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磁控溅射法制备型Fe3Si8 M系三元薄膜

李晓娜 郑月红 李胜斌 董闯

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磁控溅射法制备型Fe3Si8 M系三元薄膜

李晓娜, 郑月红, 李胜斌, 董闯

Fe3Si8M ternary alloy thin films prepared by magnetron sputtering

Li Xiao-Na, Zheng Yue-Hong, Li Sheng-Bin, Dong Chuang
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  • 二元FeSi2是一种非常有潜力的环境友好型半导体, 但由于是线性化合物, 所以很难制备较高质量的单相. 本文从FeSi2相的基本团簇出发, 利用团簇+连接原子结构模型, 设计制备了Fe3Si8M (M=B, Cr, Ni, Co) 系三元薄膜. 研究了Fe3Si8M系三元薄膜的结构、成分和光电特性. 结果表明, 溅射态薄膜都为非晶态, 经850 ℃/4h退火后可全部转换为晶态, 引入的第三组元M不同会影响退火后的相转变和结晶质量, Cr和B为第三组元时可实现单一相, Co作为第三组元时, 薄膜以相为主表现为金属特性. B, Cr和Ni作为第三组元的样品中半导体性质都有不同程度的体现, 但相比较而言, Fe2.7Si8.4B0.9薄膜的半导体性能最为明显, 其电阻率为0.17 cm、载流子浓度为2.81020 cm-3、 迁移率为0.13 cm2/Vs,带隙宽度约为0.65 eV. 所以引入合适的第三组元可以扩展相相区, 并实现晶态三元型硅化物薄膜与二元FeSi2薄膜的半导体性能相近.
    FeSi2 is a promising environment-friendly semiconductor material. However it is difficult to obtain pure phase for such a line compound. To investigate the solubilities for a third alloying elements, in this work Fe3Si8M (M=B, Cr, Ni, Co) ternary alloys are designed based on the cluster-plus-glue-atom-model. Thin films are then prepared using magnetron sputtering. The as-deposited films are all amorphous and become crystallized after annealing at 850 for 4 h. It is shown that samples alloyed with third components Cr and B can reach single phase easily. However, the main phase is phase and the films tend to exhibit metallic characteristics while alloyed with Co. Of these films, the Fe2.7Si8.4B0.9 film presents the most prominent semiconductor performance, and it has a resistivity of 0.17 cm, a sheet carrier concentration of 2.81020 cm-3, a mobility of 0.13 cm2=Vs and a band-gap width of 0.65 eV. It is confirmed that doping a proper third component can expand the phase zone, exhibiting a similar semiconductor property to that of binary -FeSi2.
    • 基金项目: 辽宁省教育厅高校重点实验室项目(批准号: 2008S051)和大连理工大学基本科研业务费专项项目资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Key Laboratory in University project of Liaoning Provincial Education Department (Grant No. 2008S051), and the Fundamental Research Funds of Dalian University of Technology.
    [1]

    Bost M C, Mahan J E 1988 J. Appl. Phys. 64 2034

    [2]

    Bost M C, Mahan J E 1985J. Appl. Phys. 64 2034

    [3]

    Christensen N E 1990Phys. Rev. B 42 7148

    [4]

    Raunau W, Niehus H, Schilling T, Comsa G 1993Surf. Sci. 286203

    [5]

    Behar M, Bernas H, Desimoni J 1996 J. Appl. Phys. 79 752

    [6]

    Filonov A B, Migas D B, Shaposhnikov V L 1996 J. Appl. Phys. 79 7708

    [7]

    Jiang J X, Sasakawa T, Matsugi K 2005 J. Alloys. Compd. 391 115

    [8]

    Nishida I 1973 Phys. Rev. B 7 2710

    [9]

    Sun C M, Tsang H K, Wong S P, Ke N, Hark S K 2008 J. Luminescence. 128 1841

    [10]

    Li X N, Nie D, Dong C 2002 J. Chin. Electron Microscopy Soc. 21 43 (in Chinese) [李晓娜, 聂东, 董闯 2002 电子显微学报 21 43]

    [11]

    Li X N, Nie D, Dong C 2002 Acta Phys. Sin. 51 115 (in Chinese) [李晓娜, 聂冬, 董闯 2002 物理学报 51 115]

