磁控溅射法合成纳米βfesilt2gtαsi多层结构

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1、人连理I一人学硕士学位论文摘要为了实现间接带隙材料一硅的高效发光，人们在材料工程方面探索具有直接带隙的半导体材料。[3-FeSi2是少有的几种半导体型金属硅化物，它是一种环境友好的半导体材料，具有O．85．0．89eV的直接带隙，可在Si表面外延生长，近年来作为一种很有前途的光电材料而被广泛研究。然而大量的研究发现，制备的13-FeSi：薄膜存在着晶体质量不高、膜基结合不好的缺点，因此颗粒化及非晶化正在成为提高其应用性能、改善薄膜质量及膜基界面失配度的有效途径。本次论文工作的目的是利用13-FeSi2／a—Si多层结构

2、来实现13-FeSi2颗粒的纳米化和高密度。本论文采用射频磁控溅射的方法在单晶Si基体上沉积Fe／Si多层膜，通过一定的退火工艺，合成纳米13-FeSi2／a．Si多层结构，并利用透射电子显微镜、高分辨电子显微术、X射线衍射等分析手段，研究了多层结构和制备工艺之间的相互关系。同时还测量了样品的带隙宽度和光致发光信号。研究结果表明，通过磁控溅射制备的Fe／Si多层膜平整度较好，此时Fe／Si多层膜中的si是呈非晶态，沉积的Fe与si层化合直接得到D—FeSi2相小颗粒，未经退火直接就得到D．FeSi2／a—Si结构。颗粒

3、尺寸在20nm以下，远小于50nto的尺寸限，满足产生量子限制效应的要求。颗粒的形状不是很规则，0-FeSi2颗粒和si之间没有明显界面。样品经过1小时的退火，硅化物层会逐渐断裂，团聚生长。而到了8小时，颗粒已经基本由HIJH)J沉积时的不规则形状变成了椭圆形甚至圆形，边缘清晰，团聚生长的现象已经很明显，颗粒尺寸最大可达lOOnm左右。13-FeSi2相成分没有发生变化。红外吸收结果显示B—FeSi2具有直接带隙结构，带隙能量在O．85-0．88eV之间，未退火时p—FeSi2相颗粒尺寸在20nm以下，颗粒尺寸小导致发

4、光蓝移，带隙宽度变大，E!值近似o．94eV。经过850。C的真空退火处理后，颗粒尺寸变大，蓝移效果消失，彰值在0．88eV附近，与B—FeSi2的带隙宽度O．85．0．87eV较为接近。首次在室温下观察到了低信号强度的13-FeSi2光致发光信号，详细分析了这一发光信号来源的可能性，并讨论了退火对B．FeSi2光致发光信号的影响。此外由于受到p相颗粒体积和连续性的影响，本次实验所测得的光致发光信号强度较弱。关键it,q：13-FeSi，；磁控溅射；透射电子显微镜磁控溅射法合成纳米13-FeSi2／a-Si多层结构Na

5、no—D—FeSija—SilayeredconstructionpreparedbymagnetronsputteringAbstractManyeffortshavebeenmadetoexploredirect—gapsemiconductormaterials，sothathJ【ghefficientluminescenceoftheindirect-gapsemiconductor—siliconcanbeachieved．D．FeSi2，asanenvironmental-friendlymaterialw

6、hohasadirect-gapof0．85eV．0．89eV，isoneoftheuncommonsemiconductormetalsilicides．p—FeSi2，alsoapromisingphotoelectronmaterial，canbeepitaxiallygrownonsiliconsurfacesandhasbeenextensivelystudied．However,alotofstudieshaveshownthattheprepared13-FeSi2thinfilmshavedisadva

7、ntageslikebadcrystalqualities，lowfilm-substratebindingforceandsoon．Thus，granulationandvitrificationaretwoeffectivewaysofimprovingitsapplicationproperties，enhancingthefilmqualityanddecreasingthemisfitbetweenthefilmandsubstrate．Theobjectofthisexperimentistorealize

8、thenanocrystallizationandhighdensityofthe13-FeSi2particles．Fe／Simulti—layerfilmswerefabricatedonSi(100)substratesutilizingtheradiofrequencymagnetronsputteringsysteman