氮化硅薄膜性质

收稿日期:2008-09-12.　基金项目:教育部留学回国人员科研启动基金资助项目(200611AA03).材料、结构及工艺氮化硅薄膜的沉积速率和表面形貌张广英1,吴爱民1,秦福文1,公发全2,姜　辛1,3(1.大连理工大学三束材料改性国家重点实验室,辽宁大连116024;2.大连化学物理研究所,辽宁大连116023;3.德国锡根大学材料工程学院,德国锡根57056)摘　要:　采用电子回旋共振2等离子体增强化学气相沉积(ECR 2PECVD )技术,以氮气为等离子体气源,5%硅烷(Ar 稀释)为前驱气体,在玻璃衬底上低温制备了氮化硅薄膜。

利用偏振光椭圆率测量仪、原子力显微镜(A FM )等测试技术分析探讨了硅烷流量(5～50cm 3)、沉积温度(150～350℃)以及微波功率(500～650W )等对SiN 薄膜沉积速率及表面形貌的影响。

结果表明:沉积速率随着硅烷流量和微波功率的增加而增加(最高达到11.07nm/min ),随着衬底温度的增加而降低,在温度为350℃时降低到2.44nm/min 。

薄膜的粗糙度随着衬底温度和微波功率的增加而降低,粗糙度最低为0.89nm ,说明薄膜的表面质量较高。

关键词:　ECR 2PECVD ;氮化硅薄膜;沉积速率;表面形貌中图分类号:TN304.054　文献标识码:A 文章编号:1001-5868(2009)04-0558-04Deposition R ate and Surface Topography of SiN FilmsZHAN G Guang 2ying 1,WU Ai 2min 1,Q IN Fu 2wen 1,GON G Fa 2quan 2,J IAN G Xin 1,3(1.State K ey Lab.of Materials Modif ication by Laser ,Ion and E lectron B eams ,Dalian U niversity of T echnology ,Dalian 116024,CHN;2.Dalian I nstitute of Chemical Physics ,Chinese Academy of Sciences ,Dalian 116023,CHN;3.Institute of Materials E ngineering ,Siegen U niversity ,Siegen 57076,GER )Abstract :　The silicon nit ride films were deposited at low deposition temperat ure by electron cyclotron reso nance 2plasma enhanced chemical vapor deposition (ECR 2PECVD )technique on glass subst rate by applying p ure nit rogen as t he plasma gas source and 5%silane (Ar dilute )as t he precursor gas.The deposition rate ,refractive index and surface topograp hy of SiN films were st udied by ellip somet ry and A FM.Result s show t hat t he depo sition rate increases wit h t he silicon gas flow and microwave power increasing ,and decreases wit h t he subst rate temperat ure increasing.The maximal depo sitio n rate is 11.07nm/min.The minimal depo sition rate of 2.44nm/min is achieved at t he subst rate temperate of 350℃.Wit h t he deposition temperat ure and microwave power increasing ,t he roughness of silicon nit ride films decreases wit h t he minimal value is 0.89nm.K ey w ords :　ECR 2PECVD ;SiN films ;depo sition rate ;surface topograp hy0　引言近年来,用PECVD 技术制备氮化硅薄膜并应用于太阳电池的课题越来越引起人们的关注[122]。

氮化硅简介氮化硅，分子式为Si3N4,是一种重要的结构陶瓷材料。

它是一种超硬物质，本身具有润滑性，并且耐磨损，为原子晶体；氮化硅除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应(反应方程式：Si3N4+16HF═3SiF4↑+4NH4F），抗腐蚀能力强，高温时抗氧化。

而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1 000 ℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。

正是由于氮化硅陶瓷具有如此优异的特性，人们常常利用它来制造轴承、气轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。

如果用耐高温而且不易传热的氮化硅陶瓷来制造发动机部件的受热面，不仅可以提高柴油机质量，节省燃料，而且能够提高热效率。

我国及美国、日本等国家都已研制出了这种柴油机。

应用【氮化硅的应用】氮化硅用做高级耐火材料，如与sic结合作SI3N4-SIC耐火材料用于高炉炉身等部位；如与BN结合作SI3N4-BN材料，用于水平连铸分离环。

