摘要：用化學沉積法制備硅薄膜時影響成膜質量和速度的因素非常復雜，主要包括氣體濃度、流速、溫度、壓力等，通過研究摻雜氣體濃度比例和溫度對硅薄膜的成膜質量和成膜速度的影響可知，在一定范圍內隨著摻雜氣體比例的增加成膜速度降低;在其他參數確定時，隨著溫度的升高，成膜速度提高，孔隙率先降低后增加，即硅薄膜質量先變好再變差。900咒沉積的硅薄膜相對光滑，有一定的致密度，硅薄膜質量較好。實驗結果表明：較佳的實驗參數為較低的摻雜氣體，沉積溫度設定在850°C-950七成膜質量較好。

　　關鍵詞:硅薄膜;工藝參數;溫度;沉積速度;表面質量

　　0引言

　　硅基材料作為一種半導體材料,由于良好的物理化學性能在工業界，比如太陽能和半導體等行業得到了廣泛的應用。硅薄膜優良特性包括強度高、抗氧化性強、密度低、耐磨損、耐腐蝕等，也因此有著廣闊的應用前景3〕。目前商用靜電復印機的核心部件為分體式感光鼓和碳粉盒，感光鼓的壽命決定了復印機的經濟壽命。硅感光鼓的壽命是其他產品(如有機感光鼓、硒鼓等)普通感光鼓壽命的30-50倍，以其硬度高、壽命長和光導性能好等優點占有國際大部分市場。硅薄膜的制備技術較多,常用的物理方法包括電子束物理氣相沉積(EB-PVD)和磁控濺射(Magnetronsputtering)，化學方法包括化學氣相沉積(chemicalvapordeposition,CVD)、等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)和熱絲化學氣相沉積(Hotwirechemicalvapordeposition,HWCVD)⑶。

　　化學氣相沉積法發展較早并且技術要求相對較低，但設備溫度場控制和壓力控制區域需提高精度。硅薄膜的制備方法各有優缺點，往往幾種方法有機結合起來取長補短使用，才得到性能更為優良的硅薄膜。硅薄膜的沉積速度受壓力、溫度和功率等不同工藝參數的影響很大⑷。一定范圍內略高氣壓會得到較高的沉積速度和較好的材料性能⑸，4~7Torr氣壓下的沉積速度可達6-9.3A/s⑷;氣體流量也是影響沉積速度和硅薄膜制造成本的一個重要因素，氣體流量增加，硅薄膜的沉積速度逐漸增加⑺。

　　H2稀釋濃度也影響硅薄膜的沉積速度図，當H2稀釋濃度從99%降低到95%時,硅薄膜中的非晶硅成分增加，硅薄膜的沉積速度增加。PEDVD方法中，在氫稀釋比([H2]/[SiH4])為8左右時達到飽和沉積速度。氣相沉積中不同制備方法需要的溫度范圍不同，已經有研發出來的工藝可以在900t-1050七和較低的壓力(10kPa)下沉積⑼,PECVD使用溫度(400£)的升高會導致沉積速度下降皿叫1工藝參數對硅薄膜成形微觀結構影響11硅薄膜的微觀組織結構及成分表征硅薄膜結構的感光鼓，通過SEM結果,鋁基上鍍非晶硅層，基本的結構形式為鋁基、鋁硅擴散層(約5|im)、非晶硅層(約20|xm)，外層為硅,逐漸過渡到基體的鋁。

　　溫度對沉積硅薄膜表面微觀組織的影響對原始硅薄膜表面進行拋光預處理(粗磨、細磨和拋光)，表面質量對后續沉積的硅薄膜的質量影響較大，同等制備條件下襯底的表面粗糙度越高,膜-基的結合強度越高。清潔襯底表面，有機溶劑超聲清洗，清除加工過程中引入的油脂等有機物，除原膜中雜質或者劃痕外，外表基本光滑。以900t沉積的硅薄膜為例，其微觀表面形貌如圖4所示,表面未經拋光時相對光滑,有一定的致密度，因為在相對較低的沉積溫度下,由于表面擴散的活化能較高，沉積過程中形成的Si液滴難以融合在一起，析出時形成較為穩定的結構。不同溫度下的沉積表面形貌如圖5所示,溫度較低時，反應離子的能量較低，成膜反應不充分，成膜速度較慢，并且薄膜致密度不高,相應的缺陷較多;隨著沉積溫度的升高，反應離子在基體表面具有更大的遷移能力，從而能遷移到能量更低的位置減少了膜中的缺陷密度，同時膜中H離子的含量減少,提高了薄膜的質量。

　　但當溫度高于900咒后，溫度升高離子的速度及反應變快,雖然硅薄膜形成速度加快，但是由于沉積過程中高能粒子對硅薄膜有轟擊作用,造成了硅薄膜的損傷，增加了硅薄膜的缺陷密度，并且硅薄膜的致密性較差，有較多的空隙,導致質量下降。孔隙率是表面特征的很重要的參數，是在打印機設備的硅鼓部件中影響激光反射和吸收等光學性能的至關重要的參數,孔隙率越高，反射率越低,表面粗糙度越低1切。通過不同溫度下形成的硅薄膜的質量進行微納觀表征和測量,研究結果如圖6所示,提高反應溫度,反應速度一直增加,硅薄膜沉積速度增加;而孔隙率表征的缺陷密度先減少后增加。因此在不考慮其他因素后,只考慮溫度時，在900°C時的成形質量較好,該氛圍內綜合考慮成膜質量和速度，建議的沉積溫度在850£~950£。

　　本文研究了摻雜氣體濃度比例和溫度對成膜質量和成膜速度的影響,結果表明，在一定范圍內隨著摻雜氣體比例增加成膜速度降低;在其他參數確定時，只考慮溫度參數的影響，隨著溫度的升高,成膜速度提高，但是成膜過程中孔隙率先降低后增加，即成膜質量先提高后降低。界面結合強度也有隨著溫度升高先變強后降低的趨勢。根據實驗結果,較佳的實驗參數為較低的摻雜氣體，沉積溫度設定在850七-950咒成膜質量和界面結合質量較好。

　　參考文獻

　　[1]劉洪麗，李樹杰，張聽，等.采用SiC/Si_sN一陶瓷先驅體連接反應燒結SiC[J].稀有金屬材料與工程,2005,34(9)：1469-1472.

　　[2]TSOUHT,KOWBELW.AhybridPACVDSIC/CVDmultilayercoatingforoxidationprotectionofcomposites[J].CarbonNY,1995,33(9)：1279-1288.

　　金屬論文投稿刊物：《稀有金屬材料與工程》(月刊)創刊于1970年，由中國科學技術協會主管，中國有色金屬學會、中國材料研究學會及西北有色金屬研究院主辦，主要報道鈦、難熔金屬(鎢、鉬、鉭、鈮、鋯、鉿、釩)、貴金屬(金、銀、鉑、釕、銠、鈀等)、稀散金屬和稀土金屬等材料的研制;稀有金屬材料的加工工藝,熔鑄、粉末冶金、壓力加工、熱處理、機械加工、爆炸復合、涂復、焊接及其它特種加工工藝);稀有金屬材料的化學分析及機械、物理性能測試。