以溅镀法生产矽锗氧薄膜之成果摘要 班级：光电四甲 指导老师：高至诚 .docVIP

以濺鍍法生產矽鍺氧薄膜之成果摘要 班級：光電四甲 指導老師：高至誠 老師 學生學號/姓名： 497L0902 王偉州 497L0068 廖韋憲 簡介 矽與鍺都是非常重要的四族半導體，但塊材的矽和鍺都是間接能隙半導體，使我們不能直接將塊材的矽與鍺做為有效的發光元件。但近年來，矽與鍺應用於光電元件得到了重要的突破，這主要是因為奈米大小的矽與鍺能夠跨越間接能隙的限制，而應用於發光元件上。在奈米尺寸的矽與鍺，由於量子侷限效應使得奈米矽或鍺能發出可見光，更可以經由改變顆粒大小的方式，來調整其發光顏色。有鑑於此，本專題將探討生產矽鍺氧薄膜時的製程參數，對薄膜結構的影響。退火溫度對矽鍺氧薄膜發光特性之影響。 2.實驗步驟 實驗流程如圖1所示，首先準備P-type矽晶圓，將其切割成1cm×1cm大小後，進行基板清洗，再利用射頻磁控濺鍍系統，使用矽/鍺合金靶在固定氧氣流量0.5sccm於氬氣氣氛下沉積矽鍺氧化物薄膜。我們分別設計兩種不同的製程參數去沉積矽鍺氧化物薄膜，一種是改變射頻濺鍍功率，另一種是改變反應氣體流量與製程壓力，矽鍺氧化物薄膜詳細的製程參數分別如表1與表2所示。以XPS對矽鍺氧化物薄膜做化學成分分析。之後我們將RF100W氬氣流量10sccm製程參數的矽鍺氧化物薄膜進行非階梯式熱退火。再以微拉曼光譜系統分析熱退火前與熱退火後之鍵結型態，以及用PL光譜系統分析熱退火前與熱退火後薄膜發光特性。 表1 製程參數(一)改變濺鍍功率系列 表2製程參數(二)改變氬氣流量製壓力 3.結果與討論 由表3我們可以知道不同的濺鍍功率所沉積的矽鍺氧薄膜中元素含量比例，可以發現當濺鍍功率從50 W增加到150 W時，矽含量從原本26.71 at.%升至 31.80 at.%，鍺含量從原本21.14 at.%升至26.54 at.%，氧含量從原本52.15 at.%降至41.66 at.%。 RF50W RF100W RF150W Si at.% 26.71 29.93 31.80 Ge at.% 21.14 24.39 26.54 O at.% 52.15 45.68 41.66 圖為矽鍺氧化物薄膜能譜圖，由圖 (a)所示濺鍍功率為RF50W、RF100W、RF150W的條件下，Ge 3d峰值都在29.1 eV處(純Ge和GeO2光譜峰值分別位於28.95 eV和32.5 eV)，非常接近純鍺(28.95 eV)，也就是說鍺原子主要是與鍺或矽原子鍵結，而在~31.4 eV有微微的起伏，隨著功率增加起伏變小，代表隨著功率增加鍺原子與氧原子鍵結變少。由(b)所示我們可以知道利用濺鍍功率RF50W的條件下，Si 2p峰值只有一個在102.3 eV(純Si和SiO2光譜峰值訊號分別位於~99 eV和103.4 eV，而且矽和鍺都是四族元素的關係所以會產生相近的束縛能~99 eV)，所以在RF50W時，矽原子主要是與氧鍵結。在濺鍍功率RF100W時，Si 2p峰值有兩個，分別位於102.1 eV和~99 eV，濺鍍功率RF150W時，Si 2p峰值有兩個，分別位於101.6 eV和~99 eV，，從濺鍍功率RF100W增加到RF150W時，峰值從102.1 eV位移到101.6 eV，且~99 eV的峰值有明顯提高，這代表矽原子與鍺或矽原子鍵結。圖改變矽鍺氧薄膜XPS分析 (a)Ge 3d (b)Si 2p (c) O 1s由表4所示可以看到當Ar流量從5sccm增加10sccm時，矽含量從原本18.1at.%升至 23.2 at.%，鍺含量從原本12.2 at.%升至18.0 at.%，氧含量從原本69.7 at.%降至58.8 at.%，可是當Ar流量從10sccm增加15sccm時，元素含量比例變化不大。表4利用不同的氬氣流量和製程壓力沉積矽鍺氧薄膜的元素含量比例 Ar 5sccm Ar 10sccm Ar 15sccm Si at.% 18.1 23.2 21.9 Ge at.% 12.2 18.0 17.4 O at.% 69.7 58. 60.7 圖為矽鍺氧化物薄膜能譜圖，由圖(a)所示為Ar流量5 sccm Ge 3d 峰值位於29.3 eV與32.5 eV (純Ge和GeO2光譜峰值分別位於28.95 eV和32.5 eV)，這說明了鍺原子是與矽或鍺原子鍵結，並且也產生了二氧化鍺訊號