氮化硅薄膜光学性质的研究
氮化硅光学薄膜材料
氮化硅光学薄膜材料一、氮化硅光学薄膜材料的“背后故事”说到氮化硅（Si₃N₄），大家可能会觉得这名字有点“高大上”，对吧？感觉一听就有种“科技感满满”的味道。
但它的作用可不小。
氮化硅就像是光学世界的隐形守护者，默默地为各种电子设备、仪器、甚至宇宙探索提供支持。
别看它名字这么“硬核”，它其实在日常生活中出现的频率还挺高的。
你用的手机、摄像机、甚至是一些高级的显微镜，背后都有氮化硅的身影。
就像你吃饭的时候，桌子上的盐看不见，但它确实是不可或缺的一部分。
氮化硅其实是一种超强的材料。
硬度和韧性都非常棒，耐高温、抗腐蚀，甚至比很多金属还要强大。
在光学领域，它作为薄膜材料，真的是“战力十足”。
想象一下，如果把它做成一个薄膜层，既能保护其他材料不被损坏，还能让光的传播更加稳定、精准，效果堪比高端滤镜。
无论是控制光的传播，还是调整光的反射，氮化硅都能轻松搞定。
这种材料的应用，简直让人忍不住想给它点赞。
二、氮化硅薄膜的“超级能力”氮化硅薄膜的最大优势就是它的“高透明度”。
它的透光性简直可以和玻璃媲美，但它的硬度和强度却远超普通玻璃。
这让它在各种精密光学设备中成为了必不可少的材料。
拿激光设备来说，氮化硅薄膜在激光器上使用，既能保证激光束的传播，又能有效减少光的损失。
哦对了，氮化硅薄膜的抗腐蚀性也特别强，什么酸、碱、盐，都不怕，真的是“见怪不怪”。
更让人惊喜的是，氮化硅材料还能在高温环境下保持稳定。
很多设备在运行过程中会产生巨大的热量，而氮化硅薄膜不仅能耐得住高温，还能有效防止设备过热，避免一些小故障的发生。
就拿汽车尾灯来说，氮化硅薄膜也能在这种高温下长时间发挥作用，防止光源的衰减。
是不是觉得这材料有点“神奇”？再说一个好消息，氮化硅薄膜的耐用性也非常强。
别看它薄薄一层，其实它的抗磨损能力特别强，就像是为光学系统装上了一层防护盾。
即使长时间暴露在外，它也不容易被刮花或磨损，延长了设备的使用寿命。
你能想象吗，这层薄膜就像是给你的手机屏幕贴上了超级坚固的保护膜，保护得死死的。
氮化硅薄膜2007
等离子体增强化学气相沉积
1、PECVD工艺温度大约 在400°C。 低温工艺优点：淀积速 率高；容易获得比较均 匀的组分；通过改变气 流比可以使薄膜组分连 续变化；节省能源，降 低成本；提高产能；减 少了高温导致的硅片中 少子寿命衰减。
2、提高了膜厚及成分的 均匀性、得到的薄膜针 孔少、组织致密、内应 力小、不易产生裂纹。 3、薄膜对基体的附着力 大于普通CVD。
目前，氮化硅薄膜的主要制备技 术主要有： 1.常压化学气相沉积 （APCVD） 2.低压化学气相沉积 （LPCVD） 3.等离子体增强化学气相沉积 （PECVD）
常压化学气相沉积
I.
常压化学气相沉积是 在常压环境下，反应 气体受热后被N2或Ar 输运到高温基片上经 化合反应或热分解生 成固态薄膜。
薄膜选择 氮化硅薄膜的制备方法 LPCVD和PECVD的比较
总结
薄膜选择
当上式分子为0，即n0 ns ＝n12时，反射最小。 对于电池片，n0 =1， ns ＝3.42，则n1 ＝1.86。 对于组件, n0 =1.46,ns ＝3.42，则n1＝2.23。 考虑到实际情况，一 般选择薄膜的折射率 在2.0~2.1之间。
II.
