【正文】 ne β－FeSi2 films, 1991, 45(15), 88228824.[45] Alvarez J, , , , and : Electronic structure of ironsilicides grown on Si(100) determined by photoelectron spectroscopies, , 45(24), 1404214051.[46] , : Electrical properties of Codoped and Nidoped βFeSi2, 84(3): 1408一1411.[47] , et al., Effect of target positions on the crystallinity ofβFeSi2 prepared by ion beam sputter deposition method, Thin Solid Films, 2004 , 461: 1721.[48] , et al., Fabrication of βFeSi2 Thin Film on Si(111) surface by Solid PhaseEpitaxy(SPE) Analyzed by Means of Synchrotron Radlation XPS (SRXPS), ANALYTICALSCIENCES 2001, SUPPLEMENT: 1107311076. 致 謝 詞本論文在完成過(guò)程中，遇到了很多的問題和困難，特別是在寫作初期的查閱資料和相關(guān)軟件學(xué)習(xí)。隨著退火溫度的升高，薄膜樣品表面的顆粒逐漸長(zhǎng)大，小的顆粒逐漸合并。 退火溫度對(duì)βFeSi2的顯微結(jié)構(gòu)的影響1001151，1001152，1001153，1001154,，1001155,，1001156樣品所對(duì)應(yīng)的SEM圖像如圖所示： 1001151樣品的SEM圖像（10K） 1001152樣品的SEM圖像（10K） 1001153樣品的SEM圖像（10K） 1001154樣品的SEM圖像（10K） 1001155樣品的SEM圖像（10K） 1001156樣品的SEM圖像（10K） 由圖可看出經(jīng)900℃15小時(shí)退火后，樣品表面已有晶粒出現(xiàn)，晶粒的大小尺寸約為5181?！　∷苽錁悠返木幪?hào)900℃890℃880℃900℃910℃920℃15h100115110011521001153100115410011551001156由于對(duì)于生成100 nm厚度的β－FeSi2薄膜最佳條件的研究，本實(shí)驗(yàn)小組先前已經(jīng)進(jìn)行研究了，確定為900℃條件下退火15小時(shí)。2θ測(cè)角范圍為10176。通過(guò)特定的設(shè)置熱處理工藝的退火溫度，來(lái)分析其對(duì)FeSi化合物薄膜生長(zhǎng)的影響。6） 關(guān)閉空氣。頻率顯示為704時(shí)，分子泵進(jìn)入正常工作狀態(tài)。關(guān)取樣室閥門2，同時(shí)關(guān)取樣室的分子泵2，隨后關(guān)機(jī)械泵2。超聲波清洗是半導(dǎo)體工業(yè)中廣泛應(yīng)用的一種清洗方法。2.. 實(shí)驗(yàn)所需條件鐵靶純度： %，鐵靶規(guī)格：60 mm（直徑）3 mm（厚度），基體材料為Si（100）單面拋光片，電阻率為7－13 。本論文使用的退火裝置是SGL80型高真空熱處理裝置。反應(yīng)濺射是在通入Ar 氣的同時(shí)通入相應(yīng)的活性氣體, 使金屬原子與活性氣體在濺射沉積的過(guò)程中, 由濺射原子與活性氣體分子在襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成的。受轟擊的固體通常稱為靶材, 濺射出的物質(zhì)都呈原子狀態(tài), 也可能有原子團(tuán), 常稱為濺射原子。　制備儀器簡(jiǎn)介　磁控濺射儀簡(jiǎn)介　　本實(shí)驗(yàn)所用的是中科院沈陽(yáng)科學(xué)儀器研制中心有限公司生產(chǎn)的“JGP560cⅤⅢ型帶空氣鎖的超高真空多靶磁控濺射鍍膜系統(tǒng)”，該系統(tǒng)能夠裝載五個(gè)靶材，（其中有A靶B靶是直流磁控濺射的靶位，C靶為射頻磁控濺射的靶位，D靶F靶為斜對(duì)著的兩個(gè)靶位，可以同時(shí)混合濺射兩種離子），能夠?qū)崿F(xiàn)雙靶、反應(yīng)濺射等功能。研究多晶βFeSi2體材料及薄膜的電輸運(yùn)性質(zhì)，測(cè)量結(jié)果顯示其室溫電阻率約1 Ω非有意摻雜的βFeSi2一般顯示p型導(dǎo)電，F(xiàn)e/Si原子比變化或摻雜可使其導(dǎo)電類型發(fā)生變化。薄膜中出現(xiàn)何種取向關(guān)系與制備方法和所選的基片有密切聯(lián)系。在300500℃時(shí)，γ會(huì)不可逆轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)變?yōu)楸容^穩(wěn)定的β相。