在4H-SiC襯底上制備β-FeSi2薄膜的研究.pdf

1、一種新型環(huán)境友好型半導(dǎo)體材料β-FeSi2以其優(yōu)越的性能在光電、熱電及光伏等領(lǐng)域的應(yīng)用引起了人們的廣泛關(guān)注。β-FeSi2的組成元素Fe、Si在地殼中的含量非常豐富，且β-FeSi2的制備及使用過程中均不會對大自然造成污染。本文通過采用射頻磁控濺射Fe-Si2組合靶的方法在4H-SiC(0001)襯底上制備了β-FeSi2薄膜，主要研究了不同F(xiàn)e/Si面積比、不同濺射功率及不同退火時間對薄膜形成的影響，在此基礎(chǔ)上研究了各工藝參數(shù)的改變對

2、薄膜光電特性的影響。本文圍繞β-FeSi2薄膜的制備開展了以下工作：
　　首先，采用射頻磁控濺射面積可控的Fe-Si組合靶在4H-SiC(0001)襯底上濺射沉積Fe-Si薄膜，通過改變扇形Fe靶的面積來調(diào)節(jié)Fe-Si組合靶的相對面積比，從而控制所沉積的薄膜中的Fe/Si原子比。利用X射線衍射儀(XRD)及原子力顯微鏡(AFM)對樣品的組成及結(jié)構(gòu)特性進行表征。XRD測試結(jié)果表明，隨著Fe/Si面積比從1/6到1/10的變化過程中，

3、薄膜實現(xiàn)了從ε-FeSi向β-FeSi2的相變，且當(dāng)Fe/Si面積比為1/8、濺射功率為200W及退火時間為5小時時，制備的薄膜為單一相的多晶β-FeSi2薄膜，此時，薄膜的結(jié)晶質(zhì)量最佳，且薄膜中的Fe/Si原子比符合β-FeSi2的化學(xué)計量比。經(jīng)AFM測試結(jié)果表明，制備的薄膜表面較為平整，表面粗糙度(RMS)為1．74nm。
　　其次，對不同F(xiàn)e/Si面積比對薄膜光學(xué)特性的影響進行了分析。通過分析不同F(xiàn)e/Si面積比的薄膜拉曼譜

4、，可知當(dāng)Fe/Si面積比為1/8時，所得的拉曼峰均為Fe-Si模式振動的β-FeSi2的特征峰，結(jié)合XRD的分析結(jié)果再次證明此時獲得的薄膜質(zhì)量較好，但當(dāng)Fe/Si面積比小于1/8，薄膜中有剩余的si含量。隨著Fe/Si面積比從1/6減小到1/10的過程中，薄膜的吸收系數(shù)先增大后減小，且在Fe/Si面積比為1/8時，濺射功率為200W，退火時問為5h時，薄膜的吸收系數(shù)最大，即光子能量為1．02eV時對應(yīng)的薄膜的吸收系數(shù)約為105cm-1，