利用壓電調制光譜研究SiCN材料特性主講人
Download
Report
Transcript 利用壓電調制光譜研究SiCN材料特性主講人
東南技術學院九十二學年度第一學期
資工系論文發表會
利用壓電調制光譜研究SiCN材料特性
主講人:謝昌勳 老師
92年10月29日
報告內容大綱
一.
二.
三.
四.
緒 論
理論與實驗裝置
結果和討論
結 論
一、緒 論
SiCN 材料簡介:
特性:寬能隙、高硬度、抗氧化、抗腐蝕、高
熱導、高絕緣及高溫操作
可能應用:微機電系統、高溫操作、高壓元件、
場發射方面(平面電視)
樣品製作:以ECR-PECVD或MW-PECVD在Si
基板上成長薄膜
SiCN之成長方法
MW-PECVD 微波電漿輔助化學氣相沉積法
(microwave plasma enhanced chemical vapor
deposition)
ECR-PECVD電子迴旋共振電漿輔助化學氣
相沉積法(electron cyclotron resonance
plasma enhanced chemical vapor deposition)
SiCN的研究方法
1. 以PzR研究含鐵 SiCN薄膜的躍遷能量與溫度相
關之特性
2. 以PzR研究SiCN nanorods材料特性
3. 研究SiCN成分與能隙之關係。
(感謝中研院原分所陳貴賢博士
台大凝態中心林麗瓊教授提供樣品)
二、理論與實驗裝置
A. 調制光譜原理
B. 調制光譜系統概述
A. 調制光譜原理
調制光譜是量測樣品材枓受某一物理量週期
性微擾時介電係數改變,造成穿透率、反射
率的改變量,以改變量的譜線做線形吻合求
得欲探討之材料特性。
微分型式的勞倫茲線形(derivative
Lorentzian lineshape)
m
i
n
Re A j e j ( E E j i j ) X
R
j 1
R
n 值的決定
3D
Bounded States
(Impurity、Exciton)
PzR
0.5
2
CER
2.5
2
B. 調制光譜系統概述
B lack B ox
G ratin g
S am p le
VNDF
L igh t S ou rce
P ow er
S u p p ly
F ocu s
L en s
M on och rom ator
F ocu s
L en s
F ilter
M otor
C on troller
D etector
S i, P M T
D C S ignal
A C S ignal
L ock -in
A m p lifier
R ef. in
D C in
S ignals in
R eference
M od u lation
S ou rce
(C E R , P zR )
V accu m
S ystem
G P IB
B us
L ow T em p eratu re
C om troller S ystem
PzR與 CER 量測樣品之準備裝置圖
外加
AC高壓
PZT
probe
beam
三、結果和討論
a. SiCN樣品種類
b. PzR光譜分析
c. 結論與討論
a. SiCN樣品種類
SiCN樣品的種類與成分
測得成分
成長方法
成分分析方法
樣品名稱
Si
C
N
S1
38
4.7
57
ECR-PECVD
RBS (Fe 0.3%)
S2
(nanorods)
26
50
24
1st stage ECRPECVD
2nd stage
MW-PECVD
EDS
E1
30
13
57
ECR-PECVD
EDS
E2
32
11
57
ECR-PECVD
EDS
E3
33
10
57
ECR-PECVD
EDS
E4
35
8
57
ECR-PECVD
EDS
b. PzR光譜分析
以PzR研究含鐵 SiCN薄膜的躍遷能量與
溫度相關之特性
以PzR研究SiCN nanorods材料特性
研究SiCN成分與能隙之關係。
1. 含鐵 SiCN薄膜300K PzR譜線
4x10
-4
R /R
S iC N :F e
P zR
300K
0
n=0.5
d
n=2
Eg
E xp t.
L oren tzian F its
-4 x 1 0
Ei
-4
2 .0
2 .5
3 .0
3 .5
4 .0
4 .5
P h oton E n ergy (eV )
5 .0
5 .5
R/R (arb. units)
含鐵 SiCN薄膜 15 ~580 K PzR譜
線
SiCN:Fe
PzR
2.0
Expt.