SI3N4-BN系水平连铸分离环是一种细结构陶瓷材料，结构均匀，具有高的机械强度。

耐热冲击性好，又不会被钢液湿润，符合连珠的工艺要求。

见下表更多信息物理性质相对分子质量140.28。

灰色、白色或灰白色。

六方晶系。

晶体呈六面体。

密度3.44。

硬度9~9.5，努氏硬度约为2200，显微硬度为32630MPa。

熔点1900℃（加压下）。

通常在常压下1900℃分解。

比热容为0.71J/(g·K)。

生成热为-751.57kJ/mol。

热导率为16.7W/(m·K)。

线膨胀系数为2.75×10-6/℃(20~1000℃)。

不溶于水。

溶于氢氟酸。

在空气中开始氧化的温度1300~1400℃。

比体积电阻，20℃时为1.4×105 ·m,500℃时为4×108 ·m。

弹性模量为28420~46060MPa。

耐压强度为490MPa（反应烧结的）。

1285摄式度时与二氮化二钙反应生成二氮硅化钙，600度时使过渡金属还原，放出氮氧化物。

氮化硅薄膜在太阳电池中的作用氮化硅薄膜在太阳电池中的作用，听起来就像个高科技的名词，但实际上，它可是个不起眼的“英雄”。

想象一下，太阳光洒在大地上，那些充满能量的阳光，就像是天上掉下来的“黄金雨”。

可是，要是没有氮化硅薄膜，这些“黄金”可就无法轻易被捕捉到，真是让人心疼。

氮化硅薄膜在太阳电池里，真是个关键角色，堪称“太阳能的守护神”！说到氮化硅薄膜，首先得提提它的“外貌”。

就像一层薄薄的透明保护膜，外表看上去没啥特别，可里面的故事可多得很。

它可不是随便一层膜，而是专门为太阳电池量身定制的。

这层薄膜不仅能有效阻挡外界的干扰，还能保护太阳电池内部那些精密的材料，免受灰尘和水分的侵害。

就像给你的爱车加个防护罩，谁会愿意让车子暴露在风吹雨打之下呢？氮化硅薄膜的神奇之处在于它的光学性质。

想象一下，阳光照射下来，氮化硅薄膜能够有效地让那些光子“转身”，确保尽可能多的阳光能够渗透到太阳电池内部。

这就好比是为太阳电池开了一扇“窗户”，让更多的光线能够进入，真是一举两得！这层薄膜还能够减少光的反射，简直就是为太阳电池提供了一条“高速公路”。

试想一下，如果光子不小心撞上了膜，然后反弹回去，那可就太可惜了，对吧？除了保护和传光，氮化硅薄膜还有个神奇的功能，那就是提升太阳电池的效率。

说到效率，大家都知道，在这个追求“快”的时代，谁不想让自己的工作效率高一点呢？太阳电池的效率也一样，氮化硅薄膜的加入，简直就像给它打了鸡血，让它的能量转化率提高了不少。

这就好比在课堂上，有个老师特别给力，能把复杂的知识用简单的方式教给学生，结果学生们个个都能轻松掌握。

而且啊，氮化硅薄膜的耐热性和耐腐蚀性也是它的一大亮点。

太阳电池经常要面对烈日的“烤验”，这时候，氮化硅薄膜就像个不怕热的“战士”，能在高温下保持稳定的性能。

还有那些腐蚀性强的环境，氮化硅薄膜也能镇定自若，真是让人放心。

有了这层膜，太阳电池就像是穿上了一身“铠甲”，无畏无惧，勇往直前。

半导体ndc薄膜成分一直是材料科学领域中一个备受关注的研究课题。

半导体ndc薄膜由多种元素组成，其成分的选择和比例对薄膜的性能具有重要影响。

通过对半导体ndc薄膜成分的深入研究，可以更好地了解其物理化学性质，为材料设计和应用提供重要依据。

半导体ndc薄膜被广泛应用于电子器件、太阳能电池、光电器件等领域，其成分的选择对于薄膜的性能至关重要。

常见的半导体ndc薄膜成分包括氮化硅、氧化物、碳化物等。

这些成分在材料的制备过程中起着至关重要的作用，不同比例的成分可以调控薄膜的光电性能、机械性能等方面。

在半导体ndc薄膜成分的选择中，氮化硅是一种常用的材料。

氮化硅具有优异的化学稳定性和抗腐蚀性能，可在高温、高湿等恶劣环境中稳定工作。

氮化硅薄膜可以通过化学气相沉积、物理气相沉积等方法制备，具有良好的导电性和光学性能，广泛应用于集成电路、光学镀膜等领域。

除了氮化硅，氧化物也是一种常见的半导体ndc薄膜成分。

氧化锌、氧化铟锡等氧化物薄膜具有良好的电学性能和光学性能，被广泛应用于透明导电薄膜、光伏器件等领域。

氧化物薄膜的制备方法多样，可以通过溶液法、磁控溅射等技术实现，具有较高的制备效率和加工便利性。

此外，碳化物也是一种重要的半导体ndc薄膜成分。

碳化硅、碳化钼等碳化物薄膜具有优异的高温稳定性和机械性能，广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。

