Si基硒微納結構的制備及光電特性研究.pdf

1、以Si材料為基礎的微電子技術是當今信息化時代的關鍵支柱,已經達到相當成熟的產業(yè)化水平,在信息領域中做出了巨大的貢獻。Si基化合物新材料在硅集成光電子和納米器件如單電子器件、太陽電池以及薄膜晶體管等方面具有廣闊的應用前景。然而,Si基化合物材料的發(fā)展相對比較緩慢,除SiGe材料外,其他Si基化合物材料的研究并不深入。因此,尋找新的性能優(yōu)良的Si基化合物材料是進一步加快光電子集成發(fā)展的有效途徑之一。本文利用超高真空氣相沉積系統(tǒng)(UHVCVD

2、)在Si基上制備了系列的Se微納結構,研究其光電特性。取得以下主要結果:
　　 在超高真空條件下,通過調控襯底的溫度,在Si(100)表面制備出三種不同結構的Se薄膜:Ⅰ、控制Si襯底溫度小于Se束源爐溫度時(Tsub＜Tse),在Si襯底表面利用V-W模式生長,制備出非晶形態(tài)的Se薄膜(a-Se);Ⅱ、設定襯底溫度高于Se束源爐的溫度且小于800℃時(800℃＞Tsub＞Tse),由于自限制作用,在Si(100)襯底表面制得近

3、似單原子層厚的Se超薄層;Ⅲ、控制襯底溫度高到800℃,利用Se與襯底表面的Si反應,制備出SiSe化合物薄層。在此基礎上我們分別研究了這三種情況下制備的Se薄膜的光電特性。
　　 1.利用XPS測試并計算出第1種情況下制備的a-Se/n-Si異質結的價帶帶階,其值為0.31eV,通過測試a-Se/n-Si異質結的I-V和C-V關系,分析了載流子的輸運特性。得到a-Se/n-Si異質結的qVD在0.95-1.25 eV之間,a-

4、Se薄膜中的雜質濃度為1.6～2.6×1014 cm-3。
　　 2.通過快速熱退火a-Se薄膜在Si襯底上制備出Se納米結構,經過理論推導,結合XRD數據,我們發(fā)現Se納米結構的[100]晶向的激活能比[101]晶向的要小,致使Se結晶具有各向異性的特點:在低溫退火時Se結晶擇優(yōu)(100)晶面,這源于Si(100)襯底對Se的結晶的誘導作用;通過PL測試觀測到三個發(fā)光峰,分別位于1.4 eV、1.7 eV和1.88 eV,變功

5、率PL測試表明他們分別來自于非晶硒的缺陷發(fā)光、非晶Se與納米Se界面處的DAP復合發(fā)光和晶體硒的帶帶躍遷發(fā)光。
　　 3.首次在硒化的Si(100)表面生長出高密度的Si量子點和Ge量子點,量子點的尺寸在20-30 nm,密度達到了1011 cm-3;同時發(fā)現量子點的密度不僅與氣源的流量有關,而且還與硒化Si表面時的襯底溫度有關。
　　 4.在UHVCVD系統(tǒng)中,采用固態(tài)源與氣態(tài)源交替生長的方法,在Si(001)上成功外

6、延出Si10/Se/Si10/Se/Si超晶格,通過XPS和TEM分析其結構特征,發(fā)現超晶格局部缺陷是以孿晶形式存在,這與Se雙鍵橋接Si表面的懸掛鍵有關。
　　 5.利用自限制作用在Si(100)表面生長Se超薄層,研究了四種金屬(Ti、Al、Ni、Pt)與Se超薄層鈍化的Si表面接觸的電學特性及其快速熱退火對他的影響。發(fā)現Ti與Se化的Si表面的接觸性能相對最好,達到了較低的歐姆接觸電阻特性,且熱穩(wěn)定性溫度相比于未被鈍化處理

7、的樣品提高了200℃。而對于Al/Se/nSi接觸的勢壘高度(SBH)值相比于未被鈍化處理的樣品降到了0.2 eV;具有Se超薄層的金半接觸SBH值與金屬功函數有一定的依賴關系,得到的線性關系的斜率為S=0.41,表明硒超薄層對費米釘扎效應有一定的緩解作用。
　　 6.首次采用自限制作用在Ge(100)表面生長Se超薄層,用來鈍化Ge(100)材料表面,研究其與Ni接觸的熱穩(wěn)定性。通過SEM和XRD的測試,表明Se超薄層鈍化Ge