金属诱导生长与超高真空化学气相沉积方法相结合制备多晶锗硅薄膜

采用金属Ni诱导与超高真空化学气相沉积(UHVCVD)相结合的方法，在热氧化硅衬底上生长了多晶锗硅薄膜.利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)等对多晶锗硅薄膜的质量、表面形貌进行了测试分析，并就生长参数以及金属Ni对薄膜性能的影响进行了研究.结果表明：1)在420—500℃范围内，金属Ni具有明显的诱导作用；2)Ni层厚度对薄膜质量及形貌的影响使得晶粒尺寸随Ni厚度增加存在一极大值.在Ni层厚度为60nm时，能够获得晶粒尺寸均匀，晶粒大小为500—600nm，结晶质量良好的多晶锗硅薄膜. 关键词： 超高真空化学气相沉积 金属诱导 镍 多晶锗硅     

非晶硅锗电池性能的调控研究

采用射频等离子体增强化学气相沉积技术, 研究了非晶硅锗薄膜太阳电池. 针对非晶硅锗薄膜材料的本身特性, 通过调控硅锗合金中硅锗的比例, 实现了对硅锗薄膜太阳电池中开路电压和短路电流密度的分别控制. 借助于本征层硅锗材料帯隙梯度的设计, 获得了可有效用于多结叠层电池中的非晶硅锗电池. 关键词： 非晶硅锗薄膜太阳电池 短路电流密度 开路电压 带隙梯度     

硅(001)图形衬底上锗硅纳米线的定位生长

纳米线的定位生长是实现纳米线量子器件寻址和集成的前提.结合自上而下的纳米加工和自下而上的自组装技术,通过分子束外延生长方法,在具有周期性凹槽结构的硅(001)图形衬底上首先低温生长硅锗薄膜然后升温退火,实现了有序锗硅纳米线在凹槽中的定位生长,锗硅纳米线的表面晶面为(105)晶面.详细研究了退火温度、硅锗的比例及图形周期对纳米线形成与否,以及纳米线尺寸的影响.     

微尺度下硅锗合金热导率的分子动力学模拟

采用非平衡分子动力学(NEMD)方法研究了微尺度下硅锗合金的热导率变化情况.结果表明,硅锗合金热导率具有明显的尺寸效应,显著小于大体积晶体的实验值;并且受边界散射效应的影响,热导率值随硅锗原子百分比的不同发生变化;同时热导率随温度的升高而增大,与实验值比较大致吻合.     

SAPO-34分子筛晶化过程的MAS NMR研究

用MAS NMR方法研究了SAPO-34分子筛的晶化过程.发现硅进入骨架有两种方式,在晶核形成过程中,硅直接参与反应,与磷和铝同时进入骨架;在晶化过程的后期,部分硅原子取代了骨架中的磷原子或磷铝原子对进入骨架,从而形成了SAPO-34分子筛的多种硅铝结构.     

微尺度下硅锗合金热导率的分子动力学模拟

采用非平衡分子动力学（NEMD）方法研究了微尺度下硅锗合金的热导率变化情况。结果表明,硅锗合金热导率具有明显的尺寸效应,显著小于大体积晶体的实验值;并且受边界散射效应的影响,热导率值随硅锗原子百分比的不同发生变化;同时热导率随温度的升高而增大,与实验值比较大致吻合。     

离子注入的铝在Si(100)表面的偏析及其引起的纳米团簇和合金晶粒形成现象的实验研究

通过高温退火注入了铝的Si(100)样品,探讨偏析出来的铝在硅表面的热力学行为.由900℃的退火实验发现,偏析出来的铝原子一方面形成Si(100)基底的外延铝膜和铝岛,另一方面与硅原子结合形成尺度约为2—3nm的铝硅团簇.而1200℃的退火实验显示,铝和硅的快速冷凝形成了立方晶系的Al₄Si合金晶粒、尺度约为20—30nm.细小的铝硅团簇在结构上独立于样品基底并且趋于聚集成团,很可能是在高温退火和快速降温过程中形成铝硅合金晶粒的前驱. 关键词： 硅表面 铝掺杂 团簇 4Si')" href="#">Al₄Si     

