退火温度和时间对制备多晶硅薄膜的影响

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退火温度对Ge—SiO2薄膜结构的影响

ＦｉＸＲＤａｔｒｓｏｆＧｅＳｉ２ｆｌｓｏｆｄｆｅｅｎｅｌｎｅｇｌｐｔｅｎ－Ｏｍｉｆｒｎｔａｎａｉｇｃｍｉ
ｐｒｔｒｅａｕｅ
图２所示为ＧｅＳＯ－ｉ薄膜样品（００１０＂火）ｓｏＬ电Ｃ退中ｉ，
子的ＸＳ谱图。Ｐ
基片先用１的氢氟酸溶液清洗，用大量的去离子水漂洗，Ｏ再
经Ｎ吹干后立即放＾真空室中抽取真空。。
Ｇ￣ｉ薄膜的制备在射频磁控溅射镀膜系统上进行，ｅＳＯ靶采用高纯的Ｇ片和石英片复台靶（５ｍｍ）ＧｅＯ０，ｅ占复台靶面积的８。溅射功率为２０，射气体为高纯Ａｒ本底真空为６０Ｗ溅， × １Ｐ、０ａ工作气压为２ａ沉积温度为室温，问为４ｍｉ。制Ｐ．时０ｎ备好的薄膜在管式炉中分别在３０１０￣的不同温度进行退０～００火处理一时问均为３ｍｉ．护气体为氮气。为了对比，相同０ｎ保在制备和退火温度下，备了不舍ＧｅＳＯ制的ｉ薄膜样品。ｘ射线衍射（Ｒ）析是在Ｒｇｋ，Ｍａ－Ｃ型ｘ射线ＸＤ丹ｉａｕＤ／ｘ３衍射仪（ｕａ线．０１４６ｍ）进行。ｘ射线光电子能ＣＫ射一．５０ｎ上谱（Ｐ）析是在Ｐ－５ＸＳ丹ＨＩ０型光电子能谱仪（ｇ射线．ｏ５ＭＫｈ＝ｌ５．ｅ上进行。傅里叶变换红外吸收光谱（ＴＩ测量分析２３６Ｖ）ＦＲ）是在ＡＶＡＲ３０型傅里叶变换红外光谱仪上进行的。ＴＡ６上

sio2 anneal后的变化

一、SIO2退火的定义SiO2退火是指将SiO2薄膜在一定条件下加热处理，以改善薄膜的结晶性和性能。

二、SiO2退火的条件1. 温度：SiO2退火的温度通常在800°C到1100°C之间，可以根据具体材料和要求进行调整。

2. 时间：SiO2退火的时间也是影响效果的重要因素，一般在30分钟到2小时之间。

3. 环境气氛：SiO2退火的气氛通常选择氮气、氧气或惰性气体，以保持良好的氧化环境。

三、SiO2退火的作用1. 提高SiO2薄膜的结晶性：经过退火处理后，SiO2薄膜晶界清晰，晶粒尺寸增大，晶粒结构更加有序，提高了薄膜的结晶性和稳定性。

2. 改善SiO2薄膜的光学性能：SiO2退火后，薄膜的透明度和折射率得到提高，减少了表面缺陷和光学吸收，从而提高了薄膜的光学性能。

3. 优化SiO2薄膜的机械性能：经过退火处理后，SiO2薄膜的硬度和抗压强度得到提升，使其在实际应用中具有更好的耐磨损和耐腐蚀性能。

四、SiO2退火后的变化1. 表面形貌改善：SiO2薄膜在经过退火处理后，其表面平整度得到提高，表面平整度得到改善，表面质量有所提升。

2. 光学性能增强：SiO2薄膜的透明度和折射率经过退火处理后得到提高，表面缺陷和光学吸收减少，使得薄膜的光学性能得到了增强。

3. 结晶性能优化：SiO2薄膜的结晶性能得到提高，晶界清晰，晶粒尺寸增大，晶粒结构更加有序，提高了薄膜的结晶性能。

五、SiO2退火的应用SiO2退火广泛应用于集成电路、光学薄膜、光学器件、太阳能电池、传感器等领域，以提高SiO2薄膜的性能，拓展其应用范围，满足不同领域的需求。

六、SiO2退火的发展趋势随着科学技术的不断进步和完善，SiO2退火技术也将不断提升和完善，未来可能会出现更加精细化、高效化的SiO2退火工艺，使SiO2薄膜具有更加优越的性能与应用价值。

总结：SiO2退火是一种提高SiO2薄膜性能的重要工艺，其通过改善薄膜的结晶性、光学性能和机械性能，使得SiO2薄膜在集成电路、光学薄膜、光学器件、太阳能电池、传感器等领域得到广泛应用。

