCVD為了制備出高質(zhì)量的納米復(fù)合薄膜，科研工作者不斷改進(jìn)沉積系統(tǒng)，近年來(lái)又產(chǎn)生了一種新的生長(zhǎng)技術(shù)——逐層生長(zhǎng)法[9]，用計(jì)算機(jī)對(duì)通常的PC