    [12]

    Dai Y N 2009 Binary Alloy Phase Diagrams (Beijing: Science press) p518 (in Chinese) [戴永年 2009 二元合金相图集 (北京: 科学出版社) 第518页]

    [13]

    Fisk Z, Zhang H T, Maple M B 1993 Phys. Rev. Lett. 71 1748

    [14]

    Moroni E G, Wolf W, Hafner J 1999 Phys. Rev. B 59 12860

    [15]

    Guo G Y 2001 Physica. E 10 383

    [16]

    Nishida I 1973Phys. Rev. B 7 2710

    [17]

    Yamauchi I, Suganuma A, OkamotoT, Ohnaka I 1997 J. Mater. Sci. 32 4603

    [18]

    Li X N, Nie D, Dong C 2002 Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B 194 47

    [19]

    Terai Y, Maeda Y 2005Optl. Mater. 27 925

    [20]

    He Z M, Platzek D, Stiewe C, Chen H Y 2007 J. Alloys Compd. 438 303

    [21]

    Zhao X B, Chen H Y, Mller E, Drasar C 2005 Appl. Phys. A 80 1123

    [22]

    Li S B, Li X N, Dong C, Jiang X 2010 Acta Phys. Sin. 59 299 (in Chinese) [李胜斌, 李晓娜, 董闯, 姜辛 2010 物理学报 59 299]

    [23]

    Dong C, Wang Q, Qiang J B, Wang Y M, Jiang N, Han G, Li Y H, Wu J, Xia J H 2007 J. Phys. D 40 R273

    [24]

    Ken-ichiro T, Takashi S, Yoshihiro I, Fumio H 2000 Jpn. J. Appl. Phys. 39 789

    [25]

    Milosavljević M, Shao G, Bibic N, Mckinty C N, Jeynes C, Homewood K P 2001 Appl. Phys. Lett. 791438

    [26]

    Naito M, Ishimaru M, Hirotsu Y, Valdez J, Sickafus K E 2005 Appl. Phys. Lett. 87 241905(1)

  • [1]

    Bost M C, Mahan J E 1988 J. Appl. Phys. 64 2034

    [2]

    Bost M C, Mahan J E 1985J. Appl. Phys. 64 2034

    [3]

    Christensen N E 1990Phys. Rev. B 42 7148

    [4]

    Raunau W, Niehus H, Schilling T, Comsa G 1993Surf. Sci. 286203

    [5]

    Behar M, Bernas H, Desimoni J 1996 J. Appl. Phys. 79 752

    [6]

    Filonov A B, Migas D B, Shaposhnikov V L 1996 J. Appl. Phys. 79 7708

    [7]

    Jiang J X, Sasakawa T, Matsugi K 2005 J. Alloys. Compd. 391 115

    [8]

    Nishida I 1973 Phys. Rev. B 7 2710

    [9]

    Sun C M, Tsang H K, Wong S P, Ke N, Hark S K 2008 J. Luminescence. 128 1841

    [10]

    Li X N, Nie D, Dong C 2002 J. Chin. Electron Microscopy Soc. 21 43 (in Chinese) [李晓娜, 聂东, 董闯 2002 电子显微学报 21 43]

    [11]

    Li X N, Nie D, Dong C 2002 Acta Phys. Sin. 51 115 (in Chinese) [李晓娜, 聂冬, 董闯 2002 物理学报 51 115]

    [12]

    Dai Y N 2009 Binary Alloy Phase Diagrams (Beijing: Science press) p518 (in Chinese) [戴永年 2009 二元合金相图集 (北京: 科学出版社) 第518页]

    [13]

    Fisk Z, Zhang H T, Maple M B 1993 Phys. Rev. Lett. 71 1748

    [14]

    Moroni E G, Wolf W, Hafner J 1999 Phys. Rev. B 59 12860

    [15]

    Guo G Y 2001 Physica. E 10 383

    [16]

    Nishida I 1973Phys. Rev. B 7 2710

    [17]

    Yamauchi I, Suganuma A, OkamotoT, Ohnaka I 1997 J. Mater. Sci. 32 4603

    [18]

    Li X N, Nie D, Dong C 2002 Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B 194 47

