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1、兰州大学学报(自然科学版),1997,33(3):45～48JOURNALOFLANZHOUUNIVERSITY(NaturalSciences)X硼对a2Si÷H薄膜中氢含量的影响徐进章宋志忠(兰州大学现代物理系,730000兰州)(兰州大学物理系,730000兰州)摘要应用核反应分析法(NRA)测量了反应溅射法制备的a2Si÷H(B)薄膜中B和H的含量.结-6-2果表明:当掺杂比率Yg(=[B2H2]ö([Ar]+[H2]))由10增大到114×10时,样品中的硼含量cB1822-3由110×10线性增大到114×10atõcm;而氢含量的变化分为三个区域:在微掺硼情况(Yg
2、=-6),-6-310样品中氢含量较未掺硼时高出10%;当Yg=10到10变化时,H含量cH由28%线性减少-3到17%;在Yg=10时,H含量达极小值,此后,Yg增大,H含量随之增大.关键词非晶半导体薄膜硼掺杂氢含量中图法分类号O472不论是用辉光放电还是溅射方法制备的a2Si÷H(B)薄膜,人们对其进行了大量的研究.特别是辉光放电技术的成功,使a2Si÷H薄膜进入了实用性阶段.很多文献报道,辉光放电方法之所以能降低缺陷态密度获得高质量的光电材料,是因为H原子进入a2Si网络,饱和了其中的[1]悬挂键.氢在改善和提高膜的质量方面发挥了重要作用.定量研究样品中的氢含量,找到氢含量
3、与掺杂浓度的关系有着重要的实际意义.[2][3]样品中的B杂质浓度cB和H的浓度cH可用二次离子质谱方法和核反应分析法确定.G.MULLER等人研究了重掺杂P型和N型a2Si÷H中杂质对H含量的影响,我们应用核反应分析法研究了样品中的B和H含量,找到了cH和cB与掺杂气体浓度Yg的关系.并研究了样品中B含量对H的影响.1实验111样品制备实验所用样品是在JS2450型Rf2溅射设备中制备的.系统中使用多晶Si靶,其直径为10cm,靶面与衬底相距4cm,溅射气体为75%的氩气和25%的氢气混合而成,并混有少量的硼烷作为掺杂气体.将上述气体在混气瓶内均匀混合后经质量流量计进入反应室.
4、B2H6气体中-6-2的比例(Yg=[B2H6]ö([Ar]+[H2]))由10到10变化.为了防止污染造成实际Yg与设计值的偏离,制备样品时从低掺B到高掺B进行,预真空为0167mpa,沉积其间的总压力为2Pa,溅射电压为2kV.为了红外测量,样品沉积在双面抛光的高阻硅片上,膜厚015Lm左右,其它样品的衬底为玻璃和单晶Si片,沉积温度为200℃.X收稿日期:1996201202.徐进章,40岁,男,讲师.46兰州大学学报(自然科学版)第33卷112应用核反应分析法(NRA)分析了样品中的硼(B)和氢(H)含量核共振反应法原理就是当入射粒子能量等于共振反应能量时就会发生核反应.
5、本工作用816″B(p,a)Be和′H(F,r)O共振反应通过测定放出的A2粒子和C2射线的产额,再与标准样品的核反应产额进行比较得到样品中的B和H原子浓度.该工作是在兰州大学2×117MeV串列加速器上完成的.2结果和讨论211样品中的硼(B)原子浓度图1硼含量cB随气相掺杂浓度Yg的变化图2氢含量cH随气相掺杂浓度Yg的变化图1是样品中的B含量随气相掺杂浓度的变化关系.-6由图1可知:B含量cB与Yg呈线性关系.在Yg=10-318-3～10掺杂范围内随着Yg的增大,cB由110×10atõcm22-3线性增加到114×10atõcm.这说明,样品中的B浓度cB主要与溅射气体
6、中掺杂的分压有关,与其它因素关系不大.212样品中的氢含量图2为样品中的氢含量与掺杂浓度Yg的关系曲线.曲线明显分为三个区域:-6a)Yg=0～10,cH由18%增大到28%;-6-3b)Yg=10～10,cH由28%减少到17%;-2c)重掺B(Yg=10)区,氢含量有一个突变值,cH=31%.-3图3气相硼烷B2H6含量Yg=10现对上述三区域分别进行讨论:时样品的红外谱图的拟合曲线-6当Yg=10时,cH较未掺B时高出10%,这一现象与[4][2]GD方法的结果相似,原因可能由于微量的B(1VPPM)在Si-H网络中起到了催化作用,-6-3使成键所克服的势垒减小,增大了Si
7、2H的成键几率.当Yg=10到10时,因为溅射气体中-3B2H6占的份数增大,不仅加剧了a2Si网络的环境改变,而且也改变了沉积过程.在Yg=10处氢含量达极小值,这一方面与部分B原子取代Si2H键中的H原子而成了Si2B键有关,另一方面在样品生长过程中,H的结合与生长表面和近表面层的荷电状态有很大关系,荷正电表面阻止H的结合,荷负电的表面有利于H的结合,而B的掺入使生长表面和近表面层处于荷正第3期徐进章等:硼对a2Si÷H薄膜中氢含量的影响47-2-2图4气相硼烷B2H6含量Y
