超薄SiO2层的化合态结构和厚度.pdf

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1、第26卷第5期材料研究学报Vl01．26No．520l2年l0月CHINESEJOURNAL0FMATERIALSRESEARCHOctober2012超薄SiO2层的化合态结构和厚度爿c杜汇伟沈玲丁虎杨洁赵磊马忠权(上海大学理学院物理系索朗光伏材料与器件联合实验室上海200444)摘要用快速热处理对单面抛光硅片进行初始热氧化，800℃下在晶硅基表面制备出15，30和60rain三个时间段的超薄氧化硅层。采用角分辨x射线光电子谱(AfxPs)技术分别分析了3种初始氧化硅层的厚度和化学组态。结果表明，这些氧化硅层的主要成分为

2、Si02，在过渡区存在的Si203、SiO和Si20不饱和态的含量均小于5％。通过控制氧气的含量，使氧化厚度只与时间有关。氧化硅层主相Si02的厚度随时间改变分别为(4．1-4-0．4)nm，(6．2-4-0．6)nm和(9．6+0．5)nlTl。根据SiO2与基底Si的Si2p峰的间距随掠射角度的变化，推断出厚度为4．1和6，2nm的SiO2层内的固定正电荷导致n型si基体能带向上弯曲；而9．6nm的Si02层内的固定正电荷分布随着远离界面逐渐减小，表明固定正电荷主要分布在界面区附近。关键词无机非金属材料，超薄氧化硅，角

3、分辨XPS，快速热处理，固定表面正电荷分类号TB321，TN305文章编号1005—3093(2012)05—0461—06CompoundStatesProfileandThicknessofUltra-thinSiliconDioxideFilmDUHuiweiSHENLingDINGHuYANGJieZHAOLeiMAZhongquan(SHU-SolarER＆DLab，DepartmentofPhysics，CollegeSciences，ShanghaiUniversity，Shanghai20044)Suppo

4、rtedbvNationalNaturalScienceFoundationofChinaNo．60876045．ShanghaiLeadingBasicRe-searchProjectNo．09JC1405900．ShanghaiLeadingAcademicDisciplineProjectNo．$30105．andR＆DFoun-dationofSHU．SOENsPVJointLabNo．SS—E0700601．ManuscriptreceivedNovember28，2011；inrevisedfromSeptem

5、ber10，2012．术jTowhomcorrespondenceshouldbeaddressed．Te1：(021)66136901．E—maihzqma~shu．edu．cnABSTRACTByrapidthermalprocess．theinitialthermaIoxidationofsingle-sidepolishedsiliconwaferhasbeenaccuratelyobtainedat800℃byoxygenswitchingfor15，30and60minoxidationtimetOfOrmul

6、trathinsiliconoxideIayers．Theultrathinsiliconoxidationlayerswereanalyzed．Theresultsshowthatthemaincompositionoftheselayersissilicondioxide，andthethicknessesare(4．i~0．4)nm，(6．2+0．5)nmand(9．64-0．5)nm，respectively．TheincompleteoxidesofSi203．SiOandSi20alllessthan5％oft

7、otaIoxidationlayerformedattheinterfacebetweenSiandSi02．Forthosesiliconoxidelayerswiththethicknessof4．1and6．2nm。thedifierenceofthebindingenergybetweenSi02andSiincreaseswithdecreaseofgrazeangles．andthekineticenergyofphotoelectronisaffectedbythebuild—inpotentialinthe

8、surfaceofthen-typesiliconsubstrate．However．forthefayerswith9．6nmthicksiliconoxide，thekineticenergyofphotoelectronisdominatedbythepositivechargeinthesili