Defined etching of carbon-diamond films on silicon using an oxygen plasma with titanium masking

A technique for pattern transfer onto carbon-diamond films deposited by radio-frequency plasma-enhanced chemical vapour deposition is reported. Such a technique involves standard photolithography processes and reactive ion etching by oxygen and is compatible with present day microelectronic technology. The patterns transferred are well defined with very good resolution. © 1992.

Structural evaluation of polycrystalline silicon thin films by hot-wire-assisted PECVD

Tungsten wires were introduced into a plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) system as a catalyzer: we name this technique 'hot-wire-assisted PECVD' (HW-PECVD). Under constant deposition pressure (p(g)), gas flow ratio and catalyzer position, the effects of the hot wire temperature (T-f) on the structural properties of the poly-Si films have been characterized by X-ray diffraction (XRD), Raman scattering and Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy. Compared with conventional PECVD, the grain size, crystalline volume fraction (X-e) and deposition rate were all enhanced when a high T-f was used. The best poly-Si film exhibits a preferential (220) orientation, with a full width at half-maximum (FWHM) of 0.2 degrees. The Si-Si TO peak of the Raman scattering spectrum is located at 519.8 cm(-1) with a FWHM of 7.1 cm(-1). The X-c is 0.93. These improvements are mainly the result of promotion of the dissociation of SiH4 and an increase in the atomic H concentration in the gas phase. (C) 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Microstructures of microcrystalline silicon thin films prepared by hot wire chemical vapor deposition

Undoped hydrogenated microcrystalline silicon (mu c-Si:H) thin films were prepared at low temperature by hot wire chemical vapor deposition (HWCVD). Microstructures of the mu c-Si:H films with different H-2/SiH4 ratios and deposition pressures have been characterized by infrared spectroscopy X-ray diffraction (XRD), Raman scattering, Fourier transform (FTIR), cross-sectional transmission electron microscopy (TEM) and small angle X-ray scattering (SAX). The crystallization of silicon thin film was enhanced by hydrogen dilution and deposition pressure. The TEM result shows the columnar growth of mu c-Si:H thin films. An initial microcrystalline Si layer on the glass substrate, instead of the amorphous layer commonly observed in plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), was observed from TEM and backside incident Raman spectra. The SAXS data indicate an enhancement of the mass density of mu c-Si:H films by hydrogen dilution. Finally, combining the FTIR data with the SAXS experiment suggests that the Si--H bonds in mu c-Si:H and in polycrystalline Si thin films are located at the grain boundaries. (C) 2000 Elsevier Science S.A. All rights reserved.

Improved diphasic nc-si/a-si : H I-layer materials using PECVD

Two series of films has been prepared by using a new regime of plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) in the region adjacent to the phase transition from amorphous to crystalline state. The photoelectronic properties of the films have been investigated as a function of crystalline fraction. In comparison with typical a-Si:H, these diphasic films with a crystalline fraction less than 0.3 show a similar optical absorption coefficient, higher mobility life-time product ( LT) and higher stability upon light soaking. By using the diphasic nc-Si/a-Si films as the intrinsic layer, a p-i-n junction solar cell has been prepared with an initial efficiency of 9. 10 % and a stabilized efficiency of 8.56 % (AM 1.5, 100 mW/cm(2)).

Metal-free growth of Si/SiO2 nanowires by annealing SiOx (x < 2) films deposited by PECVD

A new metal catalysis-free method of fabricating Si or SiO2 nanowires (NWs) compatible with Si CMOS technology was proposed by annealing SiOx (x < 2) films deposited by plasma -enhanced chemical vapor deposition (PECVD). The effects of the Si content (x value) and thickness of SiOx films, the annealing process and flowing gas ambient on the NW growth were studied in detail. The results indicated that the SiOx film of a thickness below 300 rim with x value close to 1 was most favorable for NW growth upon annealing at 1000-1150 degrees C in the flowing gas mixture of N-2 and H-2. NWs of 50-100nm in diameter and tens of micrometers in length were synthesized by this method. The formation mechanism was likely to be related to a new type of oxide assisted growth (OAG) mechanism, with Si nanoclusters in SiOx films after phase separation serving as the nuclei for the growth of NWs in SiOx films > 200nm, and SiO molecules from thin SiO, film decomposition inducing the NW growth in films < 100nm. An effective preliminary method to control NW growth direction was also demonstrated by etching trenches in SiOx films followed by annealing.

