纳米硅薄膜的结构和成分表征方法评估

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1、上海交通大学工程硕士生毕业论文《纳米硅薄膜结构和成分表征方法评估》纳米硅薄膜的结构和成分表征方法评估摘要本项目是根据现有条件和已了解的纳米硅薄膜的应用特性为基础，主要选择了X射线衍射、红外光谱、辉光放电光谱、扫描电镜等多种分析手段，较系统地研究了纳米硅薄膜的微结构，生长工艺参数对微结构的影响，结构对薄膜性能的影响，为纳米硅薄膜的研究和应用打下基础。（1）XRD是一种常用的无损伤表征物相的方法。用X射线衍射仪的薄膜附件，使用平行光束法可鉴定纳米硅薄膜的晶系结构、晶粒分布，计算出平均晶粒尺寸。将所研究的掠射角选取、背底扣除、峰宽化因素等方法应用于其

2、他极薄的纳米薄膜（Sol-Gel提拉法、磁控溅射法）的物相和平均晶粒尺寸表征中，证明是可行的。但针对不同的样品要注意实验条件的选取和数据处理中的准确性。（2）在研究中将辉光放电光谱（GDS）首次用于表征纳米硅薄膜中元素的定量分布。通过不同标样的选择，优化辉光光源参数、计算标样样品的溅射速率，建立了掺杂纳米硅薄膜的定量表征分析方法。用GDS方法代替AES方法作薄膜元素的定量分布表征，其优点在于简便快速、成本低、灵敏度高，同时能提供氢的数据，对氧的检测灵敏度也高于AES方法。GDS分析范围较大，本研究中选择2mm直径的阳极，获得的成分分布应代表薄膜

3、的这一直径范围内的平均值。（3）用傅立叶红外光谱仪中的可变角镜反射附件分析表明纳米硅薄膜中存在多种氢键合方式，揭示了不同工艺参数制备的薄膜中氢键的吸收峰强度和位置的变化，并发现掺杂纳米硅薄膜中有P-H2红外吸收峰。一些样品还存在Si-O吸收峰，其结果与GDS分析是一致的。（4）在采用场发射扫描电镜对薄膜的微观形貌进行表征中，重点对样品处理和清晰图像获得的实验方法进行探索。同时扫描电镜作为一种薄膜表观质量的分析手段，在对不同工艺参数制备的纳米硅薄膜的微观形貌的观察中还发现衬底硅片清洗工序中的问题，及薄膜中含氧问题。用扫描电镜对薄膜的微观形貌观察、

4、分析，非常方便、直观，可作为薄膜质量检验或失效分析的重要手段。关键词纳米硅薄膜，掺杂，X衍射，红外光谱，辉光光谱，扫描电镜壹上海交通大学工程硕士生毕业论文《纳米硅薄膜结构和成分表征方法评估》ANEVALUATIONOFTHEMETHODSFORCHARACTERIZATIONOFTHESTRUCTUREANDCHEMICALCOMPOSITIONOFNANOCRYSTALLINESILICONFILMSABSTRACTBasedonthelaboratoryconditionandknownapplicationcharacteristicof

5、nanocrystallinesiliconfilm,thepresentauthorusedmethods,suchasXRD,FTIR,GDOESandSEMtostudythemicrostructureofnanocrystallinesiliconfilm,theinfluenceoffilmprocessingparametersonmicrostructureandtheeffectofmicrostructureonperformance.XRDistheregularnondestructivemethodforcharact

6、erizationofphasecomposition.ThefilmaccessoryofXRDwasusedtoidentifythegrainstructureandcalculatetheaveragegrainsizeofnanocrystallinesiliconfilms.Thesemethodswereprovedalsosuitableforstudyingthestructureandaveragegrainsizeofultrathinfilms.Butfordifferentkindsofsample,different

7、experimentalconditionsanddataprocessingshouldbeused.ItisthefirsttimeinthepresentstudythatGDOESwasusedtoquantifythedistributionsofchemicalelementsfromthesurfacetotheinteriorofnanocrystallinesiliconfilm.Byoptimizingtheanalyticalparametersofglowdischargesource,calculatingthespu

8、tteringrateofreferencematerials,thequantitativedepthprofileofchemicalcompos