硅基锗薄膜的异质外延生长及其在光电子器件中的应用

准直接带隙的锗,其禁带宽度小,吸收系数大,迁移率高,更重要的是,它能与硅微电子工艺兼容,在硅基光电集成中得到了广泛的研究和应用．文章综述了硅基锗薄膜的异质外延生长及其在光电子器件（特别是长波长光电探测器和激光器）应用上的进展;介绍了在硅衬底上异质外延生长锗薄膜的缓冲层技术,如组分变化的SiGe缓冲层技术、选区外延技术和低温技术;讨论了硅基锗薄膜光电探测器的性能与结构的关系以及发展趋势;分析了张应变和n型掺杂对锗光电性质的影响;展望了硅基锗薄膜单片集成和电抽运激光器的前景．     

石墨烯/硅肖特基太阳能电池的光电特性

以甲烷作为反应气体,利用化学气相沉积法在硅衬底表面上沉积石墨烯薄膜,制备了石墨烯/硅肖特基太阳能电池.利用原子力显微镜和拉曼光谱观察了石墨烯薄膜的表面形貌,并用紫外-可见光光谱仪和光-电流测试仪器研究了石墨烯样品和太阳电池的光电特性.实验结果表明:制备的石墨烯薄膜厚度为几个原子层,薄膜表面均匀,并具有良好的电学特性,石墨烯/硅太阳能电池的能量转换效率可达3.7%.     

硫原子在镍基合金825(001)面吸附的第一性原理研究

元素硫在镍基合金表面吸附产生严重的电化学腐蚀,为从原子尺度研究硫腐蚀机理,采用第一性原理方法,构建并优化了镍基合金825的晶胞结构模型,计算分析了S原子在镍基合金825耐蚀性较差面(001)晶面的吸附及电子转移情况.结果表明:Ni原子占据顶角, Cr原子和Fe原子对称占据面心是镍基合金825稳定的晶胞结构;原子S在镍基合金825(001)面上最稳定的吸附位为四重穴位,吸附能为-6.51 eV; S吸附前后的态密度(DOS)和二维电荷差分密度图(DCD)对比发现,镍基合金825中Fe与S之间电荷偏移明显,形成离子键,易生成腐蚀产物Fe_xS_y. S的吸附对镍基合金825中Cr原子的电子分布影响不大,且合金中Cr和Ni抑制了合金中Fe与S之间的相互作用,从而提高了合金耐蚀性.     

锰的硅化物薄膜在Si(100)-2×1表面生长的STM研究

锰的硅化物在微电子器件、自旋电子学器件等领域具有良好的应用前景, 了解锰的硅化物薄膜在硅表面的生长规律是其走向实际应用的关键步骤之一. 本文采用分子束外延方法在Si(100)-2× 1表面沉积了约4个原子层的锰薄膜, 并利用超高真空扫描隧道显微镜研究了该薄膜与硅衬底之间在250-750℃范围内的固相反应情况. 室温下沉积在硅衬底表面的锰原子与衬底不发生反应, 薄膜由无序的锰团簇构成; 当退火温度高于290℃时, 锰原子与衬底开始发生反应, 生成外形不规则的枝晶状锰硅化物和富锰的三维小岛; 325℃时, 衬底上开始形成平板状的MnSi小岛; 525℃时, 枝晶状锰硅化物完全消失, 出现平板状的MnSi_1.7大岛; 高于600℃时, 富锰的三维小岛和平板状的MnSi小岛全部消失, 仅剩下平板状的MnSi_1.7大岛. 这些结果说明退火温度决定了薄膜的形态和结构. 在大约600℃退火时岛的尺寸随着退火时间的延长而逐渐增大, 表明岛的生长遵从扩散限制的Ostwald熟化机理.     

