a-Si薄膜材料的红外吸收和拉曼散射研究

（1）a-Si：H的红外吸收a-Si：H的红外吸收谱可用来研究Si-H的键。氢在缓和a-Si网络结构的内应力饱和或钝化硅悬键方面，起着重要的作用，Si原子与H原子的键态组合和键合氢的总含量，可以用红外吸收谱来测定。

在a-Si：H网络结构中，Si原子是四配位的，它的最近邻原子可以是Si原子，也可以是H原子，形成SiH₁、SiH₂、SiH₃键。红外吸收谱所揭示的固体原子局域振动模式可分为两类：一类是成键原子之间有相对位移的振动模式，包括键长有变化的伸缩模和键角有变化的弯曲模；另一类是成键原子之间没有相对位移的转动模式，如摆动模、滚动模和扭动模，其区别在于转轴的不同。

（2）a-Si：H的拉曼散射 拉曼散射是指光子（能量在可见光或近红外光谱范围）在a-Si：H中由于吸收或发射声子而发生的非弹性散射。通过拉曼散射谱可以得到有关非晶硅网络结构的信息。非晶硅的一级拉曼散射谱主要在100～600cm^－1，属远红外谱区，在研究非晶硅原子振动性质方面，与红外吸收谱互为补充。非晶硅的一级拉曼散射谱有多种振动模式都是激活的，如：横光学TO模，峰位在480cm^－1；纵光学LO模，峰位在410cm^－1；纵声学LA模，峰位在310cm^－1；横声学TA模，峰位在170cm^－1。图4-11为a-Si：H拉曼散射谱。

图4-11是用高斯分解得到的a-Si：H的4个振动模式，是PECVDa-Si：H样品典型的拉曼散射谱，制备时的衬底温度为200℃，氢稀释[H₂］／[SiH₄］=10。由于非晶硅网络的无序性，使光学跃迁的动量选择定则放宽，原有的禁戒模式获得不同程度的激活，它们的峰位基本上对应于声子态密度谱的峰值，而且这些模式的峰形有明显的展宽，如图4-11中TO模的半高宽达51.3cm^－1。(https://www.xing528.com)

非晶硅拉曼散射谱的峰位、强度和峰度受到薄膜微结构的影响。例如，拉曼散射谱的TO模是非晶硅短程序的灵敏量度，TO模散射峰的面积对应着Si-Si键键角振动的态密度，利用TO模的半高宽可以计算出薄膜中硅网络的平均键角畸变，借此推知图4-10所示的氢稀释样品的平均键角畸变为7.0°左右，而随着氢稀释程度的增加，拉曼散射谱的TO峰位向高波数方向移动，半高宽减小。再如，拉曼散射谱的TA模是薄膜中程有序度的表征，TA模散射峰的面积与二面角振动的态密度有关，TA模强度的降低，表明薄膜的中程有序度提高。

图4-11 a-Si：H拉曼散射谱