Ge覆盖层诱导晶化多晶Si薄膜的晶化特性研究

采用电子束蒸发技术在衬底温度为180℃条件下生长具有Ge覆盖层的非晶Si薄膜,并于500℃、600℃、700℃真空退火5h.采用Raman散射、X射线衍射(XRD)、全自动数字式显微镜等对所制备薄膜的晶化特性进行研究.结果表明,Ge覆盖层具有诱导非晶Si薄膜晶化的作用,且随着退火温度的升高a-Si薄膜晶化越显著.具有Ge覆盖层非晶薄膜经500℃退火5h沿Si(400)方向开始晶化,对应晶粒尺寸约为4.9 nm.将退火温度升高到700℃时,非晶硅薄膜几乎全部晶化,晶化多晶Si薄膜在Si(400)方向表现出很强的择优取向特性,晶粒尺寸高达23.3μm.与相同条件下制备的无Ge覆盖层的非晶Si薄膜相比,晶化温度降低了300℃.     

LICVD法纳米硅制备过程中的成核及生长

自行设计制备了激光诱导化学气相沉积法(LICVD)纳米制粉装置,利用该装置制备的纳米硅粉其粒度波动在30～60nm之间.通过对不同反应气体流量条件下的激光能量阈值研究表明,随反应气体流量的增加,所需激光能量阈值大致成线性增加.利用透射电镜和高分辨电镜对其形貌进行了表征,并对其成核与生长进行了分析,在成核长大初期,晶核周围的Si原子浓度较高,纳米硅晶应以层状长大方式为主.当纳米晶中有螺型位错等晶体缺陷形成时,会为Si原子的"落座"提供生长所需的台阶源,晶粒将以螺旋状生长方式长大.在长大过程中,纳米晶会发生跳跃式长大现象.以跳跃方式长大的晶粒通常在两晶粒的结合面处伴有晶体缺陷发生或亚晶界产生.较低的反应气体流速条件下,纳米硅的择优生长方向为<112>晶向;而在较高的反应气体流速条件下其择优生长方向变为<111>晶向.     

用快速光热退火制备多晶硅薄膜的研究

用等离子体增强型化学气相沉积先得到非晶硅(a-Si:H)薄膜,再用卤钨灯照射的方法对其进行快速光热退火(RPTA),得到了多晶硅薄膜.然后,进行XRD衍射谱、暗电导率和拉曼光谱等的测量.结果发现,a-Si:H薄膜在RPTA退火中,退火温度在750℃以上,晶化时间需要2min,退火温度在650℃以下,晶化时间则需要2.5h;晶化后,晶粒的优先取向是(111)晶向;退火温度850℃时,得到的晶粒最大,暗电导率也最大;退火温度越高,晶化程度越好;退火时间越长,晶粒尺寸越大;光子激励在RPTA退火中起着重要作用.     

单晶硅衬底上Ge填埋层低温应力诱导重结晶制备多晶硅薄膜

本文采用电子束蒸发法,室温下在Si(400)的基片上生长含锗(Ge)填埋层的非晶硅薄膜,其结构为a-Si/Ge/Sisubstrate,并在真空中进行后续退火.采用Raman散射(Raman Scattering)、X射线衍射(X-ray Diffraction)、高分辨电子扫描显微镜(HRSEM)、光学显微镜和热重差热分析(DSC)等手段,研究退火后样品晶化特性和晶化机理.结果表明,室温下生长的含有250 nm Ge填埋层的生长态样品在400℃退火5h,薄膜基本全部实现晶化,并表现出明显的Si (111)择优取向.样品分别在400℃、500℃、600℃和700℃退火后薄膜的横向光学波的波峰均在519cm-1附近,半高宽大约为6.1 cm-1,且均在Si(111)方向高度择优生长.退火温度为600℃的样品对应的晶粒尺寸约为20 μm.然而,在相同的薄膜结构(a-Si/Ge/Si substrate)的前提下,当把生长温度提高到300℃时,温度高达到700℃退火时间5h后,薄膜依然是非晶硅状态.差热分析表明,室温生长的样品,在后续退火过程中伴随界面应力的释放,从而诱导非晶硅薄膜重结晶成多晶硅薄膜.     

基于直流磁控溅射室温制备ZnO薄膜研究

采用直流磁控溅射法在P型<100>晶向单晶硅衬底上室温制备ZnO薄膜,对室温制备的ZnO薄膜分别在500℃、600℃、700℃进行高温退火,通过采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱和场发射扫描电子显微镜(SEM)、HP4145B型半导体参数测试仪分析不同退火温度对室温生长ZnO薄膜微结构、表面形貌和,Ⅰ-Ⅴ特性影响.实验结果表明,室温生长的ZnO薄膜为非晶态,随退火温度增加,ZnO薄膜出现(002)、(100)、(101)晶面衍射峰且逐渐增强,晶粒大小相对增加,在700℃退火后,呈高度c轴择优取向,晶粒间界明显,拉曼光谱E2模增强.     