Microcrystalline silicon films and tandem solar cells prepared by triode PECVD

This paper investigates the effects of the diphasic structure on the optoelectronic properties of hydrogenated microcrystalline silicon (mu c-Si:H) films prepared in a triode three-chamber plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) system. The influences of boron-compensation doping on the dark-and photo-conductivity of mu c-Si:H films are also described. A tandem solar cell with an entirely mu c-Si:H p-i-n bottom cell and an a-Si:H top cell has been prepared with an initial conversion efficiency of 8.91% (0.126 cm(2), AM1.5, 100 mW/cm(2)).

Dependence of wet etch rate on deposition, annealing conditions and etchants for PECVD silicon nitride film

The influence of deposition, annealing conditions, and etchants on the wet etch rate of plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) silicon nitride thin film is studied. The deposition source gas flow rate and annealing temperature were varied to decrease the etch rate of SiN_x:H by HF solution. A low etch rate was achieved by increasing the SiH_4 gas flow rate or annealing temperature, or decreasing the NH_3 and N_2 gas flow rate. Concen-trated, buffered, and dilute hydrofluoric acid were utilized as etchants for SiO_2 and SiN_x:H. A high etching selectivity of SiO_2 over SiN_x:H was obtained using highly concentrated buffered HF.

Structural evaluation of polycrystalline silicon thin films by hot-wire-assisted PECVD

Tungsten wires were introduced into a plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) system as a catalyzer: we name this technique 'hot-wire-assisted PECVD' (HW-PECVD). Under constant deposition pressure (p(g)), gas flow ratio and catalyzer position, the effects of the hot wire temperature (T-f) on the structural properties of the poly-Si films have been characterized by X-ray diffraction (XRD), Raman scattering and Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy. Compared with conventional PECVD, the grain size, crystalline volume fraction (X-e) and deposition rate were all enhanced when a high T-f was used. The best poly-Si film exhibits a preferential (220) orientation, with a full width at half-maximum (FWHM) of 0.2 degrees. The Si-Si TO peak of the Raman scattering spectrum is located at 519.8 cm(-1) with a FWHM of 7.1 cm(-1). The X-c is 0.93. These improvements are mainly the result of promotion of the dissociation of SiH4 and an increase in the atomic H concentration in the gas phase. (C) 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Production of carbon nanotubes by PECVD and their applications to supercapacitors

