退火及溅射气氛对氮化硅薄膜光致发光的影响

摘要

利用射频磁控反应溅射方法制备富硅的氮化硅薄膜.衬底材料为抛光的硅片,靶材为硅靶,在Ar-N2气环境下,通过改变两种气体的组分比来改变样品成分,并在高纯N2气氛下对其进行高温退火处理.用X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射(XRD)对样品进行了表征,并测试了样品的光致发光谱(PL).实验结果表明:X射线光电子能谱中出现了Si-N键合结构,同时还有少量的Si-O键生成,通过计算得出Si/N比值约为1.51,制备出了富硅的氮化硅薄膜;薄膜未经退火前,在可见光区域没有观察到明显的光致发光峰,经过高温退火后,XRD中新出现的衍射峰证实了纳米硅团簇的生成,PL图谱中在可见光区域出现了光致发光峰的蓝移现象,结合XRD结果,用纳米晶的量子限域效应对上述现象进行了合理解释.