关于退火温度对VO_2薄膜制备及其电学性质影响的研究

收稿日期:2005-10-26;修回日期:2005-11-23基金项目:国家自然科学基金(10475058)作者简介:王静(1979-),女,2003级硕士研究生.*通讯作者文章编号:0490-6756(2006)02-0365-06关于退火温度对VO 2薄膜制备及其电学性质影响的研究王静,何捷*,刘中华(四川大学物理系#辐射物理教育部重点实验室,成都610064)摘要:采用真空蒸发-真空退火工艺由V 2O 5粉末制备VO 2薄膜,研究了退火温度对薄膜的影响.经XRD,XPS 及电阻-温度测试发现,随退火温度的升高,VO 2薄膜先后经历了单斜晶系VO 2(B)型y 单斜晶系VO 2(A)型y 四方晶系VO 2的变化,在3种类型的薄膜中V 均以V 4+为主,且在VO 2(A)型薄膜中V 4+含量最高.薄膜电阻以退火温度460e 时为分界线,低于460e时,VO 2(B)型薄膜电阻和电阻温度系数随退火温度的升高而增大;高于460e 时,四方晶系VO 2薄膜的电阻及其电阻温度系数随退火温度的升高呈现相反的趋势.关键词:VO 2(A)型薄膜;VO 2(B)型薄膜;四方晶系VO 2的薄膜;退火温度中图分类号:O 484 文献标识码:A钒作为过渡金属元素可以和氧结合形成多种氧化物.各种钒的氧化物以其优异、独特的光电转换和热敏性能成为国内外功能材料研究的热点,其中对VO 2薄膜材料的研究最为广泛.VO 2材料有多种晶型,VO 2(A)型材料在低温条件下为半导体单斜金红石相,空间群为P21/c,当温度超过相变温度点(对于晶体为68e )时转变为空间群结构为P42/nmm 的金属金红石四方相,并伴随光、电、磁等物理性质的突变,且这一过程是可逆的,因此VO 2(A)型薄膜在智能窗口、光电开关等方面具有重要和潜在的应用前景[1].VO 2(B)型薄膜虽然在室温下也是单斜相,但其空间群为C2/m,与VO 2(A)型薄膜具有不同的晶格常数和空间对称性,由于结构的不同决定了两种薄膜具有完全不同的光电性质.VO 2(B)型薄膜不存在相变和热滞现象,没有电学、光学性质的突变,但具有良好的电阻率和适当的电阻温度系数(T CR),是研制非制冷红外探测器的优良材料[2].目前国内大多数研究主要集中在VO 2(A)型薄膜的制备和光电性质的研究方面,对于VO 2(B)型薄膜的研究还不多见,而国外在这方面的研究开展较早[3,4].我们初步研究了退火温度对VO 2薄膜制备的影响,在不同退火温度下制备出VO 2(B)型薄膜和VO 2(A)型薄膜,并在一定温度范围内生长出四方晶型的VO 2薄膜,空间结构属于P42/nmc 群,关于这种结构的VO 2薄膜还未见相关报道.文[5]表明,VO 2薄膜受工艺条件的影响极大,由于钒价态的多样性,使得制备严格化学配比的VO 2薄膜十分困难.我们以高纯V 2O 5(99199%)粉末为原料,采用真空蒸发-真空还原的方法制备出V 4+含量较高的VO 2薄膜,该方法设备简单,所用原材料价格低廉,具有较高的实用价值.1 实验与测试1.1 VO 2薄膜的制备2006年4月第43卷第2期四川大学学报(自然科学版)Journal of Sichuan University (Natural Science Edition)Apr.2006Vol.43 No.2实验制备VO 2薄膜工艺流程如图1所示.第一步,真空蒸发制备V 2O 5多晶薄膜.采用高纯V 2O 5粉末作为蒸发源,衬底温度为250e ,蒸发真空度优于10-3Pa,在Si(100)衬底上蒸镀V 2O 5薄膜.该温度下制备的V 2O 5薄膜经XRD 分析为沿{001}晶面择优生长的多晶薄膜.第二步,真空退火.将V 2O 5薄膜在管式真空炉中进行真空退火,升温阶段其升温速率约8e /m in,真空度优于1Pa,退火温度为410e ~530e ,温度波动小于015e ,恒温时间5h.最后使薄膜在真空条件下自然冷却降至室温.图1 真空蒸发-真空还原制备V O 2薄膜工艺流程F ig.1 V acuum evaporation and vacuum annealingprocess of V O 2t hin film1.2 分析与测试对以上所制备的薄膜进行物相、离子价态分析和膜厚测量,并测试其电阻-温度关系.(1)利用X 射线衍射仪(XRD)进行物相分析.XRD 采用Cu 靶的K A 谱线,波长为115406!,扫描范围为10b ~60b .(2)用XSAM800型X 射线光电子能谱仪(XPS)对薄膜进行离子价态分析.由于Ar +具有还原性,刻蚀薄膜会使V 离子的价态降低,所以XPS 物相分析采取薄膜的表面信息.束缚能由C 1s 束缚能(28416eV)进行校正.(3)用WJZ 多功能激光椭偏仪和干涉显微镜进行膜厚测量.由实验所制备样品的膜厚在1600!~2200!之间.(4)电阻-温度测试采用自制的升温装置及KELTHLEY 2000MULT IM ET ER 型电阻测量仪,温度指示采用Pt100热电偶,测试温度范围为27e ~90e .2 实验结果与分析2.1 退火温度对VO 2薄膜价态的影响图2 不同退火温度下薄膜的XPS 图谱 Fig.2 XPS spectrum of V O 2films annealed at deferent temperature 对不同退火温度下制备的VO 2薄膜进行XPS 窄程扫描,扫描范围为510eV ~530eV.图2为退火温度为410e ,460e ,530e 时所制备薄膜的V 2p 峰的XPS 能谱,由图2可见,随退火温度的升高,V 2p 峰逐渐向低能态方向漂移,表明薄膜中的V 不断被还原.这是由于在加热条件下薄膜不断吸收能量,使膜中一些较弱的V-O 键断开,O 从薄膜中析出,O,V 的比例下降,钒的价态也随之降低.为进一步研究膜中钒的价态,对退火温度为410e ,460e ,490e ,530e 时所制备薄膜的V 2p 3/2峰进行解谱分析(如图3所示).退火温度为410e时,在薄膜中的钒主要为V 4+和V 5+,四价钒的含量约为7111%,随退火温度的升高,V 4+的含量逐渐增加,至460e 时薄膜中除了极少量的过渡价态的钒[6,7]外,膜中V 4+的含量占90%以上.退火温度至490e 时过渡价态钒的含量增加,V 4+减少,其含量约为6911%;530e 时,在膜中除了V 4+和过渡价态外,可出现价态更低的V 3+,V 4+,V 3+和过渡价态3者在薄膜中的含量分别为5010%,3417%和1513%.由此可看出,在退火温度由460e 逐渐升高到530e 时,钒逐渐被还原成更低价态钒而存在于膜中.366四川大学学报(自然科学版)第43卷图3 V 2p 3/2峰的拟合曲线Fig.3 T he curve of the V 2p 3/2peak2.2 退火温度对VO 2薄膜结构的影响对退火温度为410e ,430e ,460e ,490e 和530e ,且退火时间均为5h 的薄膜进行XRD 结构分析,其结果如图4所示.由图可见,在Si(100)衬底上生长的VO 2薄膜均具有高度结晶取向,但在不同退火温度下制备的VO 2薄膜的结构相差很大,即退火温度不同,薄膜呈现出不同的晶态和结晶取向.在退火温度较低时(如图4(a)所示),受退火前V 2O 5薄膜生长取向的影响,薄膜仍为{001}面择优生长的单斜结构VO 2薄膜,即VO 2(B)型薄膜[8].当退火温度提高至460e 时,则得到{011}和{020}取向的单斜VO 2薄膜(如图4(c)所示),经电阻-温度测试,该薄膜有电阻突变现象,且有明显的热滞现象,即为VO 2(A)型薄膜.由文[9,10]报道:VO 2(B)型是介于V 2O 5和V 2O 3之间的一种亚稳态结构,可通过再退火或提高退火温度或改变退火时间等工艺将其转化为稳定的VO 2(A)型,这与我们的实验结果是相符的.实验中我们发现VO 2(A)型薄膜对退火温度非常敏感,仅存在于460e 左右很小的范围内.若继续提高退火温度,XRD 分析表明薄膜转变为沿{110}面择优生长的四方晶型VO 2薄膜(如图4(b)所示),晶格常数分别为a =b =81540!,c =71686!,空间结构属于P42/nmc 群,对比VO 2(A)型薄膜高温段的四方相,发现两者具有不同的晶格常数和空间对称性,关于这种四方相VO 2薄膜还未见相关报道.若继续提高退火温度至560e ,可制备出V 2O 3薄膜,这已在我们的实验中得到验证,图4(d)是退火温度为560e 及退火时间5h 条件下所制备薄膜的XRD 图谱,图中XRD 显示为V 2O 3多晶薄膜,结晶取向不明显.我们认为退火温度可改变薄膜的界面张力、界面能及表面能,尤其是表面能的改变,不仅使原子间距发生变化,而且使原子重新成键,从而改变了薄膜的晶格结构和对称性,使薄膜随退火温度的升高而经历了由VO 2(B)型到VO 2(A)型再到四方型VO 2的转变.利用X 衍射峰半高宽,由雪莱公式:D =k K cos H(式中D 为晶粒尺寸,H 为布拉格角,B 为衍射峰半高宽的宽度,K 为单色X 射线波长.k 为常数,一般取为019)可粗略计算薄膜的晶粒尺寸.附表中列举了退火时间为5h 和退火温度分别为410e ,430e ,460e ,490e 和530e 时,所制备薄膜的XRD 最强衍射峰的半高宽(FWH M)及由此计算所得的薄膜晶粒尺寸.367第2期王静等:关于退火温度对VO 2薄膜制备及其电学性质影响的研究图4 不同退火时间下V O 2薄膜的XRD 图谱Fig.4 XRD patterns of VO 2thin film annealedat defer ent temper ature由附表可见,在不同退火温度下所得VO 2薄膜的晶粒尺寸相差较大,结合XPS 和XRD 分析,我们可对此进行以下解释.在低温段410e ~460e 时随退火温度的升高,V 5+逐渐被还原成V 4+,缺陷减少[11],晶粒逐渐长大,薄膜趋于致密,结晶越来越好;退火温度为460e 时,V 4+含量最高,结晶最好.若继续升高温度,薄膜中过渡价态钒的含量开始增多,薄膜中出现较多的氧缺位[12],晶粒尺寸变小.退火温度到530e 时,薄膜中已含有相当比例的V 3+,膜中出现重结晶现象,氧缺位得到改善,晶粒尺寸又开始增大.通过以上分析可知,在退火温度为460e ~530e 时,薄膜中虽仍以V 4+为主,但钒逐渐被还原成更低价态,薄膜先后经历了过渡价态增多和重结晶的过程,因此我们认为在此退火温度段制备的四方晶型VO 2薄膜是由VO 2y V 2O 3的过渡晶型.附表不同退火温度下的晶粒尺寸Add.T able Crystallite size annealed at defer ent temper ature退火温度(e )FWHM (eV )晶粒尺寸(!)410(002)01489168430(002)01430191460(011)01348235490(110)01486169530(110)013992062.3 退火温度对电阻-温度关系的影响对制备的薄膜进行电阻-温度测试.在退火温度为460e 时制备的VO 2薄膜的电阻-温度曲线如图5(a)所示,可看到薄膜在58e 左右其电阻值有突变,且有明显的热滞现象,热滞回线宽度$T 约为8e .相变前后电阻变化达到102量级,而VO 2单晶相变前后电阻的变化达105量级,这主要是因为薄膜中晶界势垒的存在,提高了金属相的电阻率,使相变时金属相的电阻率较高,这可通过调整其退火条件加以改善[13].其他退火温度下薄膜电阻随温度的变化如图5(b)及图5(c)所示,于410e ~450e 范围内制备的VO 2(B)薄368四川大学学报(自然科学版)第43卷膜和于470e ~530e 范围内制备的四方晶型VO 2薄膜其电阻随温度的变化都没有突变,电阻温度系数为负值,是典型的半导体行为.VO 2(B)薄膜的电阻随退火温度的升高而增大,而四方晶型VO 2薄膜的电阻随退火温度的升高而减小.VO 2薄膜的电阻与薄膜结晶状况和化学成分有关,通过XRD 和XPS 分析可知:退火温度在410e ~460e 范围内,薄膜结晶随温度的升高趋于良好,缺陷减少,处于 *能带的电子减少,禁带宽度增大,从而使薄膜电阻随退火温度的升高而增大.当退火温度升高至490e 时,随着过渡价态钒的增多,薄膜中的氧缺陷开始增加,禁带宽度减小,薄膜电阻又开始随退火温度的升高而降低,继续提高退火温度时,薄膜中逐渐发生重结晶现象,V 5+开始增加,薄膜电阻进一步减小.图5 在不同退火温度下的电阻-温度关系曲线Fig.5 Cur ve o f r esi stance vs.temperatur e of films annealedat defer enttemperature图6 在不同退火温度下薄膜电阻-温度系数的关系曲线 F ig.6 T emperature coefficient of resisance of films annealed at deferent temperature 由电阻-温度系数公式:TCR=1#5R R 5T,计算所制备薄膜在30e 时的电阻温度系数(TCR),图6为退火温度与电阻温度系数的关系曲线,由图可见,薄膜电阻温度系数随退火温度的变化同电阻随温度的变化情况一样呈现相同趋势,在410e ~450e 范围内T CR 随温度的升高而增大,在470e ~530e 段T CR 随温度的升高而降低,在460e 时,薄膜的电阻温度系数最大,达到312@10-2/e .研究表明[14]:VO 2薄膜半导体相的电阻温度系数与其激活特性有关,在不同退火温度下得到的薄膜结晶状况不同,且V 离子的价态和薄膜化学成分也有差异,所以由退火时引起的氧缺位也不尽相同,而这些情况都会对VO 2薄膜的激活能产生影响,从而影响薄膜的电学特性,改变其电阻温度系数.4 结语采用真空蒸发-真空退火工艺由V 2O 5粉末制备出VO 2薄膜,讨论了退火温度对薄膜制备的影响,经XRD 和XPS 分析发现,随退火温度的提高,薄膜中的钒离子不断地被还原,且随退火温度的不同,可得到不同晶型的VO 2薄膜.由于薄膜结晶状况、V 离子的价态和薄膜化学成分的差异导致薄膜电学性质相差较大,薄膜电阻以VO 2(A)型结构为分界点,在低温段410e ~460e 范围内电阻和电阻温度系数随退火温度的上升而增大,在高温段460e ~530e 范围内电阻和电阻温度系数随退火温度上升而减小.369第2期王静等:关于退火温度对VO 2薄膜制备及其电学性质影响的研究370四川大学学报(自然科学版)第43卷参考文献:[1]Balber g I,T rokman S.High-contrast opt ical stor ag e in V O2films[J].J.A ppl.P hys,1975,46(5):2111.[2]尚东,林理彬,何捷,等.特性二氧化钒薄膜的制备及电阻温度系数的研究[J].四川大学学报(自然科学版),2005,42(3):523.[3]Zachau-Chr istiansen B,West K,Jacobsen T.L ithium Insertion into VO2(B)(A).M at.Res.Bull[C].U SA:P erg amon PressLtd,1985,20:485.[4]Wang X J,L i H D,Fei Y J.X RD and R aman study of vanadium oxide thin film deposited on fused silica substrates by RFmagnetron sputter ing[J].A ppl.Surf.Sci,2001,8(14):8.[5]许,邱家闻,等.二氧化钒的结构制备与应用[J].真空与低温,2001,7(3):136.[6]Griffit hs C H,Eastwood H K.Influence of stoichiometr yon the meta-l semicondu-ctor transition in vanadium dio xide[J].J.Appl.Phys,1974,45(5):2201.[7]Cui J Z,Da D A,Iiang W S.Structure character ization of vanadium o xide 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T he effects of different annealingtemperature on the thin films are studied by use of X-ray diffraction(XRD), X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)and resistance-temperature testings.The result shows that the state of VO2thin films experiences M onolinic VO2(B)y Monolinic VO2(A)y T etragonal VO2when the annealing temperature elevates.The percentages of V4+are larg e in all three types of thin films and the largest is in the VO2(A)thin films.The electric property of thin films divides at460e:below460e the resistance and the temperature coefficient of resistance of the VO2(B)thin films increase w ith the increase of annealing tempera-ture,and above460e,the VO2thin films present the contrary tendency.Key words:vanadium dioxide(A-type)film;vanadium dioxide(B-type)film;vanadium diox ide(tetragona-l type)film;annealing temperature.。