    [19]

    Terai Y, Maeda Y 2005Optl. Mater. 27 925

    [20]

    He Z M, Platzek D, Stiewe C, Chen H Y 2007 J. Alloys Compd. 438 303

    [21]

    Zhao X B, Chen H Y, Mller E, Drasar C 2005 Appl. Phys. A 80 1123

    [22]

    Li S B, Li X N, Dong C, Jiang X 2010 Acta Phys. Sin. 59 299 (in Chinese) [李胜斌, 李晓娜, 董闯, 姜辛 2010 物理学报 59 299]

    [23]

    Dong C, Wang Q, Qiang J B, Wang Y M, Jiang N, Han G, Li Y H, Wu J, Xia J H 2007 J. Phys. D 40 R273

    [24]

    Ken-ichiro T, Takashi S, Yoshihiro I, Fumio H 2000 Jpn. J. Appl. Phys. 39 789

    [25]

    Milosavljević M, Shao G, Bibic N, Mckinty C N, Jeynes C, Homewood K P 2001 Appl. Phys. Lett. 791438

    [26]

    Naito M, Ishimaru M, Hirotsu Y, Valdez J, Sickafus K E 2005 Appl. Phys. Lett. 87 241905(1)

  • [1] 洪梓凡, 陈海峰, 贾一凡, 祁祺, 刘英英, 过立新, 刘祥泰, 陆芹, 李立珺, 王少青, 关云鹤, 胡启人. 引入籽晶层的物理溅射生长Ga2O3外延薄膜特性研究. 物理学报, 2020, 69(22): 228103. doi: 10.7498/aps.69.20200810
    [2] 马冰洋, 张安明, 尚海龙, 孙士阳, 李戈扬. 共溅射Al-Zr合金薄膜的非晶化及其力学性能. 物理学报, 2014, 63(13): 136801. doi: 10.7498/aps.63.136801
    [3] 佟国香, 李毅, 王锋, 黄毅泽, 方宝英, 王晓华, 朱慧群, 梁倩, 严梦, 覃源, 丁杰, 陈少娟, 陈建坤, 郑鸿柱, 袁文瑞. 磁控溅射制备W掺杂VO2/FTO复合薄膜及其性能分析. 物理学报, 2013, 62(20): 208102. doi: 10.7498/aps.62.208102
    [4] 张传军, 邬云骅, 曹鸿, 高艳卿, 赵守仁, 王善力, 褚君浩. 不同衬底和CdCl2退火对磁控溅射CdS薄膜性能的影响. 物理学报, 2013, 62(15): 158107. doi: 10.7498/aps.62.158107
    [5] 王永军, 李红轩, 吉利, 刘晓红, 吴艳霞, 周惠娣, 陈建敏. 非平衡磁控溅射制备类石墨碳膜及性能研究. 物理学报, 2012, 61(5): 056103. doi: 10.7498/aps.61.056103
    [6] 罗晓东, 狄国庆. 溅射制备Ge,Nb共掺杂窄光学带隙和低电阻率的TiO2薄膜. 物理学报, 2012, 61(20): 206803. doi: 10.7498/aps.61.206803
    [7] 狄国庆. 溅射制备Ta2O5薄膜的表面形貌与光学特性. 物理学报, 2011, 60(3): 038101. doi: 10.7498/aps.60.038101
    [8] 丁万昱, 王华林, 巨东英, 柴卫平. O2流量对磁控溅射N掺杂TiO2薄膜成分及晶体结构的影响. 物理学报, 2011, 60(2): 028105. doi: 10.7498/aps.60.028105
    [9] 李林娜, 陈新亮, 王斐, 孙建, 张德坤, 耿新华, 赵颖. H2 气对脉冲磁控溅射铝掺杂氧化锌薄膜性能的影响. 物理学报, 2011, 60(6): 067304. doi: 10.7498/aps.60.067304
    [10] 曹月华, 狄国庆. 磁控溅射制备Y2O3-TiO2薄膜形貌的研究. 物理学报, 2011, 60(3): 037702. doi: 10.7498/aps.60.037702
    [11] 牟宗信, 牟晓东, 贾莉, 王春, 董闯. 非平衡磁控溅射双势阱静电波动及其共振耦合. 物理学报, 2010, 59(10): 7164-7169. doi: 10.7498/aps.59.7164
    [12] 丁万昱, 徐军, 陆文琪, 邓新绿, 董闯. 微波ECR磁控溅射制备SiNx薄膜的XPS结构研究. 物理学报, 2009, 58(6): 4109-4116. doi: 10.7498/aps.58.4109
    [13] 刘 峰, 孟月东, 任兆杏, 舒兴胜. 感应耦合等离子体增强射频磁控溅射沉积ZrN薄膜及其性能研究. 物理学报, 2008, 57(3): 1796-1801. doi: 10.7498/aps.57.1796
    [14] 张 辉, 刘应书, 刘文海, 王宝义, 魏 龙. 基片温度与氧分压对磁控溅射制备氧化钒薄膜的影响. 物理学报, 2007, 56(12): 7255-7261. doi: 10.7498/aps.56.7255
    [15] 胡 冰, 李晓娜, 董 闯, 姜 辛. 磁控溅射法合成纳米β-FeSi2/a-Si多层结构. 物理学报, 2007, 56(12): 7188-7194. doi: 10.7498/aps.56.7188
    [16] 丁万昱, 徐 军, 李艳琴, 朴 勇, 高 鹏, 邓新绿, 董 闯. 微波ECR等离子体增强磁控溅射制备SiNx薄膜及其性能分析. 物理学报, 2006, 55(3): 1363-1368. doi: 10.7498/aps.55.1363
    [17] 刘志文, 谷建峰, 孙成伟, 张庆瑜. 磁控溅射ZnO薄膜的成核机制及表面形貌演化动力学研究. 物理学报, 2006, 55(4): 1965-1973. doi: 10.7498/aps.55.1965
    [18] 周小莉, 杜丕一. 磁控溅射法制备的CaCu3Ti4O12薄膜. 物理学报, 2005, 54(4): 1809-1813. doi: 10.7498/aps.54.1809
    [19] 牟宗信, 李国卿, 秦福文, 黄开玉, 车德良. 非平衡磁控溅射系统离子束流磁镜效应模型. 物理学报, 2005, 54(3): 1378-1384. doi: 10.7498/aps.54.1378
    [20] 马平, 刘乐园, 张升原, 王昕, 谢飞翔, 邓鹏, 聂瑞娟, 王守证, 戴远东, 王福仁. 直流磁控溅射一步法原位制备MgB2超导薄膜. 物理学报, 2002, 51(2): 406-409. doi: 10.7498/aps.51.406
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-06-19
  • 修回日期:  2012-07-16
  • 刊出日期:  2012-12-05

