脈沖激光沉積法制備β-FeSi-,2-半導(dǎo)體薄膜的研究.pdf

1、半導(dǎo)體β-FeSi2是一種潛在的性能優(yōu)良的發(fā)光、光電、熱電、太陽能電池材料，它可用于制作薄膜光電器件、薄膜太陽能電池、熱電器件、磁性半導(dǎo)體器件。Β-FeSi2也是一種環(huán)保型半導(dǎo)體材料，其從制造、使用和廢棄都可以不對生態(tài)造成破壞。論文首先綜述了β-FeSi2的基本性能、應(yīng)用前景、常用的制備方法及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀；本學(xué)位論文是圍繞脈沖激光沉積法制備β-FeSi2 薄膜而開展的一系列的研究工作。
　　 (1)采用分析純的Fe 粉和Si

2、粉為原料合成了FeSi2 合金，研究了硅粉和鐵粉合成FeSi2的動力學(xué)過程。
　　 (2)研究了飛秒激光作用在FeSi2 合金靶、Bi4Ti3O12 陶瓷靶、Cu 單質(zhì)靶上等離子體羽的一般規(guī)律；研究了飛秒激光作用產(chǎn)生的等離子體的傳輸規(guī)律。
　　 (3)將飛秒脈沖激光沉積法(fsPLD，femtosecond Pulse Laser Deposition)引入到β-FeSi2 薄膜的制備工藝中，并與準(zhǔn)分子(excimer)

3、激光沉積法進(jìn)行了比較，得到了脈沖激光沉積β-FeSi2 薄膜的適宜條件；采用飛秒脈沖激光沉積法在Si(100)、Si(111)襯底上制備了單相均勻連續(xù)的β-FeSi2 薄膜，有效的解決了傳統(tǒng)脈沖激光沉積法中產(chǎn)生大量微米級的微滴的技術(shù)缺陷。
　　 (4)研究了fsPLD在沉積β-FeSi2 薄膜過程中，在不同的襯底上、不同的沉積溫度和退火溫度下，β-FeSi2 薄膜的生長規(guī)律。研究了β-FeSi2/Si 薄膜的生長和Si 襯底取向

4、之間的關(guān)聯(lián)性。
　　 (5)采用fsPLD+固相反應(yīng)法(RDE，Solid-state Reaction Epitaxy)在Si(100)和Si(111)襯底上制備了β-FeSi2 薄膜，這是脈沖激光沉積β-FeSi2 薄膜的一種新的嘗試。
　　 (6)采用X射線衍射儀(XRD，X-Ray Diffraction)、掃描探針顯微鏡(SPM，ScanProbe Microscope)、場掃描電鏡(FSEM，F(xiàn)ield Sc

5、an Electron Microscope)、能譜儀(EDS,Energy-Dispersive X-Ray Spectroscopy)、顯微激光拉曼光譜儀(MRS，Micro Ramanspectrophotometer)、背散射(EBSD，Electron Back Scattering Diffraction)、高分辨透射電鏡(HRTEM，High Resolution Transmission Electron Microsc

6、opy)等儀器研究了薄膜的結(jié)構(gòu)、組分、表面形貌；采用紫外可見光光譜儀(UV-VIS-NIR spectrophotometer)、傅立葉紅外光譜儀(FTIR，F(xiàn)ourier-Transform Infrared Spectrophotometer)研究了薄膜的光學(xué)性質(zhì)；在室溫下觀察到了β-FeSi2 薄膜在1.53μm的光致發(fā)光；薄膜的直接能隙約為0.85eV。
　　 (7)將在500℃的溫度下沉積并保溫5 h的β-FeSi2/

7、Si(100)薄膜制作成霍爾元件，在多功能物性測量系統(tǒng)(PPMS，Physical Properties Measurement System)中測得該樣品的電阻率ρ1為8.28×10-3 .cm，霍耳系數(shù)RH＝4.3×102 m3/coul，該薄膜樣品為P型半導(dǎo)體。在500℃的溫度下沉積并保溫5 h的β-FeSi2/Si(100)和β-FeSi2/Si(111)薄膜樣品的I-V 特性曲線觀察到0.22 V和0.25 V 光生伏特。