光照因素在光热退火法制备多晶硅中的影响分析

引言快速光热退火是近年来制备多晶硅薄膜过程中的一种新兴工艺［１－２］，它克服了传统高温炉生长法用时长，成本高，结晶质量较差的问题［３－４］。

卤钨灯的光照因素是影响结晶质量的关键参数，所以研究光波频率与光照强度对多晶硅薄膜的影响，是改进发展光热退火法的一个重要研究方向。

１　实验我们制备ａ－Ｓｉ：Ｈ薄膜样品制备采用四室沉积设备，射频频率１３．６ＭＨｚ，工作气体是ＳｉＨ４＋Ｈ２混合气体，其中ＳｉＨ４气体混合比为１：５，压强１５０Ｐａ，射频功率８０Ｗ，沉积时基片预加热至２００℃，沉积时间为２ｈ，制备好的非晶硅薄膜经台阶测厚仪测定，厚度约为１０００ｎｍ。

将制备好的ａ－Ｓｉ：Ｈ薄膜进行快速退火，用　１２个卤钨灯　（上下各６个）作为光热退火的光源，高纯氮气保护压力为１个大气压。

一组为光热退火（１２个灯，温度７００℃）与不退火样品的对比；一组为采用相同数量卤钨灯照射，但退火温度不同；一组为采用相同升温速度和退火温度，但卤钨灯数量不同的比较，使用的电压也不同，以发现变化规律，研究作用机理。

２　结果与分析图１是ａ－Ｓｉ：Ｈ薄膜退火前后的ＸＲＤ图，Ａ图为薄膜退火前ＸＲＤ，散射峰在４８０ｃｍ－１附近，它对应非晶硅的散射峰，退火前薄膜ａ－Ｓｉ：Ｈ薄膜。

退火后散射峰在５１０ｃｍ－１附近，形状窄而锐，表示薄膜已经具有明显晶相结构。

光照因素在光热退火法制备多晶硅中的影响分析魏晋军西北师范大学知行学院，甘肃兰州　７３００７０马书懿西北师范大学物电学院ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－８９７２．２０１１．１６．０３２图１　样品退火前后的ＸＲＤ谱图图２　样品相同温度不同光强照退火的ＸＲＤ谱图图２是ａ－Ｓｉ：Ｈ薄膜采用相同的退火温度，但采用不同数量的卤钨灯照射样品的ＸＲＤ谱图，在２８°都有较强的衍射峰，说明择优取向仍为（１１１）晶向，用１０盏卤钨灯照射样品的（１１１）晶向峰要比１２盏卤钨灯照射样品的要强，说明使用１０盏灯照射的晶化效果要好，由于它们升温的速度和退火的速度是一样的，而１０Ｖ卤钨灯照射时，为了达到相同的升温速度，必须加大电源电压，导致卤钨灯发射的光子比较多。

多晶硅薄膜应力特性研究(1)

