论文摘要：本征及磷掺杂氢化纳米硅薄膜微结构及其力学性质的研究

本文系统介绍了本征以及磷掺杂氢化纳米硅薄膜的制备、微结构和物理性质尤其是力学性质的研究。 首先在等离子体增强化学气相沉积(PECVD: Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition)系统中，制备了不同参数下的氢化纳米硅薄膜。根据课题需要设计并进行了两批实验：第一批，0.3~0.9Torr系统改变工作气压；第二批，以3.6%~30%的掺杂比制备磷掺杂硅薄膜。两批实验均在其他实验参数不变的情况下进行。 之后，对样品用AFM、XRD、Raman散射谱和红外吸收谱等方法分别进行了表征，对纳米硅薄膜的微结构有了进一步的认识，并对磷掺杂纳米硅薄膜的生长机理及微观特性有了一定的了解。 研究发现，同样条件下，玻璃衬底上生长的本征纳米硅薄膜比硅衬底上晶粒更加细化均匀，晶态比也高很多，即成膜更加优质；在0.3~0.9Torr这个比较小的范围内改变工作气压对薄膜微观结构影响不大，但薄膜的沉积速率随着工作气压的升高而升高；适当掺磷可以细化纳米硅薄膜中的晶粒，增大晶态比，有利于晶化，但细化晶粒的作用不明显，而且玻璃衬底上恰恰相反，掺磷后其平均晶粒尺寸比硅衬底上大很多，也比玻璃衬底上本征薄膜增大很多；通过红外吸收谱，我们还观察到，磷掺杂后薄膜中硅氢键较之本征纳米硅薄膜明显减少。 最后，使用纳米压痕硬度计测试了纳米硅薄膜的基本力学性质。发现纳米硅薄膜由于界面相的存在，复杂的微结构使得其抗载能力下降，其硬度与模量不但远小于单晶硅衬底，而且小于玻璃；同时我们发现，适当磷掺杂降低纳米硅薄膜承载能力，但却可以得到较理想的界面结合强度，且可以降低薄膜表面的粗糙度；玻璃衬底上生长的纳米硅薄膜较之硅衬底上的纳米硅薄膜有着更好的变形协调性和膜基结合强度；纳米硅薄膜的硬度与模量大体上随着薄膜内平均晶粒尺寸的增大而增大；另外，我们还发现，在薄膜力学性质较为均匀的时候，可以用载荷-深度曲线中第一个比较明显的台阶的出现位置来大致估算薄膜的厚度。