β－FeSi2在室溫至900 ℃是比較穩(wěn)定的態(tài)，當(dāng)溫度高于950 ℃時(shí)，β－FeSi2將逐步轉(zhuǎn)化為具有四方結(jié)構(gòu)的α－FeSi2（每個(gè)單胞內(nèi)只有3個(gè)原子，其晶格常數(shù)為a ＝ b ＝ nm，c ＝ nm），它是一種金屬態(tài)。他們發(fā)現(xiàn)，在退火時(shí)間為2 h,退火溫度為600℃時(shí)生成的薄膜質(zhì)量較好。研究結(jié)果表明：調(diào)整注入能量和劑量，可以得到厚度不同的βFeSi2表面層和埋入層。[29]和Lourenco M A[30]等人采用固相外延技術(shù)(SPE)在Si襯底上生長(zhǎng)βFeSi2薄膜。每年有34次這方面的學(xué)術(shù)活動(dòng)。英國(guó)和德國(guó)在2000年前就合作開展那一個(gè)叫ESPRIT的有關(guān)環(huán)境硅化合物半導(dǎo)體材料的研究計(jì)劃。為了使成熟的硅集成工藝在光電子領(lǐng)域中得到應(yīng)用，學(xué)術(shù)界在探索研究硅基半導(dǎo)體新材料方面做了許多工作．尋找新型光電子材料，以實(shí)現(xiàn)光電子器件與微電子器件的集成一直受到人們很大的重視．多孔硅曾一度被認(rèn)為是為硅基光電子材料提供了一條可能途徑，但由于其存在的某些問題，如發(fā)光不穩(wěn)定，與常規(guī)的集成電路工藝不相容等，使其實(shí)際應(yīng)用前景不容樂觀。利用這些金屬制備的硅化合物材料中，β－FeSiCa２Si、Ru２Si３等表現(xiàn)出良好的半導(dǎo)體性質(zhì)。鑒于以上介紹的關(guān)于傳統(tǒng)材料對(duì)環(huán)境的危害，材料科學(xué)家們提出環(huán)境友好材料的思想[1]，試圖改變這一現(xiàn)狀。采用X－射線衍射和掃描電子顯微術(shù)對(duì)薄膜晶體結(jié)構(gòu)和顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。Abstract The Fe film with thickness of 900 nm was deposited on ptype Si(100) substrates by DC magnetron sputtering. Then, the film was annealed in the temperature rang of 900 ℃ to 960 ℃ for 15 hours to 60 hours to form FeSi pounds. The effects of annealing on the formation and structure of FeSi pounds on the film are analyzed. The structural properties of Fe/Si films are characterized by the Xray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The XRD results show that various FeSi pounds and some oxides of Fe and Si are formed in the films. The grains on the surface bee large and connect together with the increasing of temperature.Key words: Magnetron sputtering。由于微電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，一些有毒或者資源儲(chǔ)藏量十分有限的元素如Ga、As、In、P、Se、S、Pb、Te等，至今仍被大量使用著，這對(duì)人類賴以生存的地球環(huán)境構(gòu)成了極大的威脅。β－FeSi2自古作為熱電發(fā)電材料而被廣泛研究，且采用以燒結(jié)為主的制造方法，純度不是很高。同時(shí)該系統(tǒng)化合物中的半導(dǎo)體相β－FeSi2，還具有一系列優(yōu)良的特性，如其制備方法與現(xiàn)有的硅基微電子工藝相兼容，被認(rèn)為是準(zhǔn)直接帶隙材料[4][7]，對(duì)應(yīng)于現(xiàn)代光通訊的特征頻率范圍，在紅外光譜區(qū)具有高的光吸收系數(shù)（105 cm1）[8]，具有大的Seeback系數(shù)[9]，理論上高達(dá)1623%的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率[10]，因此，β－FeSi2薄膜是作為光傳感器、太陽(yáng)能電池的理想材料。