第20卷第6期半　导　体　学　报 V o l.20,N o.6 1999年6月 CH I N ESE JOU RNAL O F SE M I CONDU CTOR S June,1999　多晶硅薄膜应力特性研究张国炳　郝一龙　田大宇　刘诗美　王铁松　武国英(北京大学微电子学研究所　北京　100871)摘要　本文报道了低压化学气相淀积(L PCVD)制备的多晶硅薄膜内应力与制备条件、退火,用XRD、R ED等技术测量分析了多晶硅膜的微结构组成.结果表明,L PCVD制备的多晶硅薄膜具有本征压应力,其内应力受淀积条件、微结构组成等因素的影响.采用快速退火(R TA)可以使其压应力松弛,减小其内应力,并可使其转变成为本征张应力,以满足在微机电系统(M E M S)制备中的要求.PACC:6220,7360F,68601　引言多晶硅薄膜由于其特有的导电特性和易于实现自对准工艺的优点,在大规模集成电路(VL S I)的制备中有着广泛的应用.对多晶硅薄膜的导电特性已进行了深入的研究[1].近年来,随着集成电路的发展,特别是微机电系统(M E M S)的兴起,多晶硅膜作为M E M S中的基本结构材料,其机械特性直接影响着器件的性能和稳定性、可靠性.在M E M S应用中要求多晶硅膜本身具有较小的张应力且膜内有小的应力梯度,如果多晶硅膜内应力过大,会使M E M S结构层形变甚至断裂,造成器件失效.所以,控制制备工艺条件,使其具有较小的张应力,成为M E M S制造工艺中的一个很关键的问题[2,3].本文对L PCVD多晶硅薄膜的应力特性进行了实验研究,主要包括:制备工艺条件、退火温度和时间、掺杂浓度和微结构组成对其应力特性的影响.实验中采用薄膜全场应力测试系统测量薄膜的应力,用X光衍射(XRD)及反射电子衍射(R ED)等技术测量分析了多晶硅膜的微结构组成.2　实验2.1　实验样品制备实验样品采用在N型(100)单晶硅衬底热生长300～500nm厚的Si O2膜;再用低压化学气相淀积生长多晶硅薄膜,工艺条件为:淀积温度分别为575℃和610℃,压力30Pa,硅烷张国炳　男,1937年出生,教授,从事半导体器件物理及VL S I和M E M S中薄膜结构特性及应用研究郝一龙　男,1963年出生,副研究员,从事VL S I多层互连技术及M E M S器件和制备工艺研究1998202213收到,1998208225定稿流量20scc m;淀积速率分别为313nm m in和615nm m in;膜厚2Λm和800nm;离子注入磷(P+)对多晶硅掺杂;为研究应力特性与退火温度的关系,我们采用快速退火(N2保护),退火温度从800～1100℃,退火时间30S,并在1100℃下改变退火时间(10～60秒).2.2　薄膜应力测量采用我所研制的薄膜全场应力测试仪测量多晶硅薄膜应力[4].用光偏振相移干涉原理,通过测量由于薄膜应力引起的衬底形变或曲率半径的变化,再转换成薄膜应力,其应力分布可表示为:Ρ(x,y)=Ρx+Ρy2=E T2S6(1-Μ)t F[52W(x,y)5x2+52W(x,y)5y2](1)其中　E和Μ为硅衬底的扬氏模量和泊松比;T S和t F分别为衬底和薄膜的厚度.该测量系统有下列优点:(1)应力测量具有全场性,可在整片上同时测量形变和应力分布;(2)测量精度高,可达10N c m2量级(形变量小于63nm);(3)测试范围为1×102～1×106N c m2.实验中,我们采取分别测量膜淀积前后、退火前后的基片形变,根据上式计算出膜的应力值. 2.3　多晶硅薄膜微结构组成的分析采用X光衍射技术(XRD)测量分析了多晶硅膜的相结构组成,仪器为日本理光DM A X22400型X光衍射仪(Cu)靶.测量衍射峰的半高宽(FW HM),根据Scherrer公式[5]可算出晶粒尺寸:D=kΚ Β(2Η)co sΗB(2)式中　K=0.9;Κ=0.15409nm;ΗB为B ragg角;Β(2Η)为经修正后的半高宽.3　实验结果和讨论3.1　淀积条件和离子注入掺杂对多晶硅膜本征应力的影响表1给出了不同淀积温度和不同离子注入掺杂浓度的多晶硅薄膜应力测量结果.表1　不同淀积温度和离子注入掺杂浓度对应力的影响编号1#2#3#4#5#24#25#淀积温度 ℃610610610610610575575注入掺杂能量 keV浓度 c m-21004×10141008×10141008×1015未注入未注入1002×1016未注入应力Ρ(×104N・c m-2)掺杂前-1.35-2.04-1.71-1.69-2.13-0.31-0.19掺杂后-1.45-2.10-2.06-1.69-2.03-0.75-0.19表1测量结果表明,575℃和610℃淀积的多晶硅薄膜,其应力为均压应力,但575℃淀积膜的应力明显低于610℃淀积膜的应力.离子注入掺杂在未退火前使多晶硅膜的压应力增加.3.2　退火温度对多晶硅薄膜本征应力的影响图1给出了不同淀积温度、不同掺杂浓度的多晶硅薄膜的本征应力随退火温度变化的测量结果.可以看出,多晶硅薄膜本征压应力随退火温度升高而减小,说明退火温度升高使多晶硅膜内应力松弛.在开始阶段,应力松弛的温度与掺杂浓度有关,未掺杂多晶硅膜的应464 半　导　体　学　报　20卷力松弛温度约为1000℃,而掺杂后使多晶硅膜的应力松弛温度降低.当退火温度大于1000℃时,570℃淀积的多晶硅薄膜应力可从压应力转变为张应力,而610℃条件下淀积的多晶硅薄膜则需较高的温度.图1　多晶硅膜本征应力与退火温度的关系图2　多晶硅薄膜本征应力与退火时间的关系3.3　退火时间对多晶硅薄膜应力的影响多晶硅薄膜本征应力与退火时间的关系如图2所示.其中,退火温度为1100℃.从图2可以看出,在1100℃下,多晶硅薄膜本征应力随退火时间增加而变小,t ≥20s 时,本征应力从压应力转变为张应力.5646期张国炳等:　多晶硅薄膜应力特性研究 3.4　多晶硅薄膜微结构对本征应力的影响采用XRD 技术对不同的制备条件、不同退火条件的多晶硅膜的微结构进行了测量分析,结果表明,不同淀积条件和不同退火条件的多晶硅薄膜微结构有明显差异,这将对其内应力产生影响.图5　不同退火温度下多晶硅膜XRD 的谱(a )575℃下淀积、未掺杂;(b )575℃下淀积、掺杂;(c )610℃下淀积、掺杂.图3(见图版I )给出了575℃和610℃淀积的多晶硅薄膜XRD 谱.图3(a )为575℃下制备的样品,多晶硅膜具有较小的晶粒,平均尺寸D =16～17nm ,且取向较多:有(111),(220)(即(110)),(311)等晶向,其中(111)晶向的峰较强;同时,薄膜含有无定型的非晶成分.图3(b )为610℃下制备的多晶硅膜样品,晶粒尺寸较大,平均约为D =33nm ,晶粒生长具有明显的择优取向,即(110)方向,其他晶向的峰强度很小甚至消失,且不含有无定型成分.文献[5]中提到在不同温度下淀积多晶硅时,其微结构从非晶转变成多晶,转变温度在570℃左右.我们在575℃下淀积的薄膜包含有非晶和多晶的混合相,如图4(a )和(b )所示(见图版I ).这种结构的晶粒尺寸小、晶粒间界面积较大,取向中有较强的(111)方向,这种取向有明显的张应力增强作用[6],使膜的压应力变小,呈现出小压应力特性.610℃淀积的多晶硅膜晶粒较大(如图4(c ),(d )),有强的择优取向(110)方向,而(110)晶向将增强压应力[6],使薄膜有较大的压应力.离子注入掺杂在Si 中产生缺陷和损伤使压应力增大,随着退火温度增加,多晶硅膜微结构发生明显变化,使其晶粒长大即再结晶,如图4R ED 照片所示.从图5(a )、(b )中可以看出,经退火后衍射峰强度随退火温度升高而加强,并且晶粒尺寸增大,经1100℃30s 退火后,575℃下淀积的多晶硅膜掺杂样品的晶粒尺寸增至21nm ;610℃下淀积的薄膜的峰强度增加明显,未掺杂样品的晶粒尺寸4015nm ,而掺杂样品长大至46nm 左右,证明掺磷有促使晶粒长大的作用,这一点与文献报道一致[7].多晶硅微结构随退火温度的变化说明,经退火后多晶硅发生晶粒长大;其衍射峰强度增强表明发生再结晶后,择优晶向排列增强.再结晶是通过晶粒间界扩散使晶粒长大,晶粒间界面积变小,使体积收缩产生张应变[6],从而压应力松弛,即薄膜本征压应力减小甚至变成张应力.掺磷促进了再结晶过程,有利于压应力松弛,因此掺杂样品松弛温度稍低于未掺杂样品.664 半　导　体　学　报　20卷4　结论对L PCVD 多晶硅薄膜内应力与淀积条件和退火温度的关系进行了实验研究,结果表明575℃淀积的薄膜比610℃淀积的薄膜有较低的内应力.其内应力随退火温度增加及时间加长而减小,使压应力松弛,甚至可以变成张应力.多晶硅中掺磷有利于压应力松弛.XRD 、R ED 测量结果揭示了膜内应力的这些变化主要是由于薄膜微结构的改变引起的.575℃淀积的薄膜具有较小的晶粒尺寸,为非晶和多晶的混合结构,多种晶粒取向;610℃淀积的薄膜有较大的晶粒尺寸和明显优选的晶向.采用R TA 退火具有时间短,热积累少,对器件性能影响小的优点,可作为在M E M S 制备中控制多晶硅内应力的一种有效方法.参考文献[1]　T .I .Kam ins ,J .E lectrochem .Soc .,1980,127:686.[2]　M .M eh regang ,IEEE T rans .,E lectron D evices ,1988,35:719.[3]　KuehnelW .,Senso r &A ctuato rs ,1994,A 45:7～16.[4]　Guoying W u ,Guobing Zhang ,Yilong H ao ,P roc .of 11th IEEE VM I C ,Santa C lara ,U SA ,1994,221～229.[5]　G .H arbeke ,J .E lectrochem .Soc .,1984,131:675.[6]　J .H uang ,P .K rulevich ,M at .R es .Soc .P roc .,1990,182:201.[7]　Yasuo W ada ,J .E lectrochem .Soc .,1978,125:1499.Residua l Stress Properties of Polysil icon Th i n F il mZhang Guob ing ,H ao Y ilong ,T ian D ayu ,L iu Sh i m ei ,W ang T iesong ,W u Guoying(Institu te of M icroelectronics ,P ek ing U niversity ,B iej ing 100871)R eceived 13February 1998,revised m anuscri p t received 25A ugust 1998Abstract T h is p ap er has investigated the effets of p rocess conditi on ,annealing tem p era 2tu re ,annealing ti m e and dopp ed concen trati on on the residual stress of L ow P ressu re Chem ical V apo r D epo siti on (L PCVD )Po lysilicon th in fil m .T he m icro structu re of the fil m is studied by X 2ray diffracti on (XRD )and reflecti on electron diffracti on (R ED ).T he re 2su lts show that the in ital com p ressive stress is relaxed w ith annealing tem p retu re and ti m e by rap id therm al annealing (R TA ).H igh tem p reatu re of annealing (R TA )can change the state of the residual stress from com p ressi on to ten si on .T he low ten sile stress is su itab le fo r M icroelectrom echan ical System (M E M S ).PACC :6220,7360F ,68607646期张国炳等:　多晶硅薄膜应力特性研究。

薄膜厚度和退火温度对纳米多晶硅薄膜特性影响

赵晓锋等：膜厚度和退火温度对纳米多晶硅薄膜特性影响薄
薄膜厚度和退火温度对纳米多晶硅薄膜特性影响
赵晓锋，温殿忠，王天琦丁玉洁。，
（．１黑龙江大学黑龙江省普通高等学校电子工程重点实验室，黑龙江哈尔滨１０８；５００２黑龙江大学集成电路重点实验室，．黑龙江哈尔滨１０８）５００
晶硅薄膜，不同薄膜厚度纳米多晶硅薄膜分别在对
７０８０９０进行高温真空退火，过Ｘ射线衍射０、０、０ ℃ 通
（ＸＲＤ）Ｒａｎ光谱（ｍａ、发射扫描电子显微、ｍａＲａｎ）场
镜（Ｅ和原子力显微镜（Ｍ）究薄膜厚度、火ＳＭ）ＡＦ研退
结构特性进行研，给出薄膜厚度、退火温度对硅薄膜结构特性影响。
（ＰＶＤ）磁控溅射系统、光烧蚀沉积等方法制备ＬＣ、激
Ｉ）型单晶硅ａｐ
—一
Ｎａｏｐｌ￥ｌｏ１ｔｉｌｓｎｏｙｉｃ１ｈｎｆｍｉｉ
Ａｎｅｌｎａ
图１纳米多晶硅薄膜制作工艺流程
Ｆｉｂｉａｉｎｔｃｏｌｇｏｅｓｏｈａｏｐｙｉｃｈｎｆｌｇ１Ｆａｒｃｔｏ — ｅｈｎｏｙｐｒｃｓｆｔｅｎｎｏｌｓｌｏｎｔｉｉｍｓｉ
制备纳米多晶硅薄膜，ＰＶＤ系统工作气压４．９ＬＣ７９～５．３ａ沉积温度６０３３Ｐ，２ ℃。图１给出纳米多晶硅薄膜制备工艺示意图。图１ａ为ｐ型（０＞向单晶硅衬（）１０晶

