半导体薄膜材料的制备研究现状教学内容

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)
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。
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。
实验原理图：
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 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
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
电气性能n2S3 薄膜的载流子迁移率高是由于形成了纳米 网状结构。
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。
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。
Electrochemical preparation and characterization of three-dimensional nanostructured Sn2S3 semiconductor films with nanorod network
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组织，在2θ=25.30°, 48.03°以及 55.06°均出现波峰，这些位置分别对应着TiO2（101）、TiO2（200）、TiO2（211）。
（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， 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）。
2.2 分 类
2.3 CVD的化学反应
➢热分解反应 ➢氧化还原反应 ➢歧化反应
SiH4 —700—-100—0 ℃Si + 2H2 SiHCl3 +H2 ——Si + 3HCl 2SiI2 —900—°CSi +SiI4
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。