siβ-fesi2si異質結研究(存儲版)

　　

【正文】 ne β－FeSi2 films, 1991, 45(15), 88228824.[45] Alvarez J, , , , and : Electronic structure of ironsilicides grown on Si(100) determined by photoelectron spectroscopies, , 45(24), 1404214051.[46] , : Electrical properties of Codoped and Nidoped βFeSi2, 84(3): 1408一1411.[47] , et al., Effect of target positions on the crystallinity ofβFeSi2 prepared by ion beam sputter deposition method, Thin Solid Films, 2004 , 461: 1721.[48] , et al., Fabrication of βFeSi2 Thin Film on Si(111) surface by Solid PhaseEpitaxy(SPE) Analyzed by Means of Synchrotron Radlation XPS (SRXPS), ANALYTICALSCIENCES 2001, SUPPLEMENT: 1107311076. 致 謝 詞本論文在完成過程中，遇到了很多的問題和困難，特別是在寫作初期的查閱資料和相關軟件學習。隨著退火溫度的升高，薄膜樣品表面的顆粒逐漸長大，小的顆粒逐漸合并。 退火溫度對βFeSi2的顯微結構的影響1001151，1001152，1001153，1001154,，1001155,，1001156樣品所對應的SEM圖像如圖所示： 1001151樣品的SEM圖像（10K） 1001152樣品的SEM圖像（10K） 1001153樣品的SEM圖像（10K） 1001154樣品的SEM圖像（10K） 1001155樣品的SEM圖像（10K） 1001156樣品的SEM圖像（10K） 由圖可看出經900℃15小時退火后，樣品表面已有晶粒出現，晶粒的大小尺寸約為5181。　　所制備樣品的編號900℃890℃880℃900℃910℃920℃15h100115110011521001153100115410011551001156由于對于生成100 nm厚度的β－FeSi2薄膜最佳條件的研究，本實驗小組先前已經進行研究了，確定為900℃條件下退火15小時。2θ測角范圍為10176。通過特定的設置熱處理工藝的退火溫度，來分析其對FeSi化合物薄膜生長的影響。6） 關閉空氣。頻率顯示為704時，分子泵進入正常工作狀態。關取樣室閥門2，同時關取樣室的分子泵2，隨后關機械泵2。超聲波清洗是半導體工業中廣泛應用的一種清洗方法。2.. 實驗所需條件鐵靶純度： %，鐵靶規格：60 mm（直徑）3 mm（厚度），基體材料為Si（100）單面拋光片，電阻率為7－13 。本論文使用的退火裝置是SGL80型高真空熱處理裝置。反應濺射是在通入Ar 氣的同時通入相應的活性氣體, 使金屬原子與活性氣體在濺射沉積的過程中, 由濺射原子與活性氣體分子在襯底表面發生化學反應而形成的。受轟擊的固體通常稱為靶材, 濺射出的物質都呈原子狀態, 也可能有原子團, 常稱為濺射原子。　制備儀器簡介　磁控濺射儀簡介　　本實驗所用的是中科院沈陽科學儀器研制中心有限公司生產的“JGP560cⅤⅢ型帶空氣鎖的超高真空多靶磁控濺射鍍膜系統”，該系統能夠裝載五個靶材，（其中有A靶B靶是直流磁控濺射的靶位，C靶為射頻磁控濺射的靶位，D靶F靶為斜對著的兩個靶位，可以同時混合濺射兩種離子），能夠實現雙靶、反應濺射等功能。研究多晶βFeSi2體材料及薄膜的電輸運性質，測量結果顯示其室溫電阻率約1 Ω非有意摻雜的βFeSi2一般顯示p型導電，Fe/Si原子比變化或摻雜可使其導電類型發生變化。薄膜中出現何種取向關系與制備方法和所選的基片有密切聯系。在300500℃時，γ會不可逆轉的轉變為比較穩定的β相。β－FeSi2在室溫至900 ℃是比較穩定的態，當溫度高于950 ℃時，β－FeSi2將逐步轉化為具有四方結構的α－FeSi2（每個單胞內只有3個原子，其晶格常數為a ＝ b ＝ nm，c ＝ nm），它是一種金屬態。他們發現，在退火時間為2 h,退火溫度為600℃時生成的薄膜質量較好。研究結果表明：調整注入能量和劑量，可以得到厚度不同的βFeSi2表面層和埋入層。[29]和Lourenco M A[30]等人采用固相外延技術(SPE)在Si襯底上生長βFeSi2薄膜。每年有34次這方面的學術活動。英國和德國在2000年前就合作開展那一個叫ESPRIT的有關環境硅化合物半導體材料的研究計劃。為了使成熟的硅集成工藝在光電子領域中得到應用，學術界在探索研究硅基半導體新材料方面做了許多工作．尋找新型光電子材料，以實現光電子器件與微電子器件的集成一直受到人們很大的重視．多孔硅曾一度被認為是為硅基光電子材料提供了一條可能途徑，但由于其存在的某些問題，如發光不穩定，與常規的集成電路工藝不相容等，使其實際應用前景不容樂觀。利用這些金屬制備的硅化合物材料中，β－FeSiCa２Si、Ru２Si３等表現出良好的半導體性質。鑒于以上介紹的關于傳統材料對環境的危害，材料科學家們提出環境友好材料的思想[1]，試圖改變這一現狀。采用X－射線衍射和掃描電子顯微術對薄膜晶體結構和顯微結構進行了表征。