在材料和器件的制備方面，英國(guó)的Surrey大學(xué)的Kevin ，并發(fā)表了此LED在紅外發(fā)光的結(jié)果。早期的研究者們主要是采用分子束外延（MBE)和離子束合成（IBS）技術(shù)制備樣品，為了降低制備成本及將來(lái)工業(yè)化生產(chǎn)的目的，近期日本的研究者開始嘗試用磁控濺射（MS）[20]方法制備β－FeSi2薄膜，并且通過(guò)光電性質(zhì)的測(cè)量研究其帶隙及輸運(yùn)性質(zhì)。中科院上海信息功能國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室[32]采用超高真空鍍膜外延法，進(jìn)行了βFeSi2薄膜的制備及性質(zhì)研究。它有效地解決了PLD法中產(chǎn)生微滴的技術(shù)缺陷。羅勝耘等[40]采用非質(zhì)量分離離子束注人沉積法(IBD)制備βFeSi2多晶薄膜，并通過(guò)XRD、SEM和AFM分析得出結(jié)論：600℃700℃是IBD法制備βFeSi2薄膜的最適宜退火溫度?；鶓B(tài)為簡(jiǎn)并態(tài)。 Si/βFeSi2/Si異質(zhì)結(jié)的基本性質(zhì)　β－FeSi2的晶體結(jié)構(gòu)鐵硅化合物β－FeSi2屬于正交晶系，空間群為D182h(Cmca)，晶格常數(shù)為a = nm,b = nm,c = nm,每個(gè)單胞內(nèi)有48個(gè)原子，其中包括16個(gè)鐵原子和32個(gè)硅原子，F(xiàn)e、Si兩種原子具有兩種不等價(jià)的物理環(huán)境，通過(guò)對(duì)稱變換而構(gòu)成整個(gè)晶胞。在吸收邊附近，直接帶隙半導(dǎo)體的吸收系數(shù)與光子能量的關(guān)系為　　　　　　　而對(duì)間接帶隙半導(dǎo)體則有　　　　　　　β－FeSi2的直接帶隙的能帶結(jié)構(gòu)正是基于這一原理進(jìn)行測(cè)量的。當(dāng)雜質(zhì)濃度或退火溫度發(fā)生變化時(shí)，也有可能使其導(dǎo)電類型由p型向n轉(zhuǎn)變。降低生長(zhǎng)溫度可減小缺陷密度，提高電導(dǎo)率和載流子遷移率，但是，降低生長(zhǎng)溫度也會(huì)導(dǎo)致薄膜結(jié)晶質(zhì)量下降，從而影響其電學(xué)性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)，因而需要在兩者之間尋求一合適的平衡。鐵膜的濺射　磁控濺射的原理和特點(diǎn)磁控濺射是在陰極靶表面上方形成一個(gè)正交電磁場(chǎng)。JGP 560 型磁控濺射儀可以進(jìn)行直流濺射、射頻濺射、反應(yīng)濺射、共濺射。通過(guò)控制反應(yīng)濺射過(guò)程中活性氣體的壓力, 得到不同組分的薄膜, 得到的沉積產(chǎn)物可以是合金固溶體, 也可以是化合物, 或兩者的混合物。 退火裝置示意圖本論文使用的主要熱處理裝置為SGL80型高真空退火爐。Milsavljevic等[46]人先用10%HF溶液漂洗，然后用去離子水漂洗，最后用低能Ar離子濺射清洗。超聲波清洗具有清洗速度快、質(zhì)量高，不受清洗件表面復(fù)雜形狀的限制，易于實(shí)現(xiàn)遙控和自動(dòng)化清洗等優(yōu)點(diǎn)?！崽幚?xiàng)l件對(duì)濺射完的樣品進(jìn)行退火，其退火步驟如下：１ 開機(jī)１） 真空室內(nèi)溫度≤60℃時(shí)，開放氣閥V3放氣，打開法蘭門組件，將干凈樣品放入樣品舟內(nèi)，用操作桿推入石英管內(nèi)部（電爐恒溫區(qū)），然后法蘭門組件。３　停機(jī)１） 關(guān)閉加熱控溫電源，系統(tǒng)開始降溫，直至降低到室溫。預(yù)濺完成之后，我們制備樣品所濺射Fe膜的時(shí)間統(tǒng)一（均）為10分鐘，即濺射的Fe膜厚度均為100 nm。根據(jù)樣品的狀態(tài)，可分為單晶X射線衍射法和多晶X射線衍射法。測(cè)角儀為2θ/θ耦合。所有樣品，在2θ＝ 186。m左右，結(jié)出的晶粒更加明顯。此外，清洗完的硅基片在空氣中的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)也有可能是導(dǎo)致鐵硅氧化物出現(xiàn)的一個(gè)原因。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理過(guò)程中XXX老師和XXX等研究生給予我們細(xì)心的指導(dǎo)和熱情的幫助，尤其是軟件Jade和Origin的學(xué)習(xí)。Chinese Journal of lasers， Vol. 33 , No. 9 ，September , 2006[36] Li XiaoNa,Nie Dong,etc. Microstructure of βFeSi2 film synthesized by ion implantation. ,January,2002.[37] 李凡，吳炳堯等，βFe