法制备硅系纳米复合薄膜材料.pdf

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1、贾嘉：PCVD法制备硅系纳米复合薄膜材料3201PCVD法制备硅系纳米复合薄膜材料贾嘉1（中国科学院上海技术物理研究所传感技术国家重点实验室，上海200083）摘要：纳米复合薄膜材料由于具有传统复合材料和缘体、半导体/金属、半导体/绝缘体、半导体/高分子现代纳米材料两者的优点，成为重要的前沿研究领域材料等，而每一种组合又可衍生出众多类型的复合薄之一。其中半导体纳米复合材料，尤其是硅系纳米复膜。其中半导体纳米复合薄膜，尤其是硅系纳米复合合薄膜，由于具有独特的光电性能，加之与集成电路薄膜，由于具有独特的光电性能，

2、加之与集成电路相相兼容的制备技术，有着广泛的应用前景。近年来关兼容的制备技术，使其在光电器件、太阳能电池、传于纳米复合薄膜的研究不断深入，但仍有许多问题没感器、新型建材等领域有广泛的应用前景，因而日益[2]有完全解决。本文围绕硅系纳米复合薄膜的材料特成为关注焦点。点，说明了等离子体化学气相沉积(PCVD)技术的工近年来关于纳米复合薄膜的研究不断深入，取得作原理和装置结构，以及该技术在硅系纳米复合薄膜了许多重大的突破。人们利用热蒸发、溅射、等离子制备中的独特优点。并以氮化硅薄膜为重点，介绍纳体气相沉积等各种方法

3、制备了Si/SiOx、Si/a-Si:H、米复合薄膜材料的PCVD制备技术。文章最后对硅系Si/SiNx、Si/SiC等纳米复合薄膜。但仍有许多问题，纳米复合薄膜的在光电技术等各个领域的应用前景诸如：低成本制备技术、结构与其性能关系、晶粒尺做了一些展望。寸的精确控制、实际应用的稳定性、经济性等没有完[3]关键词：PCVD制备技术；硅系材料；纳米复合薄膜全解决。本文将以硅系纳米复合薄膜材料为重点，中图分类号：O484.1文献标识码：A介绍纳米复合薄膜材料的等离子体化学气相沉积论文编号：1001-9731（200

4、4）增刊(PCVD)制备技术。1引言2硅系纳米复合薄膜的PCVD制备技术以微电子器件为基础的计算机和自动化设备进纳米复合薄膜的制备方法是多种多样的，一般来入社会的各个领域，成为发达国家的主要经济支柱之说，只要把制备常规薄膜的方法进行适当的改进，控一。微电子器件发展的小型化趋势引导人们关注纳米制必要的参数就可以获得纳米复合薄膜。在用PCVD科技，由于纳米电子器件的尺度为纳米级，集成度大法或其他方法制备薄膜时，薄膜形成与生长的物理过[4]幅度提高，同时还具有器件结构简单、可靠性强、成程大致都可以分为四个阶段，如图

5、1所示：本低等诸多优点，应用前景十分诱人，被发达国家和（a）核的形成：在最初阶段，外来原子在基底表国际大公司所重视。因此，世界先进国家都从未来发面相遇结合在一起成为原子团。只有当原子团达到一展战略高度重视作为微型器件和纳米技术发展基础定数量形成“核”后，才能不断吸收新加入的原子而[1]的纳米材料科学研究。稳定地长大形成“岛”。（b）随着外来原子的增加，作为纳米材料科学重要分支的纳米复合薄膜是岛不断长大，进一步发生岛的接合。（c）形成网络：指由特征维度尺寸为纳米数量级(1~100nm)的组元镶很多岛接合起来形成

6、通道网络结构。（d）后续的原子[5]嵌于不同的基体里所形成的复合薄膜材料，有时也把将填补网络通道间的空洞，成为连续薄膜。不同组元构成的多层膜如超晶格也称为纳米复合薄在薄膜的生长过程中基片的温度是决定薄膜结构膜。由于它具有传统复合材料和现代纳米材料两者的的重要条件。它对沉积原子在基片上的附着以及在其优越性，成为重要的前沿研究领域之一。纳米复合薄上移动等都有很大影响，一般来说，基片温度越高，膜材料可以有许多种组合，如金属/半导体、金属/绝则吸附原子的动能也越大，跨越表面势垒的几率增多，收稿日期：2004-02-2

7、7通讯作者：贾嘉作者简介：贾嘉（1976-），男，山东安丘人，硕士，助理研究员，主要从事薄膜工艺和红外探测器的研究。3202功能材料2004年增刊（35）卷则需要形成核的临界尺寸越大，越易引起薄膜内部的度下，即可在基材表面形成Si3N4镀层。其化学反应凝聚，每个小岛的形状就越接近球形，容易结晶化。方程式为：所以高温沉积的薄膜首先形成粗大的岛状组织。而在3SiH4(g)+2N2(g)=Si3N4(s)+6H2(g)（1）低温时，形成核的数目增加，这将有利于形成晶粒小[6]而连续的薄膜组织，而且还增强了薄膜的附着

8、力。所以在工艺上寻求与改进设备，实现薄膜的低温成型一直是研究的方向。由于PCVD技术在这方面的显著优点，因而在纳米薄膜材料的制备中被广泛应用。图2等离子体化学气相沉积装置示意图[9]Fig2AschematicillustrationofapparatusforPCVD为了制备出高质量的纳米复合薄膜，科研工作者不断改进沉积系统，近年来又产生了一种新的生长技术——逐层生长法[9]，用计算机对通常的PC