电子材料表征课件要点.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 薄膜技术及应用 薄膜技术及应用 薄膜技术及应用 * 3.5 X射线光电子能谱 (X-ray Photoelectron Spectroscopy，XPS) 利用能量较低的X射线作为激发源，通过分析样品发射出来的具有特征能量的电子，实现分析样品化学成分目的。 被激发出的来的电子具有的能量 E=hν-EB 式中：ν — 入射X射线的频率 EB — 被激发出来的电子原来的能级能量 * 作用：元素分析；价态确定；定量分析。 参考书：Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy (Perkin-Elmer) 薄膜材料的表征方法 * 在实际分析工作中，有些XPS 谱中的光电子峰位移小或强度弱，对一些过渡金属如Cu、Zn 等、一些重元素如Ag 等、碱土金属Mg 等，很难唯一指认出元素及其化学价态。因此，可以结合XPS 和XAES，利用修正的俄歇参数（α’）来指认元素及其化学态。 薄膜材料的表征方法 * Cu的XPS参考数值 2p3/2 LMM 薄膜材料的表征方法 * Cu的XPS参考数值 2p3/2 LMM Eb(Cu 2p3/2) = 932.08 eV Eb(Cu LMM) = 569.08 eV Ek(Cu LMM) = 917.52eV 光源 单色化的Al Kα hv=1486.6eV α’ =1849.6eV * 3.6 光致发光(Photoluminescence spectroscopy ，PL) λ=hv/Eg * 3.7 半导体参数测试 测试仪器：Keithley 4200半导体参数测试系统 恒温恒湿测试仪 低温探针台 模拟太阳能光源 * p-n结特性 光伏特性 I-V特性曲线 光响应 转移特性曲线 * 回滞现象 存储特性 The end! * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 薄膜的物理气相沉积 * 溅射产额随入射离子的原子序数周期性变化。惰性气体作为入射离子，溅射产额较高；重离子的溅射产额明显高于轻离子。 薄膜的物理气相沉积 * （3）离子入射角度 θ：离子入射方向与靶面法线方向的夹角。 随着θ增加，溅射产额呈1/cos θ 的规律增加，即倾斜入射角有利于提高溅射产额； 当θ接近80°时，产额迅速下降。 薄膜的物理气相沉积 * 溅射产额随粒子运动方向的变化： 90° 90° 0° 薄膜的物理气相沉积 * （4）靶材温度 薄膜的物理气相沉积 * 与蒸发法相比，溅射法更适用于合金的溅射与沉积。原因： (1)不同元素平衡蒸气压差别很大，而溅射产额差别不大，因此有利于保证薄膜的化学成分与靶材基本一致。 (2) 蒸发法：被蒸发物质多处于熔融状态，本身将发生 扩散、对流，表现出很强的自发均匀化的倾向。 溅射法：靶物质的扩散能力弱。由于溅射产额差别造成的靶材表面成分的偏离很快就会使靶材表面成分趋于某一平衡成分，从而在随后的溅射过程中实现一种成分的自动补偿效应。 * 2.4 化学气相沉积 特点：相对较高的压力环境，无阴影效应 薄膜的化学气相沉积 * 用途： ①固体电子器件所需的各种薄膜、轴承和工 具的耐磨涂层、发动机或核反应堆部件的高 温防护涂层等； ②高质量半导体晶体外延、各种介电薄膜、 绝缘材料薄膜等，如MOS场效应管中多晶Si、 SiO2、SiNx等薄膜。 薄膜的化学气相沉积 * 优点： ①可用于各种高纯晶态、非晶态的金属、半 导体、化合物薄膜的制备； ②能有效控制薄膜的化学成分，生产效率 高，设备和运转成本低，与其他相关工艺相 容性较好等。 薄膜的化学气相沉积 * 化学气相沉积反应的类型： 热解反应，还原反应，氧化反应， 置换反应，岐化反应，气相输运 CVD方法的共同特点： (1) 反应式总可以写成 aA(g) + bB(g) → cC(s) + dD(g) 的形式，即由一个固相和几个气相组成反应式； (2) 这些反应往往是可逆的。 薄膜的化学气相沉积 * H2辅助： CdTe(s)+H2→Cd(g)+H2Te(g)→CdTe(s)+H2(g) T1 T2 气相输运 当物质升华温度不高时，利用升华和冷凝的可 逆过程实现气相沉积。 CdTe(s)→CdTe(g)→CdTe(s) (T1T2=Ts) T1 T2 solid gas film 薄膜的化学气相沉积 * 热力