磁控溅射法制备型Fe3Si8 M系三元薄膜

  • 1. 大连理工大学材料科学与工程学院, 三束材料改性教育部重点实验室, 大连 116024
    基金项目: 辽宁省教育厅高校重点实验室项目(批准号: 2008S051)和大连理工大学基本科研业务费专项项目资助的课题.

摘要: 二元FeSi2是一种非常有潜力的环境友好型半导体, 但由于是线性化合物, 所以很难制备较高质量的单相. 本文从FeSi2相的基本团簇出发, 利用团簇+连接原子结构模型, 设计制备了Fe3Si8M (M=B, Cr, Ni, Co) 系三元薄膜. 研究了Fe3Si8M系三元薄膜的结构、成分和光电特性. 结果表明, 溅射态薄膜都为非晶态, 经850 ℃/4h退火后可全部转换为晶态, 引入的第三组元M不同会影响退火后的相转变和结晶质量, Cr和B为第三组元时可实现单一相, Co作为第三组元时, 薄膜以相为主表现为金属特性. B, Cr和Ni作为第三组元的样品中半导体性质都有不同程度的体现, 但相比较而言, Fe2.7Si8.4B0.9薄膜的半导体性能最为明显, 其电阻率为0.17 cm、载流子浓度为2.81020 cm-3、 迁移率为0.13 cm2/Vs,带隙宽度约为0.65 eV. 所以引入合适的第三组元可以扩展相相区, 并实现晶态三元型硅化物薄膜与二元FeSi2薄膜的半导体性能相近.

English Abstract

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