硅锗量子阱发光器件的探索

介绍了提高硅发光效率的一些途径，关阐述硅锗合金的发光的基础上，分析了硅锗量子阱的光致发光机理及特性，并介绍了硅锗量子阱电致发光研究的进展。     

硅烯和锗烯的生长及其机制研究

正硅烯和锗烯分别是由硅原子和锗原子组成的具有类似石墨烯结构的二维材料。与组成石墨烯的sp~2杂化的碳原子不同,硅原子和锗原子在能量上更倾向于sp~3杂化,这是一种三维的共价键构型,所以在自然界中不存在类似石墨那样的层状结构的块体硅和锗,因此也不可能像剥离石墨烯那样从块体中得到硅烯和锗烯单层。这两种材料的生长需要使用单层可控的沉积技术,并选择合适的基底,从而使硅和锗倾向于二维平面生长而     

锗/多孔硅和锗/氧化硅薄膜光致发光的比较研究

采用磁控溅射技术,以锗为溅射靶,在多孔硅上沉积锗薄膜,沉积时间分别为4,8和12 min,及以锗-二氧化硅复合靶为溅射靶,在n型硅衬底上沉积了含纳米锗颗粒的氧化硅薄膜,锗与总靶的面积比分别为5%,15%,30%.各样品在氮气氛中分别经过300,600及900℃退火30 min.对锗/多孔硅和锗/氧化硅薄膜进行了光致发光谱的对比研究,用红外吸收谱分析了锗/多孔硅的薄膜结构.实验结果显示,锗/多孔硅薄膜的发光峰位于517 nm附近,沉积时间对发光峰的强度有显著影响,锗层越厚峰强越弱.锗/氧化硅薄膜的发光峰位于580 nm附近,锗与总靶的面积比对发光峰的强度影响较大,锗/氧化硅薄膜中的锗含量越高峰强越弱.不同的退火温度对样品的发光峰强及峰位均没有明显影响.可以认为锗/多孔硅的发光峰是由多孔硅与孔间隙中的锗纳米晶粒两者界面的锗相关缺陷引起的,而锗/氧化硅的发光峰来自于二氧化硅的发光中心.     

锰的硅化物薄膜在Si(100)-2×1表面生长的STM研究

锰的硅化物在微电子器件、自旋电子学器件等领域具有良好的应用前景, 了解锰的硅化物薄膜在硅表面的生长规律是其走向实际应用的关键步骤之一. 本文采用分子束外延方法在Si(100)-2× 1表面沉积了约4个原子层的锰薄膜, 并利用超高真空扫描隧道显微镜研究了该薄膜与硅衬底之间在250-750℃范围内的固相反应情况. 室温下沉积在硅衬底表面的锰原子与衬底不发生反应, 薄膜由无序的锰团簇构成; 当退火温度高于290℃时, 锰原子与衬底开始发生反应, 生成外形不规则的枝晶状锰硅化物和富锰的三维小岛; 325℃时, 衬     

CH基团与金刚石(111)面的碰撞反应及其对碳膜生长的影响

等离子体增强化学气相沉积技术中的碳膜选择性自组装机理是高性能碳膜制备过程中的挑战性基础课题.采用经典分子动力学方法,模拟了不同能量(1.625-65 eV)的CH基团在清洁金刚石和吸氢金刚石(111)面上的轰击行为,获得了吸附、反弹、反应等各类事件的发生概率,并据此探讨了含氢碳膜制备过程中CH基团的贡献.结果表明,随着入射能量的增加,CH基团对薄膜生长的贡献由单纯的吸附、反弹机理向反应、吸附混合机理转变,其中最主要的反应过程是释放一个或两个氢原子的反应,而释放氢分子的反应则很少发生.这些反应不仅使薄膜生长过程更均匀、薄膜表面更平整,还降低了薄膜的氢含量.生长机理的转变导致低能量条件下所成薄膜中的多数碳原子都包含一个氢原子作为配位原子,而高能量条件下的薄膜中的碳原子则很少有氢原子作为配位原子.另外,通过分析sp~3-C和sp~2-C数目的变化,研究了CH基团对金刚石基底的破坏作用.     