等离子体增强化学气相沉积
在真空下，加上射频或微波 电场，使反应室气体发生辉 光放电，在辉光放电所形成 的等离子体场中，由于电子 和离子的质量相差悬殊，两 者通过碰撞交换能量的过程 比较慢，所以在等离子体内 部没有统一的温度，就只有 电子气温度和离子温度。此 时，电子气的温度约比普通 气体分子的平均温度高10100倍，电子能量为1-10eV， 相当于温度100000K，而气 体温度都在1000K一下。 从宏观上看来，这种等离子 体温度不高，但其内部却处 于受激发状态，其电子能量 足以使分子键断裂，并导致 具有化学活性的物质（活化 分子、原子、离子、原子团 等）产生，使本来需要在高 温下才能进行的化学反应， 当处于等离子体场中时，在 较低温下甚至在常温下就能 在基片上形成固态薄膜。
PECVD氮化硅薄膜性质及工艺研究
PECVD氮化硅薄膜性质及工艺研究
PECVD氮化硅薄膜是一种广泛应用于微电子学和光电子学中的材料。
本文介绍了PECVD 氮化硅薄膜的性质及其制备工艺。
PECVD氮化硅薄膜具有较高的介电常数、较低的电子漂移率和较好的热稳定性。
它的介电常数通常在3.0左右，适用于微电子学和光电子学中的绝缘层材料。
同时，PECVD氮化硅薄膜具有较好的化学稳定性和生化舒适性，可以用于生物医学器械的涂层。
PECVD氮化硅薄膜的制备工艺通常要求氨气（NH3）和二甲基硅烷（SiH2）作为反应气体。
制备过程中，反应室内的气体被加热至400 ~ 500°C，氨气和二甲基硅烷分别以高纯度的气体形式经过送入反应室，经过一系列的化学反应而形成氮化硅薄膜。
其制备工艺主要有以下几个步骤：
1.清洗基片：将待涂层的基片用乙醇清洗干净，去除其表面的油污和杂质。
2.沉积：将基片放入PECVD反应室中，将室温加热至400 ~ 500°C，并送入氨气和二甲基硅烷等反应气体。
氨气和二甲基硅烷在反应室中发生化学反应，生成氮化硅薄膜。
3.退火：在氮化硅薄膜沉积后，需要进行一定的退火处理，以提高薄膜的结晶度和热稳定性。
退火温度通常在700 ~ 800°C，时间在1 ~ 2小时。
4.检验：对已经制备好的氮化硅膜进行检验，例如测量其膜厚、介电常数和表面形貌等参数，以保证其质量和稳定性。
综上所述，PECVD氮化硅薄膜是一种重要的微电子学和光电子学材料，具有重要的应用价值。
其制备工艺较为简单，但需要精密的操作和严格的工艺条件，以保证其薄膜质量和稳定性。
PECVD氮化硅薄膜性质及工艺研究
PECVD氮化硅薄膜性质及工艺研究PECVD氮化硅薄膜是一种由等离子体增强化学气相沉积（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD）方法制备的氮化硅薄膜。
该薄膜具有很多优良的性质，在微电子、光电子、传感器等领域有着广泛的应用。
PECVD氮化硅薄膜具有优良的绝缘性能。
由于氮化硅薄膜中的氮原子具有很高的电负性，能够有效地降低薄膜的导电性，使其成为一种优秀的绝缘层材料。
PECVD氮化硅薄膜的绝缘性能还受到沉积工艺参数的影响，例如沉积温度、沉积气体比例等。
通过调节沉积工艺参数，可以实现不同性能的氮化硅薄膜的制备。
PECVD氮化硅薄膜具有良好的化学稳定性。
氮化硅薄膜中的化学键比较稳定，能够抵抗氧化、水解等环境侵蚀，从而在高温、高湿等恶劣条件下保持良好的性能。
这种化学稳定性使得PECVD氮化硅薄膜成为一种优秀的保护层材料，能够保护器件结构和表面不受外界环境的影响。
PECVD氮化硅薄膜还具有优秀的机械性能。
氮化硅薄膜的硬度大，具有很好的耐磨损性，能够有效地保护器件结构和表面不受机械性损伤。
在特定的应用场合，还可以通过调节沉积工艺参数，实现不同的氮化硅薄膜的压力应力，从而进一步改善薄膜的机械性能。
关于PECVD氮化硅薄膜的工艺研究，主要包括沉积参数的优化和沉积过程的机理研究。
沉积参数的优化是通过系统地调节沉积温度、沉积气体比例、沉积时间等工艺参数，实现氮化硅薄膜的优化性能。
通过提高沉积温度可以改善薄膜的致密性和绝缘性能；通过调节沉积气体比例可以改变薄膜的化学组成和机械性能等。
优化沉积参数需要通过实验和理论模拟相结合，以实现最佳的氮化硅薄膜性能。
沉积过程的机理研究主要包括等离子体化学反应、气相物种输运和表面成核生长等方面。
等离子体化学反应的研究可以揭示沉积过程中的化学反应路径和反应动力学规律，从而有利于优化沉积参数和控制薄膜的化学组成。
气相物种输运的研究可以揭示沉积气体在反应室中的输运规律和沉积速率分布，从而有助于实现薄膜的均匀沉积。
