什么是“冶金效应”

什么是“冶金效应”

在美国进行的一项实验中，科研人员在80年代初使用离子束溅射技术沉积非晶硅薄膜时，意外发现不论使用p型硅还是n型硅作为靶材，沉积的薄膜均表现出本征或明显的半导体特性。最初，人们倾向于认为非晶硅薄膜对杂质不敏感。然而，进一步的研究揭示，所得非晶薄膜中硼（来自p型靶）和磷（来自n型靶）的含量显著低于靶材中的含量。通过测试反应室排放的废气，研究人员发现其中含有硼或磷的化合物。这一现象甚至在仅使用氩气进行溅射时也存在。

这种效应的产生主要与反应室内存在的氢气有关。实验证明，氢气的来源有两个方面：一是经常使用的氩和氢的混合溅射气体，旨在提高薄膜中的氢含量，从而改善其光电特性（例如饱和悬挂键）；二是反应室内泄漏的空气中含有的水分，在等离子体作用下分解出氢原子或氢离子，这些氢在等离子体中与硼和磷反应，生成挥发性气体BH3和PH3，从而被排出反应室外。由于这种效应是在薄膜淀积过程中产生的，因此后来研究者将其称为“等离子体淀积过程中的冶金效应”。

什么是“冶金效应”

80年代初，在美国用离子束溅射淀积非晶硅薄膜时，无论靶是p型硅还是n型硅，发现所淀积的薄膜都呈现本征特性。当时较为倾向性的意见是：非晶薄膜对杂质不敏感。进一步分析表明，制得的非晶薄膜中硼(用p型靶)和磷(用n型靶)的含量远比靶中的低。对反应室排放气体测试发现，废气中含有硼或磷的化合物。这种现象，甚至在只用氩一种气体溅射时都存在〔1〕。产生这种效应的原因主要是反应室内存在氢气。实验表明，氢气来自两方面：其一，我们经常采用氩和氢的混合气体进行溅射，以提高薄膜中的含氢量来改进薄膜的光电特性(使悬挂键得到饱和)，吸附在钟罩内壁和溶入不锈钢钟罩与构件内的氢，经30h以上的高真空抽气仍无法将氢的分压降至10－6Pa以下；其二，漏入反应室内的空气中含有水份，水在等离子体的作用下分解出氢原子或氢离子。氢在等离子体中能与硼和磷分别生成BH3和PH3等挥发性气体而排出反应室。由于是在薄膜淀积时产生的这种效应，以后我们称其为“等离子体淀积过程中的冶金效应”