半导体薄膜材料的制备研究现状.方案

XRD分析结果
根 据 XRD 分
析图谱，我们能
明显的看出伴随 着热处理温度的 升 高 ， RuO2 和 SiO2 发 生 了 相 位 分离。
四点探针表面电阻测量结果
随着Ru/Si比率 的上升，电阻率在 增大，而随着热处
理温度的增加，电
阻率在不断下降。
FTIR光谱检测结果
检测结果如右图，除了
Ru-O 和 Si-O-Si 键的光谱，还 有1620cm-1水的光谱，图中可 以看出随着热处理温度是升 高， Ru-O和Si-O-Si键的波谷
使用低温电弧气相沉积能够成功制备一种在Si/SiO2衬底上的无裂纹TiO2薄膜，而
直接沉积TiO2薄膜会存在高的界态和漏电电流，退火处理后可减小一个量级。因此， 相比其他沉积技术，低温电弧气相沉积可制备低漏电电流的TiO2薄膜。
Preparation and characterization of transparent semiconductor RuO2–SiO2 films synthesized by sol–gel route 溶胶-凝胶技术
2.2 分 类
2.3
CVD的化学反应
700-1000 ℃ SiH4 ——— Si + 2H2 SiHCl3 +H2 ——Si + 3HCl 900°C 2SiI2 —— Si +SiI4
热分解反应 氧化还原反应 歧化反应
三、其他方法 3.1液相外延
假设溶质在液态溶剂内的溶解度随温度降低而减小， 那么当溶液饱和后再被冷却时，溶质析出，若有衬底与饱 和溶液接触，则溶质会在适当的条件下外延生长在衬底上。
制备过程： 在含有30 mM Sncl2、100 mM Na2S2O3、60 mM K4P2O4、 的溶液中，PH值用HCl稀释，所有物质采用分析纯浓度，沉 积在三电极体系中发生，采用恒电压沉积Sn2S3薄膜。 采用ITO导电玻璃作为工作电极，pt片作辅助电极，标准 甘汞电极作为参考点击； 工作电极和辅助电极用丙酮和乙醇超声反复清洗，然后再用 蒸馏水清洗，沉积过程要搅拌着保持30℃的温度20分钟，电 压-0.8V，有效沉积面积是1×2cm2，最后在Ar气环境中，温 度在250℃下退火60分钟。
真空蒸发镀膜（包括脉冲激光沉积、分子束外延）
溅射镀膜 离子成膜
2.1真空蒸发镀膜工艺方法 （1）对于单质材料，按常见加热方式有电阻加热、电子 束加热、高频感应加热、电弧加热和激光加热。
1）电阻加热 2）电子束加热 3）高频感应加热
4）电弧加热
5）激光加热 6）分子束外延(MBE) 7） 脉冲激光沉积(PLD)
振动减弱，经分析，可能是
由于RuO发生了分解。
紫外光透射率测量结果
从 图中可以看出， Si/Ru的比例越大， 薄膜对紫外光的透 射率越大，而热处 理之后也可以提高 薄膜对紫外光的透 射率。
载流子浓度检测结果
经过一台霍尔测量仪 检测，发现伴随着热处理
温度的上升载流子浓度得
到了增加。载流子迁移率 经热处理发生了急剧下降， 但随着热处理温度升高， 载流子迁移率又缓慢的上
溶解 水解
前驱体
缩聚
老化
溶液
溶胶
凝胶
凝胶
金属醇盐 水解和缩聚 溶剂（甲醇、乙醇等） 水 催化剂（酸或碱） 干燥 干凝胶
涂层 溶胶 陈化
成型
湿凝胶
热 处 理
成品
制备过程
1 、将不同量的 RuCl3 · 3.5H2O 溶于 30ml 无水乙醇，在室温下 用磁力搅拌器搅拌1h，得到RuO2胶体。 2、1mmol TEOS（正硅酸乙酯）分别溶于无水乙醇，并加入 少量 HCl 以催化水解，同样在室温下搅拌 2h ，得到 SiO2 胶体。 3、将RuO2胶体与SiO2胶体根据不同的Ru/Si比率（1/5, 1/10, 1/20, 1/30）分别混合并搅拌1h，得到RuO2/SiO2混合胶体。 4 、混合过后的胶体通过旋涂法在清洁的石英基底上得到混 合薄膜。 5、之后将这些薄膜在60℃烘烤5分钟。 6 、最后将这些涂层分别在 400 、 500 、 700 ℃以 150 立方厘米 每分钟的N2流动气氛中热处理30分钟，得到最后的薄膜结构。
2.2
溅射镀膜（sputtering deposition）
溅射镀膜：是指在真空室中，利用荷能粒子轰击镀料表面， 使被轰击出的粒子在衬底上沉积的技术。 （1）直流溅射镀膜（阴极溅射） （2）射频溅射镀膜 （3）磁控溅射镀膜 （4）离子束溅射
+
2.3
离子成膜
1). 离子镀及其原理： 真空蒸发与溅射结合的镀膜技术，在镀膜的同时，采用带 能离子轰击基片表面和膜层，使镀膜与离子轰击改性同时进 行的镀膜技术。 即利用气体放电产生等离子体，同时，将膜层材料蒸发，
实验原理图：
从XRD图中可以看出， 沉积的Sn2S3薄膜，除了衬 底ITO的衍射峰之外，在 31.9°, 32.5° 和 37.9°这 三个角度还含有相对斜方 晶系的Sn2S3的衍射峰，对 应于(211), (240) 和(250)面， (211)晶面有最大的结构系 数1.845，并可以算出晶粒 尺寸大约25 nm。 热处理之后的衍射峰强 度有所增加，此外，在斜 方晶系的Sn2S3 薄膜的 27.6°, 30.9° 和 33.5°处 还有三个衍射峰,对应于 (230), (310) 和(150)面， (310)晶面有最大的结构系 数2.269，并可以算出晶粒 尺寸大约30nm。
薄膜半导体材料制备研究现状
小组成员：XXX
薄膜制备方法按物理、化学角度来分，有：
一、物理成膜 PVD 二、化学成膜 CVD 三、其他方法
一、物理成膜 1. 定义
利用蒸发、溅射沉积或复合的技术，不涉及到化学反应,
成膜过程基本是一个物理过程而完成薄膜生长过程的技术, 以PVD为代表。 2. 成膜方法与工艺
55.06°均出现波峰，这些位置分别对应着TiO2（101）、TiO2（200）、TiO2（211）。
左图分别为直接在Si衬底上
沉积TiO2薄膜、在Si衬底上沉积
并退火处理、在Si/SiO2衬底上沉 积TiO2薄膜 、在Si/SiO2衬底上 沉积并退火处理，这些图均没有 明显的裂纹和孔，退火温度的增 加会导致随机分布的一些集群数 量的增加，退火处理后的薄膜表 面更光滑，在Si/SiO2衬底上沉积 TiO2薄膜退火后效果更明显。
热处理提高了薄膜的结晶度
微观形貌
图a展现了一个密集的表面覆盖的颗粒形态，颗粒尺寸范围大概是 50 - 100nm，一些立方颗粒长度达到大于300 nm。 图b展现了热处理后的薄膜呈现一种棒状纳米结构，直径大约50100nm，长度大约1000nm，沿着不同方向分布着，中间夹着很深的空隙， 形成一种纳米网状结构。 该过程是一个熔融再结晶的过程。
Electrochemical preparation and characterization of three-dimensional nanostructured Sn2S3 semiconductor films with nanorod network 带有纳米棒网络的三维纳米结构硫化锡半导体薄膜的电化 学制备方法与特性 制备原理： 电沉积的理论基础是电解定律。当电流通过电解质溶液时，与 电源正极相连的阳极发生氧化反应，与电源负极相连的阴极发 生还原反应，在稳态条件下，电子将全部参加反应，在电极表 面形成沉积层。
O2的炉中退火30min，退火温度为500℃，再缓慢冷却至室
温。
图(a)和图（b）分别展示了TiO2薄膜通过LTAVD技术在Si衬底和Si/SiO2衬底沉积的X
射线衍射模式，它们退火温度均在500℃。图b中SiO2薄膜与TiO2薄膜都是非晶态的，当 退火温度为500℃，结构开始由非晶态转化为晶态Hale Waihona Puke Baidu织，在2θ=25.30°, 48.03°以及
一部分物质被离化，在电场作用下轰击衬底表面（清洗衬
底），一部分变为激发态的中性粒子，沉积于衬底表面成 膜。 2).离子镀的分类 （1） 空心阴极离子镀（HCD） （2）多弧离子镀
二、 化学气相沉积(CVD) 2.1 化学气相沉积的基本概念 气相沉积过程中沉积粒子来源于化合物的气相分解反应， 因此，称为化学气相沉积（CVD），否则，称为物理气 相沉积（PVD）。
升。