Màster en Nanociència i Nanotecnologia

Air-gap based vertical cavity micro-opto-electro-mechanical Fabry-Perot filters

Mikrooptische Filter sind heutzutage in vielen Bereichen in der Telekommunikation unersetzlich. Wichtige Einsatzgebiete sind aber auch spektroskopische Systeme in der Medizin-, Prozess- und Umwelttechnik. Diese Arbeit befasst sich mit der Technologieentwicklung und Herstellung von luftspaltbasierenden, vertikal auf einem Substrat angeordneten, oberflächenmikromechanisch hergestellten Fabry-Perot-Filtern. Es werden zwei verschiedene Filtervarianten, basierend auf zwei verschiedenen Materialsystemen, ausführlich untersucht. Zum einen handelt es sich dabei um die Weiterentwicklung von kontinuierlich mikromechanisch durchstimmbaren InP / Luftspaltfiltern; zum anderen werden neuartige, kostengünstige Siliziumnitrid / Luftspaltfilter wissenschaftlich behandelt. Der Inhalt der Arbeit ist so gegliedert, dass nach einer Einleitung mit Vergleichen zu Arbeiten und Ergebnissen anderer Forschergruppen weltweit, zunächst einige theoretische Grundlagen zur Berechnung der spektralen Reflektivität und Transmission von beliebigen optischen Schichtanordnungen aufgezeigt werden. Auß erdem wird ein kurzer theoretischer Ü berblick zu wichtigen Eigenschaften von Fabry-Perot-Filtern sowie der Möglichkeit einer mikromechanischen Durchstimmbarkeit gegeben. Daran anschließ end folgt ein Kapitel, welches sich den grundlegenden technologischen Aspekten der Herstellung von luftspaltbasierenden Filtern widmet. Es wird ein Zusammenhang zu wichtigen Referenzarbeiten hergestellt, auf denen diverse Weiterentwicklungen dieser Arbeit basieren. Die beiden folgenden Kapitel erläutern dann ausführlich das Design, die Herstellung und die Charakterisierung der beiden oben erwähnten Filtervarianten. Abgesehen von der vorangehenden Epitaxie von InP / GaInAs Schichten, ist die Herstellung der InP / Luftspaltfilter komplett im Institut durchgeführt worden. Die Herstellungsschritte sind ausführlich in der Arbeit erläutert, wobei ein Schwerpunktthema das trockenchemische Ä tzen von InP sowie GaInAs, welches als Opferschichtmaterial für die Herstellung der Luftspalte genutzt wurde, behandelt. Im Verlauf der wissenschaftlichen Arbeit konnten sehr wichtige technische Verbesserungen entwickelt und eingesetzt werden, welche zu einer effizienteren technologischen Herstellung der Filter führten und in der vorliegenden Niederschrift ausführlich dokumentiert sind. Die hergestellten, für einen Einsatz in der optischen Telekommunikation entworfenen, elektrostatisch aktuierbaren Filter sind aus zwei luftspaltbasierenden Braggspiegeln aufgebaut, welche wiederum jeweils 3 InP-Schichten von (je nach Design) 357nm bzw. 367nm Dicke aufweisen. Die Filter bestehen aus im definierten Abstand parallel übereinander angeordneten Membranen, die über Verbindungsbrücken unterschiedlicher Anzahl und Länge an Haltepfosten befestigt sind. Da die mit 357nm bzw. 367nm vergleichsweise sehr dünnen Schichten freitragende Konstrukte mit bis zu 140 nm Länge bilden, aber trotzdem Positionsgenauigkeiten im nm-Bereich einhalten müssen, handelt es sich hierbei um sehr anspruchsvolle mikromechanische Bauelemente. Um den Einfluss der zahlreichen geometrischen Strukturparameter studieren zu können, wurden verschiedene laterale Filterdesigns implementiert. Mit den realisierten Filter konnte ein enorm weiter spektraler Abstimmbereich erzielt werden. Je nach lateralem Design wurden internationale Bestwerte für durchstimmbare Fabry-Perot-Filter von mehr als 140nm erreicht. Die Abstimmung konnte dabei kontinuierlich mit einer angelegten Spannung von nur wenigen Volt durchgeführt werden. Im Vergleich zu früher berichteten Ergebnissen konnten damit sowohl die Wellenlängenabstimmung als auch die dafür benötigte Abstimmungsspannung signifikant verbessert werden. Durch den hohen Brechungsindexkontrast und die geringe Schichtdicke zeigen die Filter ein vorteilhaftes, extrem weites Stopband in der Größ enordnung um 550nm. Die gewählten, sehr kurzen Kavitätslängen ermöglichen einen freien Spektralbereich des Filters welcher ebenfalls in diesen Größ enordnungen liegt, so dass ein weiter spektraler Einsatzbereich ermöglicht wird. Während der Arbeit zeigte sich, dass Verspannungen in den freitragenden InPSchichten die Funktionsweise der mikrooptischen Filter stark beeinflussen bzw. behindern. Insbesondere eine Unterätzung der Haltepfosten und die daraus resultierende Verbiegung der Ecken an denen sich die Verbindungsbrücken befinden, führte zu enormen vertikalen Membranverschiebungen, welche die Filtereigenschaften verändern. Um optimale Ergebnisse zu erreichen, muss eine weitere Verbesserung der Epitaxie erfolgen. Jedoch konnten durch den zusätzlichen Einsatz einer speziellen Schutzmaske die Unterätzung der Haltepfosten und damit starke vertikale Verformungen reduziert werden. Die aus der Verspannung resultierenden Verformungen und die Reaktion einzelner freistehender InP Schichten auf eine angelegte Gleich- oder Wechselspannung wurde detailliert untersucht. Mittels Weisslichtinterferometrie wurden lateral identische Strukturen verglichen, die aus unterschiedlich dicken InP-Schichten (357nm bzw. 1065nm) bestehen. Einen weiteren Hauptteil der Arbeit stellen Siliziumnitrid / Luftspaltfilter dar, welche auf einem neuen, im Rahmen dieser Dissertation entwickelten, technologischen Ansatz basieren. Die Filter bestehen aus zwei Braggspiegeln, die jeweils aus fünf 590nm dicken, freistehenden Siliziumnitridschichten aufgebaut sind und einem Abstand von 390nm untereinander aufweisen. Die Filter wurden auf Glassubstraten hergestellt. Der Herstellungsprozess ist jedoch auch mit vielen anderen Materialien oder Prozessen kompatibel, so dass z.B. eine Integration mit anderen Bauelemente relativ leicht möglich ist. Die Prozesse dieser ebenfalls oberflächenmikromechanisch hergestellten Filter wurden konsequent auf niedrige Herstellungskosten optimiert. Als Opferschichtmaterial wurde hier amorph abgeschiedenes Silizium verwendet. Der Herstellungsprozess beinhaltet die Abscheidung verspannungsoptimierter Schichten (Silizium und Siliziumnitrid) mittels PECVD, die laterale Strukturierung per reaktiven Ionenätzen mit den Gasen SF6 / CHF3 / Ar sowie Fotolack als Maske, die nasschemische Unterätzung der Opferschichten mittels KOH und das Kritisch-Punkt-Trocken der Proben. Die Ergebnisse der optischen Charakterisierung der Filter zeigen eine hohe Ü bereinstimmung zwischen den experimentell ermittelten Daten und den korrespondierenden theoretischen Modellrechnungen. Weisslichtinterferometermessungen der freigeätzten Strukturen zeigen ebene Filterschichten und bestätigen die hohe vertikale Positioniergenauigkeit, die mit diesem technologischen Ansatz erreicht werden kann.

