EFMS技术Te薄膜的制备及其场内粒子分布的COMSOL模拟

发布时间：2020-03-18 13:43

【摘要】：Te薄膜是一种VI族窄带隙元素半导体材料,晶格缺陷作为受主使其表现出P型导电性。Te位于Se和Po之间,具有半金属性,使其表现出多价性,因此具有不同的晶体结构。由于具有高导电性,良好的机械性能,使得Te薄膜具有一系列优异的性能,如热电效应、压电效应、非线性光响应、催化活性以及光电效应等,可广泛应用于各种领域,特别是微电子、光电子设备领域,如气体传感器、红外探测器和光存储等。Te薄膜有多种制备方法,例如:分子束外延法、脉冲激光沉积法、化学气相沉积法、化学合成法和热蒸发法等,目前尚未见到利用磁控溅射技术制备Te薄膜的报道,磁控溅射技术具有以下优点:可控性和重复性好,与衬底附着性好,成膜面积大,可用于大规模生产,被广泛应用到生长各种薄膜。但是传统的磁控溅射技术也有一些缺点,溅射过程中,等离子体中的高能二次电子会对不耐轰击的衬底或者是对衬底上已经沉积的不耐轰击膜层产生溅射损伤,导致薄膜层出现各种缺陷,对薄膜性能产生不利影响。此外,由于磁控溅射靶材刻蚀不均匀也会造成薄膜的生长不均匀进而影响薄膜性能。针对这些问题,本课题组对传统的磁控溅射技术进行了改进,改进后的技术称为“能量过滤磁控溅射”(Energy Filtering Magnetron Sputtering,EFMS)技术。本文利用EFMS技术制备了系列Te薄膜,研究了温度和压强对薄膜结晶、光学、电学影响并对Te/Si异质结光电探测器性能进行了研究。此外我们还利用COMSOL Multiphysics软件模拟了EFMS技术过滤电极对沉积粒子的能量和运动方向的影响。具体研究内容包括:(1)利用EFMS技术在石英衬底上制备Te薄膜,采用控制变量法研究了沉积温度和沉积压强等工艺条件对Te薄膜的结构、表面形貌、电学性能以及光学性能的影响。分别用XRD、Raman、SEM、霍尔测试仪、椭圆偏振光谱仪和UV/VIS/NIR分光光度计进行表征。结果表明,制备工艺对Te薄膜的结晶,光学性能以及电学性能都有影响。(a)在100℃时薄膜结晶较好,表面颗粒颗粒相对较大且比较均匀,并且此时载流子浓度较高。在200℃时,薄膜表面由颗粒状变为交错分布的棒状结构,此时Te薄膜的消光系数最小,透过率较高,折射率最低。(b)压强系列中在0.75 Pa时薄膜结晶较好,从SEM图中可知,此时薄膜颗粒大小不均匀且有团簇现象,在1.0 Pa时薄膜颗粒大小相对均匀。0.75 Pa时薄膜透过率相对较高,在1.5 Pa时薄膜的折射率最低。(2)利用EFMS技术在Si衬底上制备了Te薄膜,同样采用控制变量法研究了沉积温度和沉积压强等制备工艺对Te薄膜的结构、表面形貌、光电性能的影响。分别用XRD、SEM、Raman进行表征。结果表明,衬底影响薄膜的结晶取向且温度和压强对薄膜结晶质量有较大的影响,100℃所制备的薄膜质量较好,温度不变时压强为1.0 Pa时薄膜质量较好。通过EFMS技术合成高质量的Te薄膜,采用原位工艺法制备出Te/Si异质结器件,研究了所制备器件的光电特性,结果显示Te/Si异质结光电探测器对405 nm-1300 nm的波长范围的光具有较高的灵敏度。(3)在本课题组研究成果的基础上利用COMSOL Multiphysics软件对沉积腔室电磁场分布进行模拟仿真,模拟了沉积腔室内沉积粒子的能量和以及各种粒子在沉积腔室内的分布情况,我们知道电子主要分布在衬底附近,离子主要集中在靶材附近,此外我们还模拟了电压对等离子体的直流放电粒子能量和粒子分布的影响,电压越高,电子所获得的能量越大,较高的电压下激发的氩质量分数较大,但在较低的电压下,氩离子数密度较高。
【图文】：

1 绪论如图 1.1 所示为Te的三维晶体结构[15]，其结构为六边形结构，空间群为P3121）[17-18]。Te具有独特的手性链晶格，其中Te原子呈螺旋状排列，同一上的相邻原子旋转 120°，且每个Te原子与相邻最近的两个Te原子通过共价合。螺旋链沿c轴方向彼此平行排列，六边形晶格是通过在六边形的中心位边缘的六个角放置一个螺旋链来实现的，螺旋Te链是由微弱的范德华力连接1.2 Te 的晶体结构