NiTiO3纳米晶的溶胶-凝胶制备工艺研究

以无机镍盐和钛酸四丁酯为起始原料,采用溶胶-凝胶法制备了NiTiO3纳米晶.采用X射线衍射(XRD)、综合热分析仪(DSC/TG)以及透射电镜(TEM)对制备的纳米晶进行了测试和表征.研究了不同镍源、后处理温度对钛酸镍纳米晶相组成以及显微结构的影响.结果表明:以硝酸镍为起始原料更易获得单一物相的NiTiO3纳米晶;以硝酸镍为原料,乙醇为溶剂,n(柠檬酸):n(Ni2++Ti4+)=1:1,后处理温度为700 ℃为制备NiTiO3纳米晶的最佳工艺条件.由谢乐公式推算得出NiTiO3晶粒生长符合Brook关系式,计算得到晶粒生长活化能为Ea=43.07 kJ/mol.     

基于直流磁控溅射晶种层的ZnO纳米阵列的制备及性能研究

采用直流反应磁控溅射法制备品种层薄膜,研究O2/Ar气体分压比和退火温度对品种层结构和微观形貌的影响.通过化学水浴沉积,在预制有晶种层的薄膜上制备ZnO纳米阵列结构,研究不同前驱体浓度和预制晶种层对纳米阵列生长的影响.结果表明,当O2/Ar中O2分压减少,薄膜均匀性较差,当Ar分压增加薄膜由于扩散而趋于平整.退火温度增加,晶粒尺寸增大,内应力降低.磁控溅射法预制的晶种层上生长的纳米棒垂直于衬底生长,(002)晶面的衍射峰强最高,说明纳米棒沿c轴择优取向.生长液的浓度对纳米棒的形貌影响显著,随着生长液浓度的升高,ZnO纳米阵列直径增大,顶端趋于平整的六棱柱结构.     

提拉法Ti:LiAlO2晶体的生长、缺陷及N2退火研究

本文采用提拉法成功地生长了钛掺杂浓度为0.1%原子分数的LiAlO2单晶体,借助光学显微镜,结合化学腐蚀法,对Ti:LiAlO2晶体(100)面空气退火前后的缺陷特征进行了研究,用AFM观测了(100)面晶片在不同温度下流动N2气氛退火过的表面形貌。结果表明:Ti:LiAlO2晶体(100)面的位错腐蚀坑是底面为平行四边形的锥形坑,位错密度约为5.0×104cm-2,900℃空气退火后晶片表面的位错腐蚀坑变大;N2退火能显著影响晶片的表面形貌,当退火温度为900℃时,晶片的均方根粗糙度(RMS)达到最低值。     

基于PECVD制备多晶硅薄膜研究

基于PECVD以高纯SiH4为气源研究制备多晶硅薄膜,在衬底温度550℃、射频(13.56MHz)电源功率为20W直接沉积获得多晶硅薄膜.采用X射线衍射仪(XRD) 和场发射扫描电子显微镜(SEM) 对多个样品薄膜的结晶情况及形貌进行分析,薄膜结晶粒取向均为<111>、<220>、<311>晶向.对550℃沉积态薄膜在900℃、1100℃时进行高温退火处理,硅衍射峰明显加强.结果表明,退火温度越高,退火时间越长,得到多晶硅薄膜表面晶粒趋于平坦,择优取向为<111>晶向,晶粒也相对增大.     

热处理过程对纳米TiO2结构和性能的影响

以钛酸丁酯为钛源,采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2,结合TG-DTA,XRD,TEM等分析了不同热处理温度对纳米TiO2的晶型结构、晶粒粒径及微观形貌的影响.以甲基橙溶液为目标降解物,探讨了热处理温度对纳米TiO2光催化活性影响.利用Eastman的粒子生长理论对晶粒生长的动力学过程进行初步分析.研究表明:随着热处理温度升高,TiO2粒径逐渐从11.2 nm增大到78.6 nm;热处理温度为450～ 550℃时,纳米TiO2晶粒以锐钛矿为主,温度升至650℃时,出现了锐钛矿和金红石的混合相(质量比A∶R =9∶1),此时晶粒对甲基橙的降解率达到97.75;.而煅烧温度高于850℃后,TiO2几乎完全为金红石相,光催化活性显著下降.50;锐钛矿型TiO2转变金红石型TiO2的温度约为730℃,锐钛矿和金红石相晶粒表观活化能分别18.15 kJ/mol和42.56 kJ/mol;晶粒生长最快温度分别为546℃和1280℃.