碳化物薄膜的制备方法多样，可以通过化学气相沉积、磁控溅射等技术实现，具有较高的结晶质量和成膜速度。

通过对半导体ndc薄膜成分的深入研究，我们可以更好地理解不同成分对薄膜性能的影响规律。

在薄膜的制备过程中，合理选择和调控成分比例可以有效提高薄膜的性能和稳定性，拓展其在电子器件、光伏器件等领域的应用。

随着材料科学和工程技术的不断发展，半导体ndc薄膜的成分设计和优化将进一步推动材料的创新和应用。

苏州大学硕士学位论文SiO<,x>N<,y>和SiN<,x>薄膜的结构和光致发光性质研究姓名：***申请学位级别：硕士专业：材料物理与化学指导教师：吴雪梅;诸葛兰剑20040501苎旦型—生墅坠型业塑旦墨塑塑堂墼墼查丝堕堑筮±皇塑些中文摘要硅氧氮薄膜（ＳｉＯ、Ｎ，）是硅集成电路中重要的钝化膜和介质膜，并在超大规模集成电路中得到了越来越多的应用。

而氮化硅薄膜（ｓｉＮ。

）作为一种表面钝化和绝缘薄膜材料，其优异的物理和化学特性引起了广泛的关注。

所以探寻它们是否具有发光的可能性，从而成为合适的硅基发光材料是十分有意义的。

本论文尝试采用双离子束溅射方法，通过改变有关的工艺参数，制备了两种系列的薄膜：ＳｉＯ。

Ｎｙ薄膜署１１ＳｉＮ。

薄膜，并且在Ｎ２气氛保护下适当对它们进行了不同温度的退火处理，然后进行光致发光（ＰＬ）谱的测试，通过ＸＲＤ，ＸＰＳ，ＦＴＩＲ等测试手段分析了薄膜的结构和表面状况，并与光致发光的结果进行了对比研究。