Lorentzian Fits
15K
150K
300K
420K
580K
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
Photon Energy (eV)
5.0
5.5
Varshni semiempirical relationship
E g (T ) E g ( 0 )
j
j
E g (0)
j
j
j
jT
2
( j T )
(3-3)
is the energy at absolute zero
is related to the electron-phonon
interaction
is closely related to the Debye
temperature
Bose-Einstein type
E (T ) E ( 0 )
j
g
j
g
[exp(
2a
jB
jB
) 1]
T
j
is the energy value at 0 K
a jB represents the strength of average
electron-phonon interaction
corresponds to the average phonon
temperature
E g (T )
jB
樣品S1的Ei對溫度變化的圖形
3 .1 0
S iC N :F e
E i (eV )
3 .0 9
3 .0 8
E xp t.
L in ear E q . F its
3 .0 7
3 .0 6
0
100
200
300
400
T em p era tu re (K )
500
600
樣品S1的 E gd 對溫度變化的圖形
4 .7 0
S iC N :F e
E g (eV )
d
4 .6 8
4 .6 6
4 .6 4
E xp t .
V arsh n i F its
B ose-E in stein F its
4 .6 2
4 .6 0
0
100
200
300
400
T em p eratu re(K )
500
600
4 .7 0
3 .1 6
E g (eV )
d
4 .6 8
S iC N :F e
3 .1 4
4 .6 6
3 .1 2
4 .6 4
3 .1 0
4 .6 2
3 .0 8
4 .6 0
3 .0 6
600
0
100
200
300
400
T em p era tu re(K )
500
E i (eV )
E xp t .
V arsh n i F its
B ose-E in stein F its
2. SiCN nanorods
SiCN奈米柱之側視SEM影像圖(直徑約為20-50 nm)
SiCN nanorods 15K~400K PzR譜線
R /R (a rb . u n its)
S iC N N a n o ro d s
P zR
15K
100K
200K
E x p t.
L o ren tzia n F its
300K
400K
3 .7
3 .8
3 .9
4 .0
4 .1
4 .2
4 .3
P h o to n E n erg y (eV )
4 .4
4 .5
4 .6
SiCN nanorods 的對溫度的關係圖
4 .2 8
S iC N N an orod s
E dg (eV )
4 .2 6
4 .2 4
4 .2 2
E xp t.
V arsh n i F its
B ose-E in stein F its
4 .2 0
4 .1 8
0
100
200
300
T em p eratu re(K )
400
以ECR-PECVD成長的不同成分SiCN薄膜
3.
成 長 條 件
測 得 成 分
成長
方法
樣
品
名
稱
N2
(sccm)
H2
(sccm)
CH3NH2
(sccm)
SiH4
(sccm)
Temp.
℃
Si
C
N
C/Si
E1
3
8
1.0
0.5
700
30
13
57
0.43
ECR
E2
3
8
1.0
0.5
800
32
11
57
0.33
ECR
E3
3
8
1.0
0.5
750
33
10
57
0.3
ECR
E4
3
8
1.0
0.5
750
35
8
57
0.23
ECR
不同成分的SiCN薄膜在300 K時的PzR光譜
R/R (arb. units)
SiCN
300K
E1
5.385 eV
C/Si=0.33
5.156 eV
E2
E3
PzR
Lorentzian Fits
C/Si=0.3
5.108 eV
E4
C/Si=0.23
5.013 eV
4.0
4.5
5.0
C/Si=0.43
5.5
Photon Energy (eV)
6.0
四、結 論
1. 成功改良用銅網執行CER量測,來研究寬能隙
半導體材料之特性。
2. 設計完成Buffer Circuit,改善了SPS訊號之S/N
比。
3. 以PzR研究SiCN薄膜及Nanorods,得知能隙與
雜質相關之訊息。