【摘 要】
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采用直流磁控溅射及真空原位退火方法制备半导体CrSi2薄膜,研究了退火工艺和溅射工艺,通过X-射线衍射仪（X-ray diffraction-XRD）和扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope-SEM）对半导体CrSi2薄膜结构和形貌进行表征,优化了制备参数。在理论上使用MS（Materials Studio 8.0）软件计算了半导体CrSi2的电子结构与光学性质,
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采用直流磁控溅射及真空原位退火方法制备半导体CrSi2薄膜,研究了退火工艺和溅射工艺,通过X-射线衍射仪（X-ray diffraction-XRD）和扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope-SEM）对半导体CrSi2薄膜结构和形貌进行表征,优化了制备参数。在理论上使用MS（Materials Studio 8.0）软件计算了半导体CrSi2的电子结构与光学性质,在实验上分别使用分光光度计、拉曼光谱仪和霍尔效应仪测试CrSi2薄膜的光电性质。论文主要采用磁控溅射仪PVD500在高真空原位退火方法制备CrSi2薄膜样品,前期是在不同的溅射参数下（溅射功率为70-200 W）在高阻Si（100）基片上沉积Cr膜,生成Cr/Si结构,在500℃分别原位退火1-3 h,根据XRD测量结果分析得到优化溅射参数:溅射功率150 W。然后在此条件下,在室温制备Cr/Si结构,设置磁控溅射仪退火参数为550-750℃退火1-5 h,根据XRD和SEM测量结果,分析退火温度及退火时间对Cr/Si结构中硅化物的形成、晶体结构和形貌的影响。获得半导体CrSi2薄膜单一相的最佳退火工艺条件为:退火温度为700℃,退火时间2-3 h。成功制备出了结构及性质较优的单一相CrSi2薄膜,在最佳退火工艺条件下探索溅射参数对CrSi2薄膜的形成、结构及形貌的影响。结果表明:溅射参数对CrSi2薄膜的形成和结构具有重要影响,对其表面形貌具有一定影响。经过研究得到生成高品质CrSi2薄膜的优化溅射工艺为:溅射功率为150 W,溅射气压为2 Pa,氩气流量为30 SCCM。从理论上和实验上分别研究了CrSi2薄膜的光学及其电学性质,以及制备参数对CrSi2薄膜光电性质的影响。理论计算表明,CrSi2是间接带隙半导体,禁带宽度Eg=0.390 e V。CrSi2薄膜的拉曼光谱测量结果表明,在不同制备参数制备CrSi2薄膜,生成为CrSi2薄膜的样品均有4个拉曼活性特征峰,峰值对应的位置分别为319 cm-1、363 cm-1、408 cm-1、420 cm-1处左右,其中最强峰值位于319 cm-1处,最弱峰值位于363 cm-1处。测试不同参数制备CrSi2薄膜的吸收光谱及光学带隙结果表明,在不同参数下制备的单一相CrSi2薄膜,通过吸收光谱计算薄膜光学带隙在0.4844～0.5894 e V,与理论计算0.390 e V很接近。计算CrSi2薄膜的光学带隙在退火时间为1-5 h范围,随着退火时间的增加,光学带隙整体逐渐减小规律。其他制备参数对CrSi2薄膜吸收光谱没有明显的对应变化规律。测量不同退火温度制备的CrSi2薄膜的霍尔效应结果表明,CrSi2薄膜呈现半导体特性,其导电类型为p型,载流子浓度数量级为1018-1019cm-3、霍尔系数数量级为10-8-10-6m~3/C、霍尔电阻率数量级为10-4-10-2Ω·cm和霍尔迁移率数量级为10-10~3cm~2/V·s。
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