Acetylene plasma polymerized surfaces for covalent immobilization of dense bioactive protein monolayers

Smooth polymerized surfaces, suitable for biochemical and biomedical applications, were deposited using a modified plasma enhanced chemical vapour deposition method with acetylene as a reaction precursor. Horseradish peroxidase (HRP) activity assays showed that the protein immobilized on the plasma polymerized surfaces maintained its biological function for a much longer period of time compared to that on uncoated surfaces. The kinetics of HRP attachment to the plasma polymerized surfaces were analyzed using quartz crystal microbalance with dissipation analysis. Spectroscopic ellipsometry and attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy were used to determine the thickness and the quantity of the attached protein. The results showed that the plasma polymerized surfaces provided a high density of attachment sites to covalently immobilize a dense monolayer of proteins.

Corrosion properties of plasma-polymerized methylcyclohexane films using electrochemical methods

Three types of methylcyclohexane (MCH) coating were deposited as interlayer dielectrics on copper using plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) at three different RF plasma power levels. The coating performance was then evaluated by an electrochemical im pedance spectroscopy (EIS) and a potentiodynamic polarization test in 3.5 wt.% NaCl solution. An atomic force microscopy (AFM) and Fourier transform infrared reflection (FT-IR) spectroscopy were also conducted to analyze the coatings. The MCH coatings showed a lower corrosion rate than the copper substrate in the potentiodynamic tests. The EIS results showed that the corrosion resistance of the coatings increased with an increasing plasma power. Thus, the MCH films with an increasing plasma power improved the corrosion resistance due to the formation of a low-porosity coating, the enhanced formation of C−H, C−C, and C≡C stretching configurations, and the improved smooth surfaces.

Preparation and characterization of nanocrystalline h-BN films prepared by PECVD method

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

XPS investigation of plasma-deposited polysiloxane films irradiated with helium ions

This work describes an XPS investigation of plasma-deposited polysiloxane films irradiated with 170 keV He+ ions at fluences, Phi, ranging from 1 x 10(14) to 1 x 10(16) cm(-2). Modifications in the atomic concentrations of the surface atoms with (D were revealed by changes in the [O]/[Si], [O]/[C] and [C]/[Si] atomic ratios. Surface chemical structure modifications were evidenced by the increasing C1s peak width and asymmetry as Phi was increased, due to the formation of ether and carboxyl functionalities. Moreover, structural transformations were indicated by the positive binding energy shift of the Si2p peaks, due to the increasing Si oxidation. Correlations of the XPS data with other results from previous work on polysiloxanes illustrate the role of ion beam-induced bond breaking on the structural modifications.

Infrared spectroscopy investigation of various plasma-deposited polymer films irradiated with 170 keV He+ ions

This work illustrates the advantages of using p-polarized radiation at an incidence angle of 70 degrees in contrast to the conventional unpolarized beam at normal (or near-normal) incidence for the infrared spectroscopic study of polycarbosilane, polysilazane and polysiloxane thin films synthesized by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) and subsequently irradiated with 170 keV He+ ions at fluences from 1 x 10(14) to 1 x 10(16) cm(-2). Several bands not seen using the conventional mode could be observed in the polarized mode. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.