Abstract The Fe film with thickness of 900 nm was deposited on ptype Si(100) substrates by DC magnetron sputtering. Then, the film was annealed in the temperature rang of 900 ℃ to 960 ℃ for 15 hours to 60 hours to form FeSi pounds. The effects of annealing on the formation and structure of FeSi pounds on the film are analyzed. The structural properties of Fe/Si films are characterized by the Xray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The XRD results show that various FeSi pounds and some oxides of Fe and Si are formed in the films. The grains on the surface bee large and connect together with the increasing of temperature.Key words: Magnetron sputtering。由于微電子產業發展的需要，一些有毒或者資源儲藏量十分有限的元素如Ga、As、In、P、Se、S、Pb、Te等，至今仍被大量使用著，這對人類賴以生存的地球環境構成了極大的威脅。β－FeSi2自古作為熱電發電材料而被廣泛研究，且采用以燒結為主的制造方法，純度不是很高。同時該系統化合物中的半導體相β－FeSi2，還具有一系列優良的特性，如其制備方法與現有的硅基微電子工藝相兼容，被認為是準直接帶隙材料[4][7]，對應于現代光通訊的特征頻率范圍，在紅外光譜區具有高的光吸收系數（105 cm1）[8]，具有大的Seeback系數[9]，理論上高達1623%的太陽能轉換效率[10]，因此，β－FeSi2薄膜是作為光傳感器、太陽能電池的理想材料。在材料和器件的制備方面，英國的Surrey大學的Kevin ，并發表了此LED在紅外發光的結果。早期的研究者們主要是采用分子束外延（MBE)和離子束合成（IBS）技術制備樣品，為了降低制備成本及將來工業化生產的目的，近期日本的研究者開始嘗試用磁控濺射（MS）[20]方法制備β－FeSi2薄膜，并且通過光電性質的測量研究其帶隙及輸運性質。中科院上海信息功能國家重點實驗室[32]采用超高真空鍍膜外延法，進行了βFeSi2薄膜的制備及性質研究。它有效地解決了PLD法中產生微滴的技術缺陷。羅勝耘等[40]采用非質量分離離子束注人沉積法(IBD)制備βFeSi2多晶薄膜，并通過XRD、SEM和AFM分析得出結論：600℃700℃是IBD法制備βFeSi2薄膜的最適宜退火溫度。基態為簡并態。 Si/βFeSi2/Si異質結的基本性質　β－FeSi2的晶體結構鐵硅化合物β－FeSi2屬于正交晶系，空間群為D182h(Cmca)，晶格常數為a = nm,b = nm,c = nm,每個單胞內有48個原子，其中包括16個鐵原子和32個硅原子，Fe、Si兩種原子具有兩種不等價的物理環境，通過對稱變換而構成整個晶胞。在吸收邊附近，直接帶隙半導體的吸收系數與光子能量的關系為　　　　　　　而對間接帶隙半導體則有　　　　　　　β－FeSi2的直接帶隙的能帶結構正是基于這一原理進行測量的。當雜質濃度或退火溫度發生變化時，也有可能使其導電類型由p型向n轉變。降低生長溫度可減小缺陷密度，提高電導率和載流子遷移率，但是，降低生長溫度也會導致薄膜結晶質量下降，從而影響其電學性質和光學性質，因而需要在兩者之間尋求一合適的平衡。鐵膜的濺射　磁控濺射的原理和特點磁控濺射是在陰極靶表面上方形成一個正交電磁場。JGP 560 型磁控濺射儀可以進行直流濺射、射頻濺射、反應濺射、共濺射。通過控制反應濺射過程中活性氣體的壓力, 得到不同組分的薄膜, 得到的沉積產物可以是合金固溶體, 也可以是化合物, 或兩者的混合物。 退火裝置示意圖本論文使用的主要熱處理裝置為SGL80型高真空退火爐。Milsavljevic等[46]人先用10%HF溶液漂洗，然后用去離子水漂洗，最后用低能Ar離子濺射清洗。超聲波清洗具有清洗速度快、質量高，不受清洗件表面復雜形狀的限制，易于實現遙控和自動化清洗等優點。　熱處理條件對濺射完的樣品進行退火，其退火步驟如下：１ 開機１） 真空室內溫度≤60℃時，開放氣閥V3放氣，打開法蘭門組件，將干凈樣品放入樣品舟內，用操作桿推入石英管內部（電爐恒溫區），然后法蘭門組件。３　停機１） 關閉加熱控溫電源，系統開始降溫，直至降低到室溫。預濺完成之后，我們制備樣品所濺射Fe膜的時間統一（均）為10分鐘，即濺射的Fe膜厚度均為100 nm。根據樣品的狀態，可分為單晶X射線衍射法和多晶X射線衍射法。測角儀為2θ/θ耦合。所有樣品，在2θ＝ 186。m左右，結出的晶粒更加明顯。此外，清洗完的硅基片在空氣中的時間過長也有可能是導致鐵硅氧化物出現的一個原因。實驗數據的分析處理過程中XXX老師和XXX等研究生給予我們細心的指導和熱情的幫助，尤其是軟件Jade和Origin的學習。Chinese Journal of lasers， Vol. 33 , No. 9 ，September , 2006[36] Li XiaoNa,Nie Dong,etc. Microstructure of βFeSi2 film synthesized by ion implantation. ,January,2002.[37] 李凡，吳炳堯等，βFe