APCVD法制备硅化钛纳米线、薄膜及其性能的研究

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跨入21世纪随着平板显示技术(FPD)飞速发展,需要更低电阻率的材料作为FPD薄膜晶体管的接触电极,以提高响应速率、降低功耗。传统的场致发射平板显示器(FED)的微尖锥场发射体制作成本高、易与环境气体反应,限制了其工业化。采用低成本的方法在玻璃上制备高导电性的硅化钛薄膜并在薄膜层上生长纳米线能够有效的解决这些问题,极大的推动平板显示技术进一步发展。 本论文采用常压化学气相沉积法(APCVD)以SiH4和TICl4为前驱体在玻璃衬底上一次性制备出大面积硅化钛薄膜/纳米线复合结构,运用XRD、SEM、TEM、EDX、四探针电阻仪、紫外可见光谱仪等手段对样品的结构和性能进行了测试和分析。讨论了薄膜中晶相的形成过程和机理,以及薄膜层上纳米线的形成和生长机理。成功实现了硅化钛纳米线在相应薄膜层上的生长。 结果表明,APCVD法在玻璃基板上沉积低电阻硅化钛(TiSi2)薄膜的过程由前驱体SiH4和TiCl4的化学反应控制。通过调制前驱体不同的反应进程,使生成TiSi2的化学反应在沉积过程中为主导,促进薄膜中TiSi2晶相的形成,从而得到电阻率较低的薄膜,典型样品的电阻率为37μΩ·cm。TiSi2薄膜在玻璃基板上的形成过程是,SiH4和TiCl4在气相反应直接形成TiSi2晶核,而后沉积在玻璃衬底的表面,随着沉积时间的延长,晶粒逐渐长大,堆积变得致密,结构也趋于完整,薄膜的电阻率也随着降低。通过控制前驱体不同的化学反应,提高低阻相TiSi2的在薄膜中的含量,降低薄膜电阻率,可以得到红外高反射率的薄膜。 APCVD法成功的在玻璃基板上一次性制备出大面积硅化钛薄膜/纳米线复合结构,实现了高质量、高密度的硅化钛纳米线在薄膜层上的生长。正交晶系的TiSi方形纳米线(RNWs)截面为矩形,长约几微米,宽、高介于20-40nm,生长方向是[011]。纳米线以气/固模式生长,TiSi2薄膜沉积完成后,控制残余前驱体SiH4和TICl4的反应,使新相的纳米岛在TiSi2薄膜中的颗粒上形成,在TiSi纳米岛的自诱导作用下,TiSi晶体开始生长,此后为保持较低的表面能,晶体结构的各向异性使TiSi在(011)晶面上优先生长,最终导致了沿[011]方向生长的TiSi方形
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