作者：S. Kerdiles, A. Berthelot, F. Gourbilleau, R. Rizk
　　摘要：利用反應(yīng)磁控濺射技術(shù)在純氫等離子體中100~600℃襯底溫度（Ts）下沉積出碳化硅薄膜。紅外吸收光譜和投射電子顯微鏡觀測(cè)表明在Ts低至300℃時(shí)出現(xiàn)結(jié)晶。晶化率隨Ts增大，當(dāng)Ts=600℃時(shí)晶化率達(dá)到60%。折射率n和室溫下無(wú)照導(dǎo)電率σd（RT）隨碳化硅層的結(jié)構(gòu)演變呈較好的一致性。當(dāng)Ts從100℃增至600℃時(shí)，n從1.9增至2.4，σd（RT）改善了6個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　關(guān)鍵詞：納米晶碳化硅,低溫沉積,磁控濺射
　　有研究已經(jīng)證明在低溫（T＜300℃）氫等離子體中可以制備氫化納米晶硅（nc-Si:H），這種硅結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的電子和光學(xué)特性，和非晶副本α-Si:H相比，其導(dǎo)電率高、載流子遷移率有較好改善、有著不同的光吸收。利用準(zhǔn)相同實(shí)驗(yàn)方法在較低溫度下可以制備出碳化硅納米晶化；進(jìn)而制備出碳化硅和硅的氫化納米晶層，最終實(shí)現(xiàn)nc-SiC:H/Si:H異質(zhì)結(jié)構(gòu)?；谶@種異質(zhì)結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管能夠?qū)拵秾觧c-SiC:H并置至nc-Si:H并減少泄漏電流。此外，nc-SiC:H中相當(dāng)可觀的載流子遷移率能夠使得電流足夠的大。但目前nc-SiC:H（700℃）沉積工藝中的實(shí)際沉積溫度要比nc-Si:H沉積溫度高出許多；因此，nc-Si:H的結(jié)構(gòu)和性能會(huì)受到nc-SiC:H沉積的影響。
       在接近硅沉積溫度的參數(shù)條件下為研究碳化硅沉積過(guò)程中可能的結(jié)晶化，實(shí)驗(yàn)采用碳和硅的氫反應(yīng)共濺射法在（100）硅襯底或石英襯底上制備一系列的薄膜。對(duì)碳濺射區(qū)進(jìn)行優(yōu)化以獲得準(zhǔn)化學(xué)計(jì)量碳化硅層。純氫等離子體的能量密度和壓力分別保持在3.1W/cm2和50mTorr，沉積溫度在100℃~600℃之間變化。采用JEOL 200CX顯微鏡，通過(guò)TEM觀察利用傅立葉轉(zhuǎn)換Nicolet750-II光譜儀在400cm-1和4000cm-1之間收集紅外吸收光譜，從而推斷出生長(zhǎng)在硅襯底上的碳化硅層結(jié)構(gòu)。利用雙束Perkin-Elmer分光光度計(jì)在200-2500nm光譜范圍內(nèi)進(jìn)行光傳輸測(cè)量。最后在室溫下利用硅襯底上碳化硅薄膜上的Al（2%Si）蒸發(fā)電極測(cè)量其無(wú)照導(dǎo)電率。對(duì)-50V~+50V電壓之間的歐姆接觸特性進(jìn)行檢測(cè)。

　　圖一為標(biāo)記了沉積溫度值的碳化硅層上的紅外光譜。在800cm-1處有顯著吸收帶，由900cm-1處和1000cm-1處的兩條伴線左右相夾。800cm-1處的主光帶是Si-C鍵合（Si-C）s的伸縮振動(dòng)特征。在濺射薄膜實(shí)驗(yàn)中，可歸因于不受Si-CH3振動(dòng)模式影響的（Si-C）s模式。Si-CH3振動(dòng)模式通常出現(xiàn)在利用化學(xué)氣相沉積工藝制備出包含有硅烷和碳?xì)浠衔锼槠脑嚇又小?00cm-1處和1000cm-1處的附加結(jié)構(gòu)可能是由于Si-H2彎曲和C-H搖擺所致；特別是它們?cè)?100cm-1處和2900cm-1處各自的伸展方式，如圖1所示。

圖1：帶有襯底溫度指示值的碳化硅層在500-1300cm-1區(qū)的紅外吸收光譜；內(nèi)嵌圖為1900-3300cm-1區(qū)兩個(gè)典型光譜 

　　 隨著Ts由100℃增至600℃，（Si-C）s峰值被修改，峰值幅度呈系統(tǒng)性增長(zhǎng)并伴隨著峰值寬度的持續(xù)變窄。光帶形狀逐漸由明顯的Ts=100℃時(shí)的純高斯變?yōu)門s=600℃時(shí)的洛倫茲線；洛倫茲線可以揭示最小鍵角變形和鍵長(zhǎng)散布，并以此來(lái)表征晶體材料。對(duì)于Ts中間值（200-500℃），實(shí)驗(yàn)利用高斯和洛倫茲線混合來(lái)指示既包含非晶形又包含晶體的碳化硅相薄膜。為進(jìn)一步研究這方面，在分別減去900cm-1處和1000cm-1處Si-H2和C-H振動(dòng)模式的影響之后，對(duì)800cm-1處光帶進(jìn)行去卷積。圖2為典型的紅外光譜去卷積。（Si-C）s峰值中洛倫茲線的L區(qū)部分可以假定為和晶體相中Si-C鍵的數(shù)量成比例。利用該步驟最終推斷出晶體尺寸fc，也即圖三中作為沉積溫度函數(shù)關(guān)系的L/（L+G）比率。

圖2：550-1150cm-1區(qū)紅外吸收光譜去卷積