Abstract
本論文旨在探討以氫稀釋法(diluted-hydrogen method)及氫原子處理法(hydrogen-atom-treatment method) 成長之氫化矽(hydrogenated silicon)薄膜微細結構的演化情形。本論文以核磁共振(NMR) 為矽氫鍵結組態特性量測之主要工具，並配合紅外線吸收光譜、拉曼散射(Raman Scattering)光譜、X-射線繞射光譜、光學能隙(optical band gap)及導電度進行微細結構之分析。本實驗發現，以氫稀釋法在氫氣流量比例Xc(H2/H2+SiH4)大於90﹪時成長之氫化矽試樣的氫核磁共振光譜出現一很尖銳譜線，此結果顯示了結構之改變。當Xc為95﹪以上時，核磁共振光譜的尖銳譜線呈現半高寬變窄且其它譜線消失之結果，由拉曼散射光譜及X-射線繞射光譜顯示試樣含有微晶相矽(microcrystalline phase sil-icon) 。此時紅外線吸收光譜亦顯示試樣中SiH2之鍵結量增加及氫含量減少，同時亦伴隨著暗導電度升高、光╱暗導電度比降低及光學能隙之降低。以氫原子處理法成長時依處理條件不同亦可得到結構之改變，當氫原子處理時間不足時並無微晶相矽生成。而氫原子處理時間在40秒時可生成與氫稀釋法中相似之微晶相矽。以較高rf功率進行氫原子處理時間只能提供少許之改善，而較長之氫原子處理時間如50秒反而破壞微晶相矽的生成，此效應可歸因於氫電漿過度之“侵蝕”(etching) 所致。本文中討論了NMR 之尖銳譜線的來源與微晶結構之形成的關係。吾人認為NMR 之尖銳譜線應來自氫化矽薄膜內的氫分子(molecular hydrogen)。吾人亦提出一解釋微晶相矽在氫稀釋及氫電漿中生成之成長模型，此模型基本上支持“侵蝕”之機構。同時此結果亦建議氫化矽結晶程度(degree of crystallinity) 是可以系統化調變的。