(完整word)PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展
毕业设计（论文)（ 2013 届）题目 PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展学号 1003020147姓名钟建斌所属系新能源科学与工程学院专业材料加工及技术应用班级 10材料（1）班指导教师胡耐根新余学院教务处制目录摘要 0Abstract .............................. 错误!未定义书签。
第一章氮化硅薄膜的性质与制备方法 (2)1.1 氮化硅薄膜的性质 (2)1。
2 与常用减反射膜的比较 (4)1。
3 氮化硅薄膜的制备方法 (5)第二章工艺参数对PECVD法制备氮化硅减反膜性能的影响研究82.1 温度对双层氮化硅减反膜性能的影响 (9)2.2 射频频率对双层氮化硅减反膜性能的影响 (9)2.3 射频功率对双层氮化硅性能的影响 (10)2。
4 腔室压力对氮化硅减反膜性能的影响 (11)2。
5 优化前后对太阳电池电性能对比分析 (12)第三章结论与展望 (13)参考文献 (15)致谢 (16)PECVD 制备氮化硅薄膜的研究进展摘要功率半导体器件芯片制造过程中实际上就是在衬底上多次反复进行的薄膜形成、光刻与掺杂等加工过程，其首要的任务是解决薄膜制备问题.随着功率半导体器件的不断发展,要求制备的薄膜品种不断增加,对薄膜的性能要求日益提高，新的制备方法随之不断涌现，并日趋成熟。
以功率半导体器件为例,早期的器件只需在硅衬底上生长热氧化硅与单层金属膜即可；随着半导体工艺技术的进步和发展，为了改进器件的稳定性与可靠性还需淀积 PSG 、Si 3N 4、半绝缘多晶硅等等钝化膜.氮化硅是一种性能优良的功能材料，它具有良好的介电特性（介电常数低、损耗低)、高绝缘性，而且高致密性的氮化硅对杂质离子，即使是很小体积的 Na +都有很好的阻挡能力。
因此, 氮化硅被作为一种高效的器件表面钝化层而广泛应用于半导体器件工艺中。
等离子增强型化学气相淀积（PECVD)是目前较为理想和重要的氮化硅薄膜制备方法。
PECVD氮化硅薄膜性质及工艺研究
文章编号：1005-5630(2019)03-0081-06DOI : 10.3969/j.issn.1005-5630.2019.03.013PECVD 氮化硅薄膜性质及工艺研究李 攀1，张 倩2，夏金松1，卢 宏1（1．华中科技大学 武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074；2．武汉晴川学院，湖北 武汉 430204）摘要：为了制备高质量氮化硅薄膜，采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)进行氮化硅的气相沉积，讨论了工艺参数对薄膜性能的影响，验证设备工艺均匀性和批次间一致性。
通过高低频交替生长低应力氮化硅薄膜，并检测薄膜应力，对工艺进行了优化，探索最佳的高低频切换时间。
研究了PECVD 氮化硅薄膜折射率、致密性、表面形貌等性质，制备出了致密的氮化硅薄膜。
研究结果表明，PECVD 氮化硅具有厚度偏差小、折射率稳定等特点，为其在光学等领域的应用打下了基础。
关键词：半导体材料；氮化硅薄膜；等离子增强化学气相沉积(PECVD)中图分类号：TN304.6 文献标志码：AProperties and preparation of low stress SiN x film by PECVDLI Pan 1，ZHANG Qian 2，XIA Jinsong 1，LU Hong1（1. Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China;2. Wuhan Qingchuan University, Wuhan 430204, China ）Abstract: In this paper, silicon nitride deposition process was carried out by using plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). The influence of processing parameters on PECVD film properties were discussed. In conclusion, it was convenient