电弧蒸汽低温沉积（LTAVD）是一种物理气相沉积方法
Schematic diagram of LTAVD

制备过程
首先将N型硅衬底加热到900℃，由于快速热氧化作用
在其表面生成SiO2 薄膜，然后通过低温电气相沉积将TiO2
薄膜沉积在N型Si和Si/SiO2衬底上。
低温电气相沉积的具体过程是：Si/SiO2衬底采用负偏 压，放置真空炉中加热到200℃，真空炉气压为4x105mbar（毫巴），Ti电极产生电弧，然后通入氧气形成等离 子，沉积在衬底上形成TiO2薄膜。沉积后的薄膜放在通有
溶胶-凝胶（Sol-Gel）法是一金属有机化合物、金属无机化合物 或上述两种化合物作为前驱体，溶于溶剂中形成溶胶，将干净 的玻片或其它基片插入溶液，或滴数滴溶液在基片上，用离心 甩胶等方法敷于基体表面形成胶体膜，经过水解缩聚反应逐渐 凝胶化，在经过干燥、烧结或热处理等后续处理工序，获得所 需的氧化物或其他化合物。
能带隙 根据曲线的切线和X轴的 交点可以得出，沉积得 到的薄膜能带隙是 1.87eV，而热处理的能 带隙是1.65eV，发现热 处理之后的能带隙减小 了，这是半导体薄膜的 一个正常现象，这是由 于Sn2S3 薄膜的晶体尺寸 的增加导致的。
电气性能
有锡空穴的形成P型半导体，有硫空穴的形成N型半导体， 热处理后的Sn2S3 薄膜的载流子迁移率高是由于形成了纳米 网状结构。