和边缘的六个角放置一个螺旋链来实现的，螺旋Te链是由微弱的范德华力连接在图 1.1 Te 的晶体结构。（a）晶体的螺旋链排列在一个六角形晶体结构和（b）沿 c 轴视图，表明三角形螺旋链相邻原子具有 120°的角度。一起的。其中晶格常数大小为a = b = 4.33 ，c = 6.05 。此外，Te的单层膜有三种结构[16]，分别为ɑ-Te，β-Te，γ-Te[16]，这三种结构可以类比MoS2的晶体结构，如图 1.2 所示为α-Te，β-Te，，γ-Te的晶体结构，由图可以看出，α-Te具有 1T-MoS2样的结构，每个晶胞中含有三个Te原子，存在两种不同配位数（nc）的Te原子，
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN304;TB383.1

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 师庆华;;具有增强对比度层的Y_2O_3Eu透明CRT薄膜屏[J];发光快报;1987年03期

2 R.Swanepoel;钟国林;;仅由波长测量来确定薄膜的折射率和厚度[J];国外计量;1987年01期

3 Keiko Kushida,陈焕林;c轴取向PbTiO_3薄膜的压电效应[J];压电与声光;1988年02期

4 万德锐;卢玉村;曾家玉;冯健清;;薄膜断面微观结构的扫描电镜观察[J];电子显微学报;1988年02期

5 吴绍吟;;透明绝热薄膜[J];广东化工;1988年04期

6 同舟;;汽车用安全玻璃[J];建材工业信息;1988年07期

7 ;革新与发明[J];今日科技;1988年02期

8 倪家生;;国外聚氟乙烯薄膜的加工技术[J];浙江化工;1989年02期

9 Т.Н.ШУШНОВА,王建荣;带薄膜层的合纤丝织物连接强力的预测[J];国外纺织技术;1999年02期

10 张德胜,顾瑛,韩孝勇,孙怀安,华桂芳;“金属薄膜层附着性”试验方法[J];微电子技术;2000年01期

相关会议论文 前4条

1 张平;马瑞丽;陆军;;(Polymer/LDuHs)_n组装超薄膜层周期的小角XRD研究[A];中国晶体学会第六届学术年会暨会员代表大会论文摘要集——多晶（粉晶）衍射分会[C];2016年

2 李政杰;吕伟;李宝华;康飞宇;杨全红;;片状锡在石墨烯薄膜层间纳米空间的限域制备及其电化学性能研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第30分会：低维碳材料[C];2014年

3 张向军;;近壁面纳米液晶薄膜层的粘弹性行为与边界润滑[A];2010年第四届微纳米海峡两岸科技暨纳微米系统与加工制备中的力学问题研讨会摘要集[C];2010年

4 徐彦;王培栋;叶谦;;柔性热防护层合薄膜的热致褶皱数值仿真研究[A];中国力学大会-2017暨庆祝中国力学学会成立60周年大会论文集（A）[C];2017年

相关重要报纸文章 前2条

1 张乃千;薄膜织物变身“防化服”[N];中国国防报;2017年

2 ;液用高稳定高阻隔复合软包装[N];中国包装报;2006年

相关博士学位论文 前10条

1 万美南;VO_2凝胶薄膜的密闭环境热处理及N掺杂VO_2薄膜的制备与性能研究[D];武汉理工大学;2017年

2 黄玲;溶胶-凝胶法制备BaTiO_3基薄膜及改性研究[D];武汉理工大学;2017年

3 高庭庭;铁基多铁性陶瓷和薄膜的结构与性能[D];浙江大学;2019年

4 费晨曦;新型高k栅介质La_xAl_yO薄膜的制备与性能研究[D];西安电子科技大学;2016年

5 李恩;几种层状硫族化合物薄膜的外延生长与物性研究[D];中国科学院大学(中国科学院物理研究所);2018年

6 单俊杰;二硫化钼薄膜及其光电器件的制备和性质研究[D];长春理工大学;2018年

7 郭新华;溶胶—凝胶法制备铜锌锡硫族薄膜及其光学性能研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

8 何晓龙;Si基SiCN晶体薄膜的制备研究[D];南京大学;2018年

9 吴智;BMT/PZT异质叠层薄膜的制备及性能研究[D];武汉理工大学;2016年

10 李润润;钙基介质薄膜的制备、结构与性能研究[D];武汉理工大学;2016年

相关硕士学位论文 前10条

1 罗利;快速退火制备有机/无机钙钛矿薄膜及其性能研究[D];云南大学;2017年

2 李云峰;Cu_2ZnSnS_4基纳米晶及其薄膜的制备与性能研究[D];武汉理工大学;2018年

3 刘翔;磁控溅射制备玻璃基DLC薄膜及其性能研究[D];武汉理工大学;2018年

4 孙飞鹏;大面积可控单原子层h-BN薄膜的p、n型导电掺杂研究[D];厦门大学;2018年

5 丛建雯;激光诱导聚吡咯薄膜表面起皱的研究与应用[D];天津大学;2017年

6 张世慧;EFMS技术Te薄膜的制备及其场内粒子分布的COMSOL模拟[D];郑州大学;2019年

7 刘细妹;ZnO-TCO薄膜的制备及掺杂性能的研究[D];景德镇陶瓷学院;2015年

8 何一丹;有机—无机层状类钙钛矿薄膜的制备与光学性能研究[D];浙江工业大学;2017年

9 李展;MoS_2薄膜的制备及其光学性能研究[D];西北大学;2018年

10 李少方;磁控溅射法制备氧化镓薄膜及其光电性质研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

本文编号：2588797