to obtain low stress SiN x film by controlling the switching time of high and low frequencies respectively; dense high quality SiN x films with low tensile stress can be grown. The results showed that PECVD silicon nitride had the characteristics of small thickness deviation and stable refractive index, which establishes a foundation for its application in optics.Keywords: semiconductor material ；silicon nitride film ；plasma enhanced chemical vapor deposition收稿日期 ：2018-07-16基金项目 ：国家自然科学基金(61335002)作者简介 ：李 攀(1986—)，男，工程师，研究方向为成膜与刻蚀。
氮化硅薄膜的减反射原理
氮化硅薄膜的减反射原理
氮化硅薄膜是一种常用的减反射材料，具有广泛的应用领域。
其减反射的原理可以通过以下几个方面进行描述。
氮化硅薄膜的主要作用是通过改变光的折射率来减少反射。
当光从一个介质射向另一个介质时，由于两个介质的折射率不同，会发生反射和折射。
而氮化硅薄膜具有较高的折射率，能够有效地减少反射。
氮化硅薄膜的厚度和折射率可以根据所需的反射率进行调节。
通过精确控制氮化硅薄膜的厚度，可以实现特定波长的反射率降低。
这样，光在氮化硅薄膜上的反射会减少，从而提高光的透过率。
氮化硅薄膜的表面还可以进行特殊的处理，如纳米结构化处理。
这种处理可以使氮化硅薄膜表面形成一种微观结构，从而进一步减少光的反射。
这种微观结构可以使光线在表面上发生多次反射和折射，增加光的路径长度，降低反射率。
氮化硅薄膜具有优异的光学性能和机械性能。
它具有较高的光学透明性和较低的表面粗糙度，可以提高光的传播效率。
同时，氮化硅薄膜还具有较高的硬度和耐腐蚀性，能够保护基底材料免受外界环境的影响。
氮化硅薄膜通过改变光的折射率、调节薄膜厚度和表面处理，实现了减少光的反射，提高光的透过率的目的。
它在光学器件、光伏电
池等领域具有广泛的应用前景。
39-晶体硅电池的氮氧化硅(SiOxNy)薄膜特性研究
图 4 三种薄膜反射率对比图 Fig.4 Comparison about the reflectivity of different thin films
在设计双层氮化硅膜时，其外层低折射率与底层 高折射率氮化硅的光学匹配，可以增强电池片正表面 对紫外短波(350-550 nm)部分的吸收率，这是因为底 层氮化硅折射率越高，其氮化硅组成成份中所含有的 Si越多，氮化硅的晶格、原子排序与硅基底本身就更 接近，就有更好的表面钝化特性。由于内外层设计的 匹配，使得表面的少子扩散长度增加，短波段的光是 在浅表面吸收并激发出电子空穴对，在可被晶体硅太 阳电池有效利用的光谱范围，双层氮化硅薄膜有更好 的减反效应。而氮氧化硅薄膜中，由于其最低减法点 理论计算值在三种薄膜中最低，从实际测试的反射率 来看，其最低点反射率在615左右，与我们理论值相 接近。可以看出，沉积薄膜对我们硅片的反射率均有 改善，改善效果氮氧化硅薄膜最优，双层氮化硅次之， 氮化硅稍差。 3.3 钝化效果
氮氧化硅是介于氮化硅和二氧化硅间的一种物
质，其电学性能和光学性能介于两者之间，通过改变 其组成成分，可使其折射率控制在(1.47(SiO2)～ 2.3(SiNx))之间。SiOxNy薄介质膜，随着氧含量的增加 转化向SiO2成分较多的结构；随着氮含量的增多，转 向SiNx成分较多的结构。优化制膜工艺形成富氮的 SiOxNy薄膜，结构与性能上趋向SiNx膜保留了SiO2的 膜部分优点，提高了薄膜的物理与电学性能。
参考文献
在 3330 cm-1 和 1170cm-1 处的 N-H 键由于氧含 量的增大，导致 N 含量的减小，因此，N-H 振动峰 的强度逐渐减弱。在 2160 cm-1 伴随着氧含量的增 加，Si-H 键逐渐减小，这是因为氧与硅的结合比硅 与 H 的结合容易，由于氧含量增加阻止了薄膜中的 H 与硅结合。当折射率达到 1.85 时，得到减反与钝