光致发光（ＰＬ）谱的研究结果表明，在２２５ｎｍ波长的光的激发下，ＳｉＯ。

Ｎ，薄膜的主要发光峰位位于６００ｍｎ（２．０６ｅＶ）。

ＳｉＮ。

薄膜的主要发光峰位位于４７０ｎｍ（２．６ｅＶ），５２０ｎｍ（２．４ｅＶ）年Ｎ６２０ｎｍ（２．０ｅＶ）。

结合光致发光激发谱（ＰＬＥ）和薄膜结构以及退火对发光峰位影响方面的分析，对其可能的发光机理进行了初步的探讨。

认为所制备的ＳｉＯ。

Ｎ，薄膜样品中的发光来源于与Ｎ有关的缺陷，并且根据ＳｉＮ。

的能带结构，我们建立了发光模型来解释了各个发光峰的来源。

关键词：光致发光，双离子束溅射，退火，缺陷态作者：成珏飞指导教师：吴雪梅诸葛兰剑Ｔ—ｈ—ｅ—ｍ——ｉｃ—ｒ—ｏ—ｓ—ｔｒ—ｕ—ｃ—ｔｕ——ｒｅ——ａ—ｎ—ｄ—ｐ—ｈ—ｏ—ｔ—ｏ—ｔ—ｕ—ｍ—ｉ—ｎ—ｅ—ｓ—ｃ—ｅｎ—ｃ—ｅ——ｏ—ｆ—ｓ—ｉ—ｌｉ—ｃ．ｏ—ｎ—ｏ—ｘ—ｙ—ｎ—ｉ—ｔｒ—ｉ—ｄ—ｅ—ａ—ｎ—ｄ．—ｓ—ｉｌ—ｉｃ—ｏ—ｎ——ｎ—ｉｔ—ｒ—ｉｄ—ｅ——ｔｈ——ｉｎ——ｆｉ—ｌ—ｍ—————————————————Ａ—ｂ—ｓ—ｔ—ｒａ—ｃ—ｔ—一ＴｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅｏｆｓｉｌｉｃｏｎｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅａｎｄｓｉｌｉｃｏｎｎｉｔｒｉｄｅｔｈｉｎｆｉｌｍＡｂｓｔｒａｃｔＳｉＯｘＮｙａｎｄＳｉＮｘｔｈｉｎｆｉｌｍｓｈａｖｅｄｅｓｅｒｖｅｄｇｒｅａｔａｔｔｅｎｔｉｏｎｄｕｅｔｏｔｈｅｉｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｉｍｐｏｒｔａｎｃｅｆｏｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ａｓｗｅｌｌａｓｉｎｏｐｔｉｃｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｔｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｉｒｌｉｇｈｔｅｍｉｓｓｉｏｎ．ＴｗｏｓｅｒｉｅｓｏｆｔｈｉｎｆｉｌｍｓｏｆＳｉＯｘＮｙａｎｄＳｉＮｘｗｅｒｅｍａｄｅａｔｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｕｓｉｎｇａｄｕａｌｉｏｎｂｅａｍｃｏ—ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．ＳｏｍｅｆｉｌｍｓｗｅｒｅａｎｎｅａｌｅｄｉｎＮ２ａｍｂｉｅｎｃｅｆｏｒａｎｈｏｕｒａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ．Ｔｈｅｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ（ＰＬ）ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｆｉｌｍｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｆｉｌｍｓｗａｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙＸＲＤ，ＸＰＳ，ＦＴＩＲａｎｄｓｏｏｎ．ＩｎＳｉＯｘＮｖｆｉｌｍｓ，ａｎｉｎｔｅｎｓｅｓｉｎｇｌｅＰＬｐｅａｋａｔ６００ｎｔｏ（２．０６ｅＶ）ｗａｓｏｂｓｅｒｖｅｄｕｎｄｅｒｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ（Ｅｘ＝２２５ｎｍ）．ＴｈｅｒｅａｒｅｔｈｒｅｅＰＬｐｅａｋｓａｔ４７０ｎｍ（２．６ｅＶ），５２０ｒｉｍ（２．４ｅＶ）ａｎｄ６２０ｎｍ（２．０ｅＶ）ｆｏｒＳｉＮ。

氮化硅沉积的比例氮化硅（Si3N4）是一种重要的半导体材料，具有广泛的应用前景。

在氮化硅的制备过程中，控制沉积比例是非常关键的，它直接影响着薄膜的性能和质量。

本文将从不同方面介绍氮化硅沉积的比例对薄膜性能的影响。

一、氮源与硅源的比例在氮化硅的制备中，氮源和硅源的比例对沉积薄膜的性质有重要影响。

过量的氮源会导致薄膜中氮的含量过高，从而增加薄膜的应力和电阻率。

相反，过量的硅源会导致薄膜中硅的含量过高，使薄膜变得脆弱和易碎。

因此，合理控制氮源和硅源的比例，可以获得具有良好性能的氮化硅薄膜。

二、沉积速率与比例的关系在氮化硅的沉积过程中，氮源和硅源的比例还影响着沉积速率。

当氮源过剩时，沉积速率会增加，但薄膜的质量可能会下降。

相反，当硅源过剩时，沉积速率会减小，但薄膜的质量可能会提高。

因此，在沉积过程中，需要根据实际需求和设备特性来选择合适的比例，以平衡沉积速率和薄膜质量。

三、掺杂物浓度与比例的关系掺杂是改变氮化硅薄膜性能的重要手段之一。

掺杂元素的浓度与氮源和硅源的比例密切相关。

通常情况下，掺杂元素的浓度与硅源的浓度成正比，而与氮源的浓度成反比。

因此，在掺杂过程中，需要根据掺杂要求来调整氮源和硅源的比例，以获得所需的掺杂浓度。

四、气体流量与比例的关系在氮化硅沉积过程中，气体流量对沉积速率和薄膜性能也有一定影响。

增加氮源和硅源的流量可以提高沉积速率，但同时也会增加薄膜的氮和硅含量。

因此，在控制沉积比例时，还需要合理调整气体流量，以实现沉积速率和薄膜性能的平衡。

五、气压与比例的关系氮化硅沉积的气压对沉积速率和薄膜性能也有一定影响。

增加气压可以提高沉积速率，但同时也会导致薄膜中的气孔增多，影响薄膜的致密性和质量。

因此，在控制沉积比例时，还需要合理调整气压，以实现沉积速率和薄膜质量的平衡。

总结起来，氮化硅沉积的比例对薄膜性能有着重要影响。

合理控制氮源与硅源的比例，可以获得具有良好性能的氮化硅薄膜。

同时，根据实际需求和设备特性，调整沉积比例、气体流量和气压，可以实现沉积速率和薄膜质量的平衡。