薄膜厚度和退火温度对纳米多晶硅薄膜特性影响

（ＸＲＤ）、Ｒａｍａｎ光谱（Ｒａｍａｎ）、场发射扫描电子显微
镜（ＳＥＭ）和原子力显微镜（ＡＦＭ）研究薄膜厚度、退火
温度对薄膜结晶取向、表面形貌等结构特性影响。结
果表明，随薄膜厚度增加，薄膜取向显著且多晶特征明
（ＤＺＺＤ２０１０００１３）；黑龙江省教育厅科学技术研究资助项目（１１５２１２１５）
收到初稿日期：２０１０－０２－０９
收到修改稿日期：２０１０－０６－０１
通讯作者：温殿忠
作者简介：赵晓锋（１９８０－），男，黑龙江兰西人，博士，副教授，硕士生导师，主要研究方向为传感器。
赵晓锋等：薄膜厚度和退火温度对纳米多晶硅薄膜特性影响
１７５３
薄膜厚度和退火温度对纳米多晶硅薄膜特性影响＊
赵晓锋１，２，温殿忠１，２，王天琦２，丁玉洁２
（１．黑龙江大学黑龙江省普通高等学校电子工程重点实验室，黑龙江哈尔滨１５００８０；２．黑龙江大学集成电路重点实验室，黑龙江哈尔滨１５００８０）
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薄膜厚度为６３、９８ｎｍ时，（２８．４±０．２）°范围内出现衍射峰且强度随薄膜厚度增加而增强，同时在（４７．３± ０．２）°和（５６．１±０．２）°的范围内也出现衍射峰，与标准结晶取向卡比较，结晶峰分别为〈１１１〉晶向、〈２２０〉晶向和〈３１１〉晶向的硅衍射峰。对于沉积态薄膜，薄膜厚度越薄，单晶特征明显，但衍射峰强度较弱；随薄膜厚度增加，沉积态薄膜结晶峰强度显著增强且多晶特征显著，形成取向为〈１１１〉、〈２２０〉和〈３１１〉晶向的纳米多晶硅薄膜，择优取向为〈１１１〉晶向。各谱线衍射峰具有较大展宽，说明沉积态薄膜晶粒尺寸较小。

退火温度和气氛对GZO薄膜和LED器件性能影响王万晶-真空镀膜设备

退火温度和气氛对GZO薄膜和LED器件性能影响王万晶李喜峰张建华张金松（上海大学机电工程与自动化学院新型显示技术及应用集成教育部重点实验室，上海200072）东莞市汇成真空科技有限公司转载摘要：采用磁控溅射的方法将掺杂了三氧化二镓的氧化锌薄膜（GZO）沉积在p型氮化镓衬底上并通过离子刻蚀制备出LED芯片，研究在空气和氮气氛围不同温度退火后的透过率和LED芯片在氮气氛围400℃退火后的性能。

得如下结论：在氮气氛围下，400℃退火后透过率最高，为90.17%；空气退火后GZO薄膜的透过率比氮气退火的高；LED芯片400℃退火后，芯片的电压电流曲线有所改善，但芯片的亮度曲线和强度曲线均变差，说明磁控溅射的GZO电极的LED芯片不适合氮气氛围400℃退火。

关键词：LED GZO薄膜退火温度退火氛围1 引言ZnO是一种Ⅱ一Ⅵ族具有较大的禁带宽度(室温下为3.4eV的半导体材料，其电子亲和势为3.0eV，激子结合能为60eV，且导电性好，可以用作透明导电薄膜，由于其载流子浓度大、霍尔迁移率高、载流子迁移率高等特性，使其在薄膜场效应管上有很大的应用潜力,同时ZnO具有优异的光电，压电性能，使其在低压荧光，短波激光器，化学传感器，太阳能电池，场发射显示器等领域有着广泛的应用前景。

[1~5]制备ZnO薄膜的方法有很多如：磁控溅射、分子束外延(MBE)、电子束热蒸发、脉冲激光沉积(PLD)等，几乎所有的制膜方法都可以用来制备ZnO薄膜。

每种方法的制备原理不同，各有优缺点。

其中磁控溅射法镀膜可调节制备工艺参数；薄膜与衬底的附着性好；磁控溅射镀膜法获得的薄膜致密性好、纯度高，膜厚可控和重复性好。

[6~7]本文通过磁控溅射法制备出GZO薄膜在氮化镓外延片和玻璃基板上，在通过光刻刻蚀等基本工艺获得GZO电极的芯片，在不同的退火氛围和温度下研究了退火对透过率，晶体结构以及方块电阻的影响在400℃退火2 实验方法本文中，先使用硫酸：双氧水：去离子水的比列为5:5:1在常温下清泡外延片15mins，对氮化镓蓝光LED外延片表面进行氧化层的表面处理，然后依次在异丙醇溶液中超声清洗10mins，丙酮溶液中超声清洗10mins，然后在去离子水中超声清洗10mins，最后用氮气吹干。

退火温度和时间对制备多晶硅薄膜的影响

的前景。硅薄膜材料分非晶硅和多晶硅２，晶硅薄膜材种非料制造工艺相对简单，转换效率低、命短、定性差［但寿稳，将其进一步晶化成寿命长、转换效率相对高的多晶硅薄膜材料被认为是薄膜太阳能电池未来发展的方向，非晶硅薄膜将
０引言
太阳能电池作为一种清洁能源正越来越受到人们的重视。太阳能电池分为单晶硅、晶硅和薄膜太阳能电池等。多单晶硅和多晶硅电池技术成熟、率高，成本较高。薄膜效但
材料与单晶硅和多晶硅材料相比，成本降低方面具有诱人在
Ａｂｔａｔｓｒｃ
ＵｎｏｅｍｏｐｏｓｓｌｏｉｉｅｏｉｄｂｄｐｄａｒｈｕｉｃｎｆｍｓｄｐｓｔｙＰＥＣＤ，ｎｎｅｌｄａ５Ｃｏｈ，ｈ，ｈ，ｈ；ｉｌｅＶａｄａｎａｅｔ８０。ｆｒ２３６８
法）在玻璃上低温沉积非晶硅薄膜，利用常规电阻加热炉再退火制备多晶硅薄膜。
１实验
第一步，清洗过的石英玻璃衬底置于ＰＣＤ系统中，将ＥＶ
射频辉光放电分解ＳＨＨ制得非晶硅薄膜。真空度为ｉ＋５６１一ａ氢稀释比为９，积室中电极间距为２ｍ，． × ０Ｐ，５沉ｃ
ａｅａａｙｅｓｎｉｒ－ｍａｃｔｅｉｇａｄｓａｎｎｌｃｒｎｍｉｒｓｏｅＴｈｅｕｔｈｗｈｔｔｅｒｌｔｎｂ — ｒｎｌｚｄｕｉｇｍｃｏＲａｎｓａｔｒｎｎｃｎｉｇｅｅｔｏｃｏｃｐ．ｅｒｓｌｓｏｔａｈｅａｉｅｓｏｔｅｎｅｌｄｔｍｐｒｔｒｎｎｅｌｄｔｍｅｎｈｒｓｓｍｅｃｉｃｌｐｉｔ．ｗｅｎａｎａｅｅｅａｕｅａｄａｎａｅｉ，ａｄｔｅｅｉｏｒｉａｏｎｓｔＫｅｒｓｙｗｏｄＰＶＤ，ａＳ：Ｈｈｎｆｌ，ｐｔｈｎｆｌ，ｓｃｎａｙｃｙｔｌｚｔｎＥＣ — ｔｉｉｍｏｙＳｉｉｉｔｍｓｅｏｄｒｒｓａｌａｉ，Ｒａｎｓａｔｒｎｉｏｍａｃｔｅｉｇ，ＳＥＭ