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氮化硅薄膜光学性质的研究摘要：氮化硅薄膜具有优良的光学性能，常用作太阳能电池表面的减反射材料。
采用传统的退火炉和快速热退火炉进行了不同时间和温度下的退火比较，并研究了退火对薄膜光学性能的影响。
研究发现：氮化硅薄膜经热处理后厚度降低，折射率先升高后降低。
关键词：太阳能电池；氮化硅薄膜；热处理
引言
由于有着良好的绝缘性，致密性，稳定性和对杂质离子的掩蔽能力，氮化硅薄膜作为一种高效器件表面的钝化层已被广泛应用在半导体工艺中。
人们同时发现，在多晶硅太阳电池表面生长高质量氮化硅薄膜不仅可以十分显著地提高多晶硅太阳电池的转换效率，而且还可以降低生产成本。
作为一种减反射膜，氮化硅不仅有着极好的光学性能(λ =6 3 2 ． 8 n m时折射率在 1 . 8 ～2． 5之间，而最理想的封装太阳电池减反射膜折射率在 2 ． 1 ～2． 2 5 之间) 和化学性能，还能对质量较差的硅片起到表面和体内钝化作用，提高电池的短路电流。
因此，采用氮化硅薄膜作为晶体硅太阳电池的减反射膜已经成为光伏界的研究热点。
1 . 氮化硅薄膜的光学性质
1 .1实验
本实验采用2cm×2cm×400um的单面抛光的P型<100>Cz硅片，在沈阳科仪中心PECVD400型真空薄膜生长系统中生长氮化硅薄膜。
氮化硅薄膜制备过程如下：实验前使用乙醇和丙酮超声清洗样品15min以去除油污，然后用1号液(H20：
H202：NH3·H20=5：1：1)和2号液(H
20：H
2
O
2
：HCl=5：1：1)清洗，最后再使用
5％稀氢氟酸(HF)漂洗5min以去除氧化层，去离子水洗净烘干后放人反应室。
采用硅烷(10％氮气稀释)和高纯氨气作为反应气体沉积氮化硅薄膜，其中沉积薄膜的生长参数如下：气体流量为硅烷30sccm、氨气60sccm、工作气压30Pa、射频频率 13．5MHz、沉积时间10min。
沉积薄膜后，采用传统的退火炉和新兴的快速热退火炉进行了氩气保护下不同时间和温度下的退火比较，并测试了薄膜退火前后的厚度、折射率。
1.2结果和讨论
1.2.1热处理对薄膜厚度和折射率的影响
沉积薄膜后分别使用快速热处理炉和常规热处理炉进行了不同温度和不同时间的热处理，用薄膜测试仪测试样品的厚度和折射率，其结果如图1和图2所示。
从图1和图2中可以看出，不管是快速热处理还是常规热处理，随着退火温度的升高，薄膜都出现了厚度降低的现象，而且在低于800℃时折射率会随之增加，但是当温度升至1000℃时折射率会发生突降。
薄膜厚度随着退火温度升高而降低是因为在较高的温度下退火时，薄膜中的Si—H键和N—H键被打开，H 大量逸出，薄膜更加致密化，所以折射率也相应上升。
但是在退火温度高于1000℃时可能薄膜被高温严重破坏，4种处理条件下均显示出折射率急剧降低，同时膜厚也降低，减反射性能下降。
这说明为了保证减反射膜不受损害，氮化硅薄膜在沉积完之后应该避免800℃以上的温度处理。
从图l、图2还可以看出，薄膜在经历RTP和常规热处理的过程中，影响薄膜性质的主要因素是温度而不是时间，不同的处理时间得到的结果基本一致。
说明薄膜的致密化在很短时间内就完成了，以后随着时间增加，致密化将越来越趋于饱和状态。
从样品的表面形貌上发现，1000℃RTP处理后的薄膜表面部分出现了肉眼可见的裂纹，而常规热处理和400℃、600℃和800℃RTP处理的薄膜中却没有出现。
这是因为和常规热处理相比，RTP处理有非常高的升温速率(约150℃，s)，如此大的热冲击和高温会引发薄膜在缺陷处产生裂纹。
这说明在太阳电池的后续工艺中，应该尽量避免1000℃左右的高温处理，否则对太阳电池有致命的损害。
3.结论
研究表明：氮化硅薄膜经热处理后厚度降低，折射率升高，但温度达到1000℃时折射率急剧下降。
利用氮化硅薄膜制作太阳能电池时要注意避免1000℃左右的高温处理，以免对太阳电池造成伤害，浪费资源。
4.氮化硅薄膜太阳能电池的应用与发展
近年来,业界对以薄膜取代硅晶制造太阳能电池在技术上已有足够的
把握。
氮化硅薄膜太阳能电池可用于建筑表面、发电站、汽车、飞机等以获取储存能量备用，节约能源。
参考文献
【1】赵富鑫，魏彦章．太阳电池及其应用[ M] ．第 1版长沙：国防工业出版社．1 9 8 5 ．1 7 6 —1 7 7 ．
【2】龚灿锋, 席珍强, 王晓泉, 等. 热处理对氮化硅薄膜光学和电学性能的影响 [J ]. 太阳能学报, 2006 , 27 (3)。