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纳米多晶Si薄膜的热壁LPCVD淀积与结构特性研究 第1章 引 言 多晶Si是指尺寸大小按照某种规律分布的单晶Si晶粒的集合体，这些晶粒的晶体学取向是随机分布的。在每个晶粒内部，原子都是按周期点阵排列，不存在晶格缺陷，但在晶粒间界却存在大量的缺陷。因此其物理性质与单晶Si相比有着很大的差别。 1.1 多晶Si薄膜研究应用的发展 1.2 纳米多晶Si薄膜的应用及研究现状 近年，纳米多晶Si薄膜在低维固态量子器件中也开始得到广泛应用。 1.3 纳米多晶Si薄膜的制作方法 1.4 本研究采取的方法和研究意义 第2章 实验方法 本章主要介绍了纳米多晶Si薄膜的制备,以及热退火的实验装置和实验条件，叙述了薄膜样品表面形貌和微观结构的检测技术。 2.1 实验装置 2.2 纳米多晶Si薄膜的结构表征 扫描电子显微镜 原子力显微镜 拉曼散射 α台阶仪 四探针测试仪 第3章 纳米多晶Si薄膜的 生长速率 本章的主要内容是，选择不同的工艺条件，成功地制备出了厚度小于20nm，晶粒尺寸小于50nm的纳米多晶Si薄膜，并初步研究和探讨了纳米多晶Si薄膜生长速率与工艺条件的依赖关系。 3.1 纳米多晶Si薄膜淀积的动力学过程 3.2 薄膜生长速率与淀积温度的关系 3.3 薄膜生长速率与浓度的关系 3.4 生长速率与混合气体总压强的关系 第4章 纳米多晶Si薄膜的 结构特征 本章的主要内容是，利用LPCVD工艺，在薄膜表面成功地淀积了纳米多晶Si薄膜，并利用SEM、AFM和拉曼测量等方法，实验研究了纳米多晶Si薄膜的结构特征。 4.1 纳米多晶Si薄膜形成的机理 纳米多晶Si薄膜的LPCVD形成过程可用固体表面的热力学原理加以分析，大体可分为四个阶段： 4.2 工艺条件对纳米多晶Si薄膜形成的影响 SiO2薄膜作为衬底，是因为在现在流行的MOSFET工艺中，它是最常用的栅介质材料。 SiH4作为反应气体源，是由于它分解的温度比较低，而且分解的副产物对淀积的薄膜和设备不会有腐蚀作用。 Ar气做载气是由分解的机理决定的，这样不会对的分解产生抑制作用。 本研究则是通过改变工艺参数，以寻找到生长良好的纳米晶粒多晶Si薄膜的实验条件，并探讨各种参数对纳米晶粒成核及生长的影响。 4.2.1 淀积时间 4.2.2 淀积温度 4.2.3 SiH4浓度 4.2.4 反应气体压强 4.3 热退火对纳米多晶Si薄膜的影响 退火是一种重要的材料表面改性技术。 将被退火处理的样品置于适当的高温下，使薄膜内的原子获得能量进行重新排布，以降低或消除薄膜内的缺陷。当薄膜中的缺陷密度降低到某一个程度之后，新的无缺陷晶粒将取代原有的晶粒，并在原有的位置持续地扩大，即晶粒会在热退火的作用下而生长。 尽管会使晶粒增大，但是也正因为热退火会使原子重排，它将改善纳米晶粒的尺寸分布，使其更趋于均匀，更符合电学应用上的要求。 4.3.1 退火温度 4.3.2 退火时间 第5章 掺杂纳米多晶Si薄膜的 结构和电导特性 重掺杂低阻多晶Si薄膜可作为MOS晶体管的栅极。 在MOS集成电路中，重掺杂多晶Si薄膜还常用做电容器的极板、MOS随机存储器电荷存储元件的极板、浮置栅器件的浮置栅和电荷耦合器件的电极。 重掺杂后还可用于太阳电池的基体材料。 在这一章中，我们将对重掺杂纳米多晶Si薄膜的制备与电导特性做初步讨论。 5.1 掺杂对纳米多晶Si薄膜沉积速率的影响 5.2 掺杂对纳米多晶Si薄膜结构特征的影响 已经有许多报道证实，在薄膜淀积过程中掺入杂质会影响薄膜的表面形貌，改变晶粒尺寸大小，因此掺杂已经成为薄膜表面改性的重要手段。所以，我们对其进行初步的研究，以期可以获得较理想的薄膜。 5.2.1硼掺杂薄膜的固相晶化（SPC） 5.2.2硼掺杂纳米多晶Si薄膜的热退火特性 5.3 掺杂纳米多晶Si薄膜的电学特性 多晶Si薄膜是由许多小晶粒组成的，在晶粒内部原子周期性地有序排列，晶粒看作一块小的单晶体，它们各自具有不同的晶向。 连接各个不同晶向的小单晶体颗粒的是晶粒间界，晶粒间界是一个晶向的晶粒向另一晶向的晶粒的过渡区，它的结构复杂，原子呈无序排列，其厚度通常为几个原子层。 正是因为多晶Si薄膜中存在着晶粒间界，才造成多晶Si薄膜的电学性质与单晶Si有很大的不同。 5.3.1 掺杂浓度对纳米多晶Si薄膜的 电导特性的影响 5.3.2 退火时间和温度对纳米多晶Si薄膜的 电导特性的影响 第6章 结束语 （1） 在典型实验条件下，有效避免了壁落和表面发雾的问 题，制备出了晶粒尺寸小于50nm、薄膜厚度小于20nm 的纳米多晶Si薄膜。 （2） 为了实现纳米多晶S