PDF《Si薄膜的光敏电阻特性研究 ∗》

3 结果与讨论 3. 1M g

2 S i薄膜 X R D表征 图1所示为 N G S i(

1 1

1 ) 衬底上沉积 M g膜厚度 分别为3

6 0n m、

4 0 0n m、

4 4 0n m、

4 8 0n m、

5 2 0n m、

5 6 0n m, 经4

0 0 ℃、 低真空(

1 0-1 ~

1 0-2 P a ) 条件下 退火4h的XRD图. 由于未刻意掺杂的 M g

2 S i呈N型, N G S i ( 磷掺 杂, 纯度大于等于99.

9 9 9%) 衬底对Mg2Si薄膜中 的载流子有促进作用;

相反, 如果选PGSi为衬底, 衬底中的空穴迁移到 M g

2 S i薄膜中, 将 与薄膜中的电子部分复合, 从而抑制 M g

2 S i薄膜中 的载流子性质, 进一步影响 M g

2 S i薄膜的光敏特性. 样品XRD检测时采用CuGKα辐射(波长=0.

1 5 4n m) , 扫描速率为4 ° / m i n , 步长为0.

0 2 ° , 扫描 角度为

2 0~8

0 ° . 通过与Mg2Si标 准衍射谱(PDFNo.35G0773) 进行比较, 在2θ=

2 4.

2 4

1 ° ,

2 8.

0 7 ° ,

4 0.

1 2

1 ° ,

4 7.

4 3

3 ° ,

5 8.

0 2

8 ° ,

7 2.

9 0

1 °处均出现Mg2Si衍射 峰, 对应的衍射晶面分别为(111) 、 (

2 0 0) 、 (

2 2

0 ) 、 (

3 1

1 ) 、 (

4 0

0 ) 、 (

4 2

2 ) . 其中 M g

2 S i最强衍射峰 出现在2 θ =4 0.

1 2

1 ° 处, 所对应晶面为(

2 2

0 ) , 次强衍 射峰出现在2 θ =2 4.

2 4

1 ° 处, 所对应晶面为(

1 1

1 ) , 这与Mg2Si标准 X R D 图谱( P D FN o .

3 5 G

0 7

7 3) 最强衍 射峰和次强衍射峰的位置相吻合. 另外, 在XRD图中, 未出现单质 M g 、 S i及相关氧化物的衍射峰. 这 些结果表明: 成功制备出了单一相 M g

2 S i薄膜. 随着 M g厚度从3

6 0n m 增加到

5 6 0n m, 相应的 M g

2 S i 薄膜的衍射峰强度先增加后减小, 这表明, 当在 N G S i (

1 1

1 ) 衬底上溅射沉积 M g膜厚度较薄时, 薄膜结 晶质量较好;

随着沉积膜厚度的增加, 薄膜结晶质量 越来越差, 该结果与采用射频溅射方法制备不同厚 度Z n O 薄膜情况类似[

2 2] . 当沉积 M g厚度为4

8 0n m 时, 衍射峰强度最强, 薄膜结晶较好. 3. 2M g

2 S i薄膜S EM 表征 图2所示为 N G S i (

1 1 1) 衬底上沉积 M g膜厚度 为360nm、

4 0

0 n m、

4 4

0 n m、

4 8

0 n m、

5 2

0 n m、

4 3 低温物理学报第3 9卷图1 N G S i(

1 1

1 ) 衬底制备 M g

2 S i薄膜 X R D 图560n m的SEM 图. 随着 M g沉积厚度增加, M g

2 S i 薄膜表面连续性和致密性都表现出增强的趋势, 薄 膜生长晶粒尺寸先增加后减小且生长模式为岛状生 长[

2 3 ] . 薄膜呈三维岛状结构生长, 主要由 原子表面 扩散程度、 退火时间、 退火温度三个重要因素决定. 在薄膜形成和生长的过程中, 原子表面扩散作为一 种极为重要的运输机制并且大量原子表面扩散决定 薄膜三维岛状生长. 初始阶段 M g原子与 S i原子在

4 0

0 ℃高温、 低真空(

1 0-1 ~

1 0-2 P a ) 条件下扩散形 成Mg2Si薄膜内应力较大, 晶粒生长受到阻碍作用 较大, 晶粒 尺寸较小且Mg/Si原 子晶粒界面不连续. 随着沉积 M g膜厚度增加, 越来越多的 M g原子 迁移与 S i原子结合形成 M g

2 S i薄膜内应力逐渐降 低, 晶粒生长逐渐变大, M g / S i原子晶粒 界面连续 性增强, 从而形成薄膜的致密性增加. M g原子数量 的进一步增加, 即Mg2Si薄膜生长为富 M g状态下, S i原子单位时间内与 M g原子高温扩散 结合形成 M g

2 S i薄膜, 同时, S i原子不断地向薄膜体内扩散, 导致薄膜表面积和薄膜内结晶成核的比 率出现变 化. 晶粒尺寸逐渐减小, M g / S i原子晶粒界面连续性 降低, M g / S i原子表面扩散作用使得 M g