au／a—si：h界面x射线光电子能谱和俄歇电子能谱研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第40卷第2期物理学报Vot．40．No．21991年2月ACTAPHYSICASINICAF~b．，l9，1Au／a_Si：H界面x射线光电子能谱和俄歇电子能谱研究钟战天王大文)廖显伯范越李承芳牟善明中国科学院半导体研究所，北京，100083；中国科学院表面物理实验室，北京，1000801990年1月9日收到采用X射线光电子能谱(XPS)和俄歇电子能谱(AES)对Au／a—SI：H界面进行了研究．实验表明，Au／a—SitH界面最初形成过程是以金属团生长形式出现，当^u淀积量超过一定值后，Au和Si开始互扩散并进行

2、化学反应，结果形成Au—si互溶区．利用光发射方法证实，热处理Aa／a—Si：H界面导致淀积膜中Si岛形成．PACC：6855；7340N；6140；7960一、引言由于利用非晶态si材料研制成了太阳电池和电子器件，使得金属和非晶态si界面研究亦活跃起来．Au和晶体si的界面形成过程早已进行了广瑟的研究“．由于非晶态si和晶体si的物理结构和电子态存在很大差别，于是金属在非晶态si的界面形成过程和界面反应不同于晶体si．过去，金属和非晶态si接触的研究主要集中在金属诱导晶化和电学性能测量方面．Tsai等人“”利用干涉增强喇曼散射技术(IERS)透射电子显微镜(TE

3、M)、扫描俄歇微探针(SAM)和电学测量，研究分析了Au／a—SI：H界面反应．他们发现，室温下si扩散到Au膜中，对它进行150~C以上热处理，结果生成晶化si岛．本文中采用x射线光电子能谱(XPS)和俄歇电子能谱(AES)研究Au和a—S／：H界面，得到新的重要结果．揭示了Au淀积在非晶态si表面的初始生长规律和界面反应情况，以及真空热处理对界面反应和界面元素互扩散的影响．特别是对金属，a—Si：H界面初始形成过程的研究有助于了解界面反应机构．另外，和用光电子能谱方法，证实和补充了Tsai等人提出的Au／a-Si：H界面形成的模型“．二、实验利用辉光放电使得S

4、iH．气体分解成SiH-，Sil2等原子基团，然后淀积在250~C温国家自然科学基金资助的课题．1)精华太学无线电电子学系．维普资讯http://www.cqvip.com物理学报●0卷度的玻璃衬底上生成a—Si：H薄膜．制成的非晶态薄膜台有8％的H，膜厚约为60003,．利用PHI一610俄歇电子能谱仪测量了Au／a—Si：H界面的组分深度分布．在AES测量中，入射电子束能量为3keV，束流为3A．该实验所用的Au／a—Si：H样品是在普^H士_通的真空室中制成的．淀积的Au膜厚度为1600五，称为厚Au膜样品．Au／a—Si：H界面形成过程和界面反应的XPS实

5、验是采用VGMICROLABMKII电子能谱议，在2×10。Tort超高真空条件下进行．该设备具有分析室和制备室．生长完毕的a—Si：H薄膜片子，从生长室中取出后，立刻放人电子能谱议的超高真空室中进行实验．在制备室中以很低的淀积速率(一lA／rain)使高纯Au蒸发到a—Si：H衬底上，衬底温度取200~C和室温．每次淀积完一定Au量的样品，在超高真空条件下传送到分析室中进行XPS测量．激发光源用Mggo的x射线(枷一1253．6eV)，分析器的通过能量为20eV．利用计算机测量谱蜂的面积作为XPS峰强度．三、结果与讨论1．Au／a—Si：H结构的组分深度分布对于

6、厚Au膜样品，热处理对Au／a-Si：H结构的组分深度分布的影响如图1所示Ar离子的溅射速率为3O^／rain．没有经过热处理的样品，界面处元素分布不陡，已经出现元素互扩散(图l(a))．当经过270~C热处理后，界面过渡区展宽，Au，si互扩散变得十分明显，si元素几乎扩散到整个Au膜中，如图1(b)所示．另外，注意到，较多的si原子穿过Au层聚集在Au膜表面附近，形成富si区．这种现象即使在没有经过热处理的样品中也存在．众所周知，一方面由于淀积的Au原子的影响，使得si原子容易地由a—Si：H中移出，另一方面，Au金属晶格存在许多空洞，Au膜表面产生空位，从而

7、促使si向Au膜扩散，并聚集在Au膜表面附近．由于非晶态si在热处理下有助于使si—H键断藏射时间in)开，释放出H，因此加剧了Au／a—Si：H界面处元圉1没有经过热娃理(a)和270~C热娃理(b)的厚膜Au／a-Si：H结构的组分深度分布素互扩散．互界面形成过程与界面反应Au和a—Si：H接触的电学性能与其界面形成和界面反应是有关的．XPS技术能有效地提供界面反应的化学键信息．图2表示不同淀积量的Au／a—Si：H的Si2p和Au4f芯能级光电子能谱．显然，随着淀积时间增加，每个芯能级峰的强度和结合能都在发生变化，其变化规律如图3和图4所示．利用计算机测量出

8、XPS谱中