激光退火技术对多晶硅太阳能电池薄膜处理的新进展

2.M.Oane Thermal fields in laser-multi-layer struc-tures interaction[外文期刊] 2007(10)
本文链接：/Periodical_kjxx-xsb200829046.aspx
科技信息
高校理科研究
激巍退火技木对蔓晶硅太阳雒电池薄膜处理的Байду номын сангаас进展
南通大学电子信息学院宋长青
［摘要］硅薄膜及其太阳电池研究已经成为国际光伏领域研究的热点。但硅薄膜太阳能电池在生产工艺上存在成本较高的问题，其中非晶硅薄膜的退火工艺是常ｊ约生产成本的一个重要环节。本文利用激光退火方法对高掺杂多晶硅衬底的非晶硅夕ｌ－＋－薄膜进行处理，实验结果表明。激光退火实现了非晶硅薄膜的晶化，电性能达到太阳能电池板的生产要求。［关键词］激光退火太阳能电池多晶硅薄膜
参考文献［１］薛清等．利用快速退火法控制非晶硅薄膜中纳米硅粒尺寸［Ｊ］．半导体技术，２００４，２９（１０）：２０—２６［２］Ｍ．Ｏａｎｅ，ｅｔｃ．Ｔｈｅｒｍａｌｆｉｅｌｄｓｉｎｌａｓｅｒ—ｍｕｌｔｉ—ｌａｙｅｒｓｔｒｕｃ－
ｔ吣ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｏｐｔｉｃｓ＆Ｌａ．．ｇｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，３９（１０）：
１．引言多晶硅太阳能电池由于材料价格低廉、制作工艺简单、适合大规模生产，从而成为当前太阳能电池的主要类型。太阳能电池衬底材料是太阳能电池制造中最昂贵的部分，使用高掺杂低纯度的衬底可以大大降低太阳能电池的成本。但是，这会大大降低太阳能电池的效率。利用低成本的高掺杂多晶硅衬底。生产低成本高效率太阳能电池的技术已成为太阳能电池获得广泛应用前景的关键技术。低成本的太阳能电池衬底材料中杂质含量高，不适合直接用于太阳能电池的制备，因此，必须在衬底上外延生长一层多晶硅薄膜。但是，多晶硅薄膜生长的高温工艺步骤，会将衬底中的杂质推进到外延层中，从而降低了太阳能电池的效率…。目前，国内外对于杂质扩散的控制，主要应用快速退火技术。快速退火技术是一种在短时间内对材料进行高温处理，与高温管式炉长时间加热效果相近的加热方式。快速退火高温过程时间短，一般快速退火的时间为１８０—３００秒。对于普通多晶硅衬底，杂质较少，由于杂质运动时问短，杂质的扩散距离有限。但是，对于高掺杂多晶硅衬底而言。衬底中的杂质在热驱动力和杂质浓度梯度的影响下，杂质的迁移率较高，在较短的时间内仍有较多的杂质迁移到外延多晶薄膜内。２．激光退火原理由于普通的退火方法在处理高掺杂多晶硅衬底上存在一些缺陷，因此，我们探索激光退火法对非晶硅外延薄膜进行结晶实验，以控制杂质在高温过程中向外延层的扩散。激光技术可以在短时间内（约３—５秒）将薄膜和衬底同时加热到薄膜的结晶点以上，高温作用时间短、温度高，且加热结束后的降温速度快，加热时间可控。衬底中的杂质受到热驱动的时间短，杂质运动距离更为有限。抑制了衬底中的杂质向薄膜中的扩散。同时，激光技术是一种自上而下的加热技术，在激光热扫描薄膜表面时，薄膜表面获得最高的温度，在衬底内形成了一定的温度梯度，这个温度梯度也能起到抑制衬底杂质向薄膜中扩散的作用。特别是当外延层的厚度较大时，此温度梯度的效应更加明显【２１。３．实验采用等离子增强化学气相沉积（ＰＥＣＶＤ）技术得到非晶硅外延薄膜，并利用激光退火技术对硅外延薄膜进行结晶实验。实验采用高掺杂多晶硅为衬底，利用ＨＱ一２型ＰＥＣＶＤ，使硅烷（Ｓｉｌｌ４）等离子化，在多晶硅衬底上得到一层非晶硅薄膜。沉积条件如下：射频电源功率５００Ｗ，外真空室真空度小于６× １０。Ｐａ，内真空室真空度小于３Ｐａ，分子泵频率７０４Ｈｚ，衬底温度为１５０℃，Ｓｉｌｌ４流量２０ｍｌＪｍｉｎ，沉积时间３０ｍｉｎ。采用ＪＩＩＭ一１ＧＸＹ－５００型激光器对获得的非晶硅外延膜进行退火处理。退火条件：光斑面积为６ｍｍ×６ｍｍ，电流２０ｍＡ，脉冲频率２０Ｈｚ，退火时间３０Ｓ，采用氮气保护。

退火温度和时间对制备多晶硅薄膜的影响

退火温度和时间对制备多晶硅薄膜的影响摘要：通过PECVD法于不同温度直接沉积非晶硅(a-Si∶H)薄膜,选择于850℃分别退火2h、3h、6h、8h,于700℃分别退火5h、7h、10h、13h,于900℃分别退火1h、3h、8h,分别于720℃、790℃、840℃、900℃、940℃退火1h,然后用拉曼光谱和SEM进行对比分析,发现退火温度与退火时间的影响是相互关联的,并且出现一系列晶化效果好的极值点。

关键词：PECVD法；非晶硅薄膜；多晶硅薄膜；二次晶化；拉曼光谱；扫描电镜0引言太阳能电池作为一种清洁能源正越来越受到人们的重视。

太阳能电池分为单晶硅、多晶硅和薄膜太阳能电池等。

单晶硅和多晶硅电池技术成熟、效率高,但成本较高。

薄膜材料与单晶硅和多晶硅材料相比,在成本降低方面具有诱人的前景。

硅薄膜材料分非晶硅和多晶硅2种,非晶硅薄膜材料制造工艺相对简单,但转换效率低、寿命短、稳定性差,将其进一步晶化成寿命长、转换效率相对高的多晶硅薄膜材料被认为是薄膜太阳能电池未来发展的方向,将非晶硅薄膜材料二次晶化成为多晶硅薄膜是有意义的研究方向。

多晶硅薄膜泛指晶粒在几(十)纳米到厘米级的硅薄膜。

制备多晶硅薄膜主要包括2个过程---沉积硅膜和再晶化。

2个过程都可采用不同的方法。

沉积可采用化学气相沉积法(CVD)和物理气相沉积法(PVD)。

低温下沉积硅薄膜难以形成较大的晶粒,不利于制备较高效率的电池,需要通过二次晶化技术,提高晶粒尺寸。

目前,二次晶化的方法主要有固相晶化法(SPC)金属诱导晶化(MIC)、区熔晶化(ZMR)等。

本实验先用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD法)在玻璃上低温沉积非晶硅薄膜,再利用常规电阻加热炉退火制备多晶硅薄膜。

1实验第一步,将清洗过的石英玻璃衬底置于PECVD系统中,射频辉光放电分解SiH4+H2制得非晶硅薄膜。

真空度为5.6×10-4Pa,氢稀释比为95%,沉积室中电极间距为2cm,工作气压为133.3Pa,放电功率为60W,沉积时间为2.5h,厚度约为0.84μm。

退火温度对LaAlZnO薄膜结晶特性的影响毕业论文

摘要ZnO薄膜由于具有优异的光学性能，成为近年来的研究热点。

氧化锌(ZnO)是一种直接带隙宽禁带II-VI族化合物半导体材料，其室温下禁带宽度约为3.37eV，激子束缚能高达60meV，远高于室温下的热离化能(26meV)，ZnO中的激子能够在室温下稳定存在，并且可以产生很强的光致激子紫外发射，非常适于制备室温或更高温度下低阈值、高效率受激发射器件。

由于ZnO在结构、电学和光学性质等方面有很多优点，并且ZnO薄膜的制作方法很多，如磁控溅射(Magnetron Sputtering)、脉冲激光沉积(PLD)、金属有机物化学气相沉积(MOCVD)、喷雾热解(SP)、分子束外延(MBE)等，使其在光探测器、表面声波器件、透明电极、太阳能电池等光电子器件领域有很大的发展前景。

不同元素掺杂于ZnO，可以改善其光学性能。

而制备高质量掺杂的ZnO薄膜对于实现以上的这些应用具有重要意义。

本文按照一定配比制备了LaAlZnO靶材，并采用磁控溅射法在170W的溅射功率下制备薄膜样品。

对样品在不同退火条件下进行XRD测定。

讨论退火温度对原子间距和结晶性能的影响等性质的影响。

具体容如下：利用磁控溅射法在盖玻片衬底上沉积了LaAlZnO薄膜，生长温度为400℃,溅射后对薄膜进行了400℃、500℃和570℃退火处理。

利用X射线衍射(XRD)对薄膜进行测试，测试结果：LaAlZnO薄膜样品在500℃和570℃退火时具有良好的（002）C轴择优取向性。

在一定温度围随退火温度的升高，（002）方向的衍射峰强度逐渐增强，半峰宽逐渐变小，结晶度增大，晶粒尺寸逐渐增大，原子面间距减小（即晶格常量变小）,从而使晶体质量变好。

