铝诱导法制备多晶硅薄膜的膜层间结合力影响机制

• 作者: 段永利 臧浩天 邓文宇 齐丽君 杜广煜 谢元华 刘坤
• 来源期刊: 表面技术
• 关键词: 多晶硅 铝诱导 膜层结合力 第一性原理计算 吸附点位 态密度
• 年，卷（期）: 2021,（7）
• 所属期刊栏目: 表面功能化|Surface Functionalization
• 页码范围: 172-178,202
• 页数: 8页
• 分类号: TG174.42
• 语种: 中文
• DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.07.017

摘要

目的 分析铝诱导法制备多晶硅薄膜层间结合力大小的影响机制.方法 采用磁控溅射分别制备Al/α-Si复合薄膜以及Al2O3/α-Si复合薄膜,使用划痕仪获取两样品膜层结合力,并进行对比.采用第一性原理计算,从原子间作用力的微观角度,分析Si原子在Al层和Al2O3层的最佳吸附位置、吸附过程中的电子转移情况以及电子态密度图.结果 Si附着于Al层的临界载荷高于Si附着于Al2O3层的临界载荷.Si在Al(001)表面的最佳吸附位点为位点2,在Al2O3(001)表面未发现最佳吸附点.Si在Al2O3(001)表面的不同吸附点位下的电子得失情况不同,Si吸附Al2O3层的效果弱于其吸附于Al层的效果.在Si吸附于Al层的过程中,Si/Al界面层存在着Al─Si金属键的连接作用,Si原子的3p轨道电子和Al原子的3s、3p轨道电子起到吸附作用,吸附后,Si原子3p轨道电子的电子态数量增多,说明吸附过程中发生了电子的转移,膜层间形成了硅化物.在Al2O3层吸附Si原子的过程中,不同的吸附点位上,Si的得失电子情况不同,部分Si离子与Al2O3中的Al离子同时呈现出金属性,金属离子键的作用力降低了Si离子与O离子形成共价键的可能,降低了Al2O3吸附Si的能力.结论 Si吸附于Al层的过程中,与Al形成了硅化物,进而提高了膜层间结合力.加入Al2O3中间过渡层后,Si的金属性降低了与O形成共价键的可能,因此加入Al2O3中间层后,将会降低膜层间结合力.