含纳米硅和纳米锗的氧化硅薄膜 光致发光的比较研究

分别以硅-二氧化硅和锗-二氧化硅复合靶作为溅射靶,采用磁控溅射技术在p型硅衬底上淀积了含纳米硅的氧化硅薄膜和含纳米锗的氧化硅薄膜.各样品分别在氮气氛中经过300至1100℃不同温度的退火处理.使用高分辨透射电子显微镜可以观察到经900和1100℃退火的含纳米硅的氧化硅薄膜中的纳米硅粒,和经900和1100℃退火的含纳米锗的氧化硅薄膜中的纳米锗粒.经过不同温度退火处理的含纳米硅的氧化硅和含纳米锗的氧化硅薄膜的光致发光谱均具有相似的峰型,且它们的发光峰位均位于580nm(2.1eV)附近.可以认为含纳米硅的氧化硅和含纳米锗的氧化硅薄膜的光发射主要来自于SiO     

H2Ge=Si:与甲醛生成含锗螺硅杂环化合物反应机理的从头算研究

用MP2/AUG-CC-PVDZ 方法研究了单重态H₂Ge=Si:与甲醛环加成反应的反应机理,该反应有一条主反应通道. 该反应所呈现的反应规律为：两反应物通过[2+2]环加成反应首先生成了一锗杂四元环硅烯,由于该锗杂四元环硅烯中Si:原子的3p空轨道与甲醛的π轨道形成了π→p授受键,使锗杂四元环硅进一步与甲醛结合生成了一中间体. 由于该中间体中的Si:原子在过渡态之后发生了sp³杂化,该中间体经过渡态异构化为含锗的螺硅杂环化合物. 该研究结果从理论上揭示了单重态H₂Ge=Si:及其衍生物(X₂Ge=Ge:, X=H, Me, F, Cl, Br, Ph, Ar, …)与非对称性π 键化合物环加成反应的反应机制.     

准自由支撑铝薄膜中有序表面结构的自组织生长

利用真空热蒸发方法在液体基底表面成功制备出具有自由支撑边界条件的金属铝薄膜系统，研究了薄膜中自发形成的自边界向内部区域逐渐生长而呈带状分布的有序表面结构.该有序结构的形成与薄膜厚度、沉积速率和真空环境中的生长时间等实验参数密切相关，其形成过程可用一个三阶段生长模型来描述.实验证明此类有序结构是在薄膜内应力作用下，铝原子及原子团簇在液体表面自由扩散凝聚所致.进一步的理论研究表明：基于特征的边界条件和固液相互作用，该自由支撑铝薄膜系统中包含了丰富的正弦形内应力分布，各种具有不同振幅和频率的正弦形内应力的合成可形成矩形状畴块和带状有序结构. 关键词： 液体基底 铝薄膜 自组织生长 有序结构     

H2， He混合稀释生长微晶硅锗薄膜

采用H₂,He混合气体稀释等离子辅助反应热化学气相沉积法生长微晶硅锗薄膜,并在生长过程中对等离子体进行光发射光谱在线监测.结果表明：混合气体稀释法可以有效提高等离子体中的原子氢数目,降低等离子体中的电子温度;用XRD和光暗电导率表征样品的微结构和光电特性时发现,通过优化混合稀释气体中He和H₂气体的比例,能够减少薄膜中的缺陷态,促进薄膜<220>择优取向生长,有效改善微晶硅锗薄膜结构,提高光电吸收性能. 关键词： 化学气相沉积 微晶硅锗薄膜 光发射光谱 X射线衍射