关键词：ZnO薄膜；磁控溅射；XRD；结晶性能；退火处理AbstractBecause ZnO films have excellent optical performance, so it becomes a popular topic in recent time. ZnO has attracted great interest for its wide band gap (3.37eV) and relatively large exciton binding energy (60meV) at room temperature (RT). It has been regarded as one of the most promising candidates for the next generation of ultraviolet (UV) light-emitting diodes (LED) and lasing devices(LD) operating at high temperatures and in harsh environments.Because of the advantages in structure, electrical and optical propertie as wel as various methods for synthesizing ZnO thin films, such as megnetron sputtering, pulsed laser deposition, metal-organic chemical vapor deposition, spray pyrolysis, molecular beam epitaxy.etc. methods, ZnO thin films have widely applications in photodetectors, surficial acoustic devices, transparent electrodes, solar cells and so on.Doping different elements into ZnO can improve the optical properties ,and preparation of high-quality doped ZnO films achieving these applications becomes more significant.This article prepareds LaZnO target in accordance with a certain ratio,and using magnetron sputtering method prepared film samples under the sputtering power 170W . The samples is measured by XRD under different annealing conditions. Discuss the impact of annealing temperature on properties of atomic distance and crystal properties,etc. The detailed contents are as follows:Use magnetron sputtering deposited LaAlZnO film on cover glass substrate,the temperature of growth is 400℃, after sputtered the fi lms were annealed on 400℃, 500℃ and 570℃. Test the films by X-ray diffraction (XRD) , the test results are: LaAlZnO film samples annealed at 500℃ and 570℃ have a good (002) C-axis preferred orientation. In a certain temperature range (002) diffraction peak intensity of the direction gradually increased with annealing temperature increased, FWHM becomes smaller, the crystallinity increases, Atomic space decreases(thelattice constant quantitative becomes small),so make the crystal quality for better.Key Words: ZnO thin films; RF magnetron sputterin; XRD;Crystallizatio;Annealin目录引言1第一章 ZnO薄膜概述21.1 ZnO的基本性质21.1.1 ZnO的物理化学性质21.1.2 ZnO的基本结构21.1.3 ZnO的能带结构31.1.4 ZnO的电学性质51.1.5 ZnO的压电性能51.1.6 ZnO的受激发射61.1.7 ZnO的气敏性能61.1.8 综述71.2 ZnO主要制备原理介绍71.2.1 磁控溅射(Sputtering)71.2.2金属有机物化学气相沉积(MOCVD)91.2.3激光脉冲沉积(PLD)91.3 ZnO主要表征技术原理介绍101.3.1 X射线衍射技术(XRD)111.3.2 霍尔效应13第二章实验过程142.1 实验仪器142.1.1 磁控溅射仪142.1.2 退火炉152.1.3 X射线衍射仪152.2 溅射实验过程162.2.1 衬底的清洗162.2.2 溅射实验步骤162.3 退火介绍172.3.1 什么是退火182.3.2 退火的目的182.3.3 退火在半导体技术的应用18第三章测试现象与结果分析183.1 分析原理183.2 LaAlZnO薄膜退火处理193.3 讨论与结果193.3.1 退火温度对薄膜结晶特性的影响193.3.2 退火温度对薄膜原子间距的影响203.3.3 掺杂元素对薄膜晶格常数的影响22 结论22参考文献23辞错误!未定义书签。

多晶硅薄膜高温退火特性研究分析

多晶硅薄膜高温退火特性研究分析赵　杰1,李　晨2(1.深圳职业技术学院,广东深圳　518055;2.中国电子科技集团公司,北京　100846)摘　要:　利用原子力显微镜、二次离子质谱分析仪和探针,对多晶硅薄膜的高温退火特性进行了实验研究。

研究结果表明,多晶硅薄膜退火时出现的第二次反退火阶段,其物理起因是由于注入杂质在薄膜中的再分布;而在更高退火温度下,多晶硅薄膜会出现晶粒再结晶和再结晶弛豫过程,这些过程都会影响多晶硅薄膜的薄层电阻。

关键词:　多晶硅薄膜;高温退火;反退火中图分类号:　TN304.055 文献标识码:　A 文章编号:100423365(2006)022*******An Experimental Study on High2T emperature Annealing Behaviorof Polysilicon FilmsZHAO Jie1,L I Chen2(1.S henz hen Pol ytechnic,S henz hen,Guang dong518055;2.Chi na Elect ronics Technolog y Grou p Corp.,Bei j i ng100846,P.R.China)Abstract:　An experiment was conducted to study the high2temperature annealing characteristics of polysilicon films using atomic force microscope,secondary ion mass spectroscopy and probe.It has been shown that the second inverse annealing during polysilicon film annealing is physically induced by redistribution of implanted impurities in the film;and at higher annealing temperatures,grain recrystallization and recrystallization relaxing would take place in polysilicon films,which will have some effects on the sheet resistance.K ey w ords:　Polysilicon film;High2temperature annealing;Inverse annealingEEACC:　05201　引　言多晶硅薄膜应用十分广泛,如MOS和双极集成电路中的有源器件、微波器件和各种特殊功能的半导体器件;薄膜的层次已由单层发展到双层、多层;应用领域也已从栅极材料、互连材料发展到绝缘隔离、掺杂扩散源、多晶硅发射极、掺氧多晶硅2硅异质结、大面积显示驱动集成电路、太阳能电池和三维集成电路等各个方面。

退火处理对MgZn0薄膜性能的影响

退火处理对MgZn0薄膜性能的影响
退火处理是一种常见的表面处理技术，可以通过改变材料的晶体结构和金属原子的排列方式来调节材料的性能。

在MgZn0薄膜中，退火处理可以改善其结晶性能、机械性能和电学性能。

退火处理可以改善MgZn0薄膜的结晶性能。

在退火过程中，高温会使晶界能降低，晶界迁移并回复成更有序的结构。

通过选择合适的退火温度和时间，可以使薄膜中的晶粒尺寸增大，晶界清晰，晶格缺陷减少。

这种结晶性能的改善有助于提高MgZn0薄膜的晶体学性质和机械性能。

退火处理对MgZn0薄膜的电学性能也有影响。

在退火过程中，高温会促使薄膜中的杂质和缺陷重新分布，改变了材料的导电性能。

通过控制退火处理的温度和时间，可以调节MgZn0薄膜的载流子浓度和迁移率，从而改变其电导率和电学性能。

退火处理还可以降低薄膜的内应力，提高其稳定性和可靠性。

退火处理对MgZn0薄膜具有显著的影响。

通过合适的退火处理，可以改善薄膜的结晶性能、机械性能和电学性能。

这些改善有助于提高MgZn0薄膜的整体性能和应用范围。

在制备和使用MgZn0薄膜时，应充分考虑退火处理的重要性，并设计合适的退火工艺参数。

用快速光热退火制备多晶硅薄膜的研究

第34卷第2期人　工　晶　体　学　报 Vol.34　No.2 2005年4月 JOURNAL OF SY NTHETI C CRYST ALS Ap ril,2005用快速光热退火制备多晶硅薄膜的研究张宇翔,王海燕,陈永生,杨仕娥,郜小勇,卢景霄,冯团辉,李　瑞,郭　敏(郑州大学物理工程学院,郑州450052)摘要:用等离子体增强型化学气相沉积先得到非晶硅(a2Si:H)薄膜,再用卤钨灯照射的方法对其进行快速光热退火(RPT A),得到了多晶硅薄膜。

然后,进行XRD衍射谱、暗电导率和拉曼光谱等的测量。

结果发现,a2Si:H薄膜在RPT A退火中,退火温度在750℃以上,晶化时间需要2m in,退火温度在650℃以下,晶化时间则需要2.5h;晶化后,晶粒的优先取向是(111)晶向;退火温度850℃时,得到的晶粒最大,暗电导率也最大;退火温度越高,晶化程度越好;退火时间越长,晶粒尺寸越大;光子激励在RPT A退火中起着重要作用。

关键词:多晶硅薄膜;快速光热退火;固相晶化中图分类号:O484 文献标识码:A 文章编号:10002985X(2005)022*******Study on Polycryst a lli n e S ili con F il m s Preparedby Rap i d Photo2ther ma l Annea li n gZHAN G Yu2xiang,WAN G Hai2yan,CHEN Yong2sheng,YAN G Sh i2e,G AO X iao2yong,LU J ing2xiao,FEN G Tuan2hui,L I R ui,G UO M in(College of Physical Science and Technol ogy,Zhengzhou University,Zhengzhou450052,China)(R eceived3O ctober2004)Abstract:An a mor phous silicon fil m was deposited by p las ma enhanced che m ical vapor depositi on(PECVD)and annealed by tungsten hal ogen la mp s heating.The p r ocess can crystallize an a mor phoussilicon fil m in less durati on with l ower ther mal budget than traditi onal furnace annealing.The structure ofthe obtained polycrystalline Si fil m was studied by XRD,Ra man s pectr oscopy and dark conductivity.Theresults show that the annealing te mperature and annealing ti m e have a great effect on the crystallizati on ofa mor phous silicon thin fil m.Key words:polycrystalline silicon fil m;rap id phot o2ther mal annealing;s olid2phase crystallizati on1　引　言多晶硅薄膜是综合了晶体硅材料和非晶硅合金薄膜的优点,在能源科学、信息科学的微电子技术中有着广泛应用的一种新型功能薄膜材料[1]。

退火处理对CIGS薄膜物相及成分的影响

关健词：太阳电池；一步溅射；CIGS；退火
中图分类号：TM914.4+2
文献标识码：A
0引言
铜铟镓硒薄膜太阳电池是多元化合物太阳电池中最有代表性的一种。它具有光吸系数高、转换效率高、性能稳定、成本低等特点，是当前薄膜太阳电池研究领域的一大热点。铜铟镓硒薄膜作为铜铟镓硒太阳电池的吸收层，在整个电池中起着最为关键的作用。当前制备铜铟镓硒薄膜吸收层的方法有：共蒸发法［1］、一步溅射法［2］、溅射后硒化法［3］、电化学沉积法［4］、丝网印刷法等。其中溅射法沉积铜铟镓硒薄膜的方法，是通过对靶材一次溅射而沉积生成铜铟镓硒薄膜吸收层，操作简单、工参数易控制，对产业化生产具有重大意义。
［2］ Shi J H，Li Z Q，Zhang D W，et al. Fabrication of Cu（In，Ga）Se2 thin films by sputtering from a single quaternary chalkogenide target ［J］. Progress in Photovoltaics: Research and Applications， 2011， 19 （2）: 160—164.
退火前 24.51 20.44 6.06 48.99 0.91
0.23
500 25.78 21.16 7.05 46.01 0.91
0.25
550 26.22 20.53 7.98 45.27 0.92
0.28
2.3 拉曼光谱分析
为研究样品表面物质所发生的变化，对样品做了激光拉曼光谱分析，拉曼光谱是样品中分子振谱分析，从拉曼光谱中可知道存在的物质分子种类，
104
(101) (211) (008/400)

