mglt2gtsi薄膜的脉冲激光沉积及其结构控制

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要MgESi作为一种窄带隙半导体材料以及环境友好型功能材料，在热电器件、电子器件、光电子器件、能量器件以及合金材料表面改性等领域具有广泛的应用前景。随着半导体技术的飞速发展以及基于光电集成的设想，在Si基片上生长M92Si薄膜将具有重要的研究意义和应用价值，但已有研究存在薄膜沉积困难或由于Mg挥发带来组分偏离化学计量比等问题。脉冲激光沉积(PLD)技术可以保证靶材和薄膜成分的一致性，在制备M92SiJ塞种挥发性化合物薄膜方面具有独特的优势。为此，本论文以放电等离子烧结(SPS)技术制备的M92Si陶瓷为靶材，采用脉冲激光沉积(PLD)技术，

2、在Si单晶基片上制备物相单一、结晶良好、表面平整的M92Si多晶薄膜，重点研究了沉积工艺对薄膜组成、结构的影响，并对MgESi薄膜的电学与光学性能进行了初步测试。论文首先以高纯Mg、Si微粉为原料，采用SPS技术制备出纯相、结构均匀、高致密度(致密度98．86％)的MgaSi陶瓷靶材。研究了原料配比、合成温度和保温时间、烧结温度等工艺条件对MgESi陶瓷的物相和结构的影响，确定了制各M92Si陶瓷靶材的两步法工艺，即先在Mg过量10wt％、温度5500(2、保温时间10min条件下合成纯相MgESi粉体；再将粉体在7500C烧结成致密靶材。随后，以MgESi陶瓷为靶

3、材，利用PLD技术在Si(1l1)和Si(100)基片上于室温下沉积了MgESi薄膜，重点研究了沉积参数(激光能量密度、退火气氛及气压、退火温度、退火时间等)对薄膜物相、表面形貌和微观结构的影响。结果表明，随激光能量密度的增大，MgESi薄膜的结晶度提高，但表面粗糙度也随之增大；在时气中退火所得薄膜的结晶性和表面形貌优于真空和N2退火，且随舡气压的增大，薄膜晶粒尺寸变大；随着退火温度的升高，薄膜的结晶性提高，5000C退火后表现出较好的结晶性，但当温度再升至6000(2时，薄膜易被氧化成MgO；退火时间太短，薄膜晶粒生长不完全，退火时间过长则会导致薄膜表面出现大颗粒

4、，粗糙度增大。制备MgaSi薄膜的适宜工艺条件为：室温沉积，激光能量密度2．36J／em2，退火温度5000C，退火气氛心气，气压10Pa，退火时间30min。在该条件下得到的M92Si多晶薄膜的物相单一，表面平整，晶粒大小均匀，排列紧密，结晶良好。武汉理工大学硕士学位论文在此基础上，对M92Si薄膜的电学及光学性能进行了初步测试。结果表明：测试温度范围(110"--2300C)内M92Si薄膜的最大电阻率为7fl·cm，且随温度的升高电阻率逐渐降低，表现出半导体特性。其载流子浓度为负值，呈现为玎．型半导体特征，其禁带宽度为1．1603eV，活化能为6．66eV。在

5、350--1100rim的波长范围内，M92Si薄膜的反射率较小，为10．2数量级；波长为1100nm处透过率最大，为60％。关键词：M92Si薄膜，放电等离子烧结(SPS)，脉冲激光沉积(PLD)，电学和光学性能Ⅱ武汉理工大学硕士学位论文Abstract触anarrow-band-gapsemiconductorandenvironmentalfriendlyfunctionalmaterial，theintermetalliccompoundmagnesiumsilicide(M92Si)has、^，ideapplicationprospectsinsomefi

6、eldssuch嬲thermoelectricitydevices，electrondevices，photoelectrondevices，energydevicesandthesurfacemodificationofalloymaterials，andSOon．Inrecentyears，withtherapiddevelopmentofthesemiconductortechnologyandtheassumptionbasedonphotoelectricityintegration,thedepositionofM92Sithinfilmonsilico

7、nsubstratewillbeextremelyimportantforbothresearchandapplication．However,ithasalsobeenpointedoutthatMgESifilmsaredifficulttobepreparedandeasytodeviatefromthestoichiometricratioduetotheevaporationofmagnesium．Theconsistencyofstoichiometriccompositionofthefillandthetargetcallbeensuredbyp