退火温度和时间对制备多晶硅薄膜的影响

退火温度和时间对制备多晶硅薄膜的影响靳瑞敏;王玉仓;陈兰莉;罗鹏辉;郭新峰;卢景霄【期刊名称】《材料导报》【年(卷),期】2010(024)006【摘要】通过PECVD法于不同温度直接沉积非晶硅(a-Si:H)薄膜,选择于850℃分别退火2h、3h、6h、8h.于700℃分别退火5h、7h、10h、13h,于900℃分别退火1h、3h、8h,分别于720℃、790℃、840℃、900℃、940℃退火1h,然后用拉曼光谱和SEM进行对比分析,发现退火温度与退火时间的影响是相互关联的,并且出现一系列晶化效果好的极值点.【总页数】3页(P89-91)【作者】靳瑞敏;王玉仓;陈兰莉;罗鹏辉;郭新峰;卢景霄【作者单位】南阳理工学院太阳能电池研究所,南阳,473000;郑州大学材料物理教育部重点实验室,郑州,450052;南阳医学高等专科学校,南阳,473004;南阳理工学院太阳能电池研究所,南阳,473000;南阳理工学院太阳能电池研究所,南阳,473000;南阳理工学院太阳能电池研究所,南阳,473000;郑州大学材料物理教育部重点实验室,郑州,450052【正文语种】中文【相关文献】1.高能球磨时间和退火温度对制备TiNi合金粉的影响 [J], 马维刚;起华荣;王效琪;成佳;史庆南;陈亮维2.薄膜厚度和退火温度对纳米多晶硅薄膜特性影响 [J], 赵晓锋;温殿忠;王天琦;丁玉洁3.衬底和退火温度对多晶硅薄膜结构及光学性质影响 [J], 路晓翠;周炳卿;张林睿;张娜4.AIC多晶硅薄膜的制备与其上HWCVD低温外延生长多晶硅薄膜的研究 [J], 唐正霞;沈鸿烈;江丰;张磊5.铝诱导法制备多晶硅薄膜的膜层间结合力影响机制 [J], 段永利;臧浩天;邓文宇;齐丽君;杜广煜;谢元华;刘坤因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

多晶硅薄膜的制备方法

多晶硅薄膜的制备方法1.热退火法热退火法是多晶硅薄膜最常用的制备方法之一、首先，在硅基底上通过物理气相沉积或化学气相沉积方法制备非晶硅薄膜。

然后，通过高温热退火过程，在适当的温度下使非晶硅薄膜晶化为多晶硅薄膜。

热退火的温度和时间可以根据具体需求进行调节。

2.金属诱导侧边凝聚法金属诱导侧边凝聚法是通过在非晶硅薄膜旁边加入一层金属薄膜，利用金属和硅之间的反应，使非晶硅薄膜晶化为多晶硅薄膜。

在加热过程中，非晶硅薄膜结构发生变化，晶化核心从金属和硅界面开始生长，最终形成多晶硅薄膜。

这种方法可以获得较高质量的多晶硅薄膜。

3.电子束热退火法电子束热退火法是一种高能量束束退火技术，适用于较大面积的多晶硅薄膜制备。

在该方法中，利用电子束炉对非晶硅薄膜进行加热，使其晶化为多晶硅薄膜。

电子束热退火过程中，可以控制退火温度和时间，从而获得所需的多晶硅薄膜结构。

4.局部激光结晶法局部激光结晶法是一种非接触式的多晶硅薄膜制备方法。

在该方法中，通过激光束对非晶硅薄膜进行扫描，局部加热使非晶硅薄膜晶化为多晶硅薄膜。

局部激光结晶法可以实现高精度的晶化控制，并且对硅基底产生的热影响较小。

5.微波诱导加热法微波诱导加热法是一种通过微波加热非晶硅薄膜来实现多晶硅化的方法。

在该方法中，通过微波功率的调节，控制非晶硅薄膜的加热过程，使其晶化为多晶硅薄膜。

微波诱导加热法具有加热均匀、响应速度快的特点，适用于大面积多晶硅薄膜的制备。

综上所述，目前多晶硅薄膜的制备方法包括热退火法、金属诱导侧边凝聚法、电子束热退火法、局部激光结晶法和微波诱导加热法等。

这些方法各具特点，可以根据具体需求选择合适的方法进行制备。

未来，随着科技的进步，多晶硅薄膜的制备方法还将不断创新和改进，以满足不同应用领域的需求。

退火条件对多晶硅薄膜光电性能的影响

Ｖｏ．５（．１２＿２ＪＭａ－ｌ．２ｘ７（）
文章编号：０８—１ｏ（０７ｏ１０４２２ｏ１２—０９ —０１２４
退火条件对多晶硅薄膜光电性能的影响
陈城钊邱胜桦陈洪财林璇英２，，，
（．山师范学院物理与电子工程系．１韩广东潮州５１４；．２０１２汕头大学物理系．广东汕头５５６）１０３
谱．Ｔｕ由ａｃ图得到薄膜的光学带隙Ｅ．在遮光真
Ｏ引言
多晶硅薄膜已被成功地应用于太阳能电池、集
空屏蔽室中使用ＫＩＬＹ１型高阻测试仪测量ＥＴＥ６７Ｈ
成电路、薄膜晶体管（Ｆ）１ｒ以及一些新型的光电传感器、测器等领域．探因此，如何获得优质的多晶硅薄膜一直是国内外众多研究者的研究热点．
本文主要讨论不同退火工艺即射频氢等离子体的功率、衬底温度、退火时间等条件对薄膜微结构及
Ｓ—Ｈ键合模式的影响，ｉ以及由此对薄膜暗电导率和光学带隙的影响．
１实验与样品
实验所用衬底为玻璃和单晶硅（１）以供不Ｉ１，同的测试之用．非晶硅薄膜是用等离子体增强化学
黑
迁移率增加很多；另一方面，晶化后材料的带隙变窄，导带载流子浓度显著增加．根据电导率公式盯：ｎｚ载流子浓度１ｅ，／７，和迁移率的增加都将使电
从表１可以看出，同条件下制备的有晶化结不
旦
苫
七
果的薄膜都具有较高的暗电导率，ｌ。ｌ达Ｏ。Ｏｎ～・ｍ～，ｃ比非晶硅薄膜的暗电导率ｌＯｌＯ

多晶硅薄膜的制备方法

多晶硅薄膜的制备方法快速热退火(RTA)一般而言，快速退火处理过程包含三个阶段：升温阶段、稳定阶段和冷却阶段。

当退火炉的电源一打开，温度就随着时间而上升，这一阶段称为升温阶段。

单位时间内温度的变化量是很容易控制的。

在升温过程结束后，温度就处于一个稳定阶段。

最后，当退火炉的电源关掉后，温度就随着时间而降低，这一阶段称为冷却阶段。

用含氢非晶硅作为初始材料，进行退火处理。

平衡温度控制在600℃以上，纳米硅晶粒能在非晶硅薄膜中形成，而且所形成的纳米硅晶粒的大小随着退火过程中的升温快慢而变化。

在升温过程中，若单位时间内温度变化量较大时(如100℃/s)，则所形成纳米硅晶粒较小(1.6~15nm)；若单位时间内温度变化量较小(如1℃/s)，则纳米硅粒较大(23~46nm)。

进一步的实验表明：延长退火时间和提高退火温度并不能改变所形成的纳米硅晶粒的大小；而在退火时，温度上升快慢直接影响着所形成的纳米硅晶粒大小。

为了弄清楚升温量变化快慢对所形成的纳米硅大小晶粒的影响，采用晶体生长中成核理论。

在晶体生长中需要两步：第一步是成核，第二步是生长。

也就是说，在第一步中需要足够量的生长仔晶。

结果显示：升温快慢影响所形成的仔晶密度。

若单位时间内温度变化量大,则产生的仔晶密度大；反之，若单位时间内温度变化量小，则产生的仔晶密度小。

RTA退火时升高退火温度或延长退火时间并不能消除薄膜中的非晶部分，薛清等人提出一种从非晶硅中分形生长出纳米硅的生长机理：分形生长。

从下到上，只要温度不太高以致相邻的纳米硅岛不熔化，那么即使提高退火温度或延长退火时间都不能完全消除其中的非晶部分。

RTA退火法制备的多晶硅晶粒尺寸小，晶体内部晶界密度大，材料缺陷密度高，而且属于高温退火方法，不适合于以玻璃为衬底制备多晶硅。

等离子体增强化学反应气相沉积(PECVD)等离子体增强化学反应气相沉积(PECVD)法是利用辉光放电的电子来激活化学气相沉积反应的。

起初，气体由于受到紫外线等高能宇宙射线的辐射，总不可避免的有轻微的电离，存在着少量的电子。