VHF-PECVD低温制备微晶硅薄膜的拉曼散射光谱和光发射谱研究

采用拉曼散射光谱和PR650光谱光度计对VHF-PECVD制备的微晶硅薄膜进行了结构表征和在线监测研究.结果表明：功率对材料的晶化率（χc）有一定的调节作用，硅烷浓度大，微调作用更明显；SiH*的强度只能在一定的范围内表征材料的沉积速率，功率大相应的速率反而下降；I［Hα*］/I［SiH*］强度比值反映了材料晶化程度，此结果和拉曼散射光谱测试结果显示出一致性；I［Hβ*］/I［Hα*］的强度比表明氢等离子体中的电子温度随功率的增大而逐渐降低. 关键词： 甚高频等离子体增强化学气相沉积 微晶硅 拉曼散射谱 光发射谱     

硅薄膜沉积过程中等离子发光基团的一维空间分布研究

使用光发射谱(OES)对甚高频等离子增强化学气相沉积(VHF-PECVD)技术沉积硅薄膜时的等离子体发光基团的空间分布进行了在线监测和研究. 研究表明：等离子体的不同发光基团都存在着一个中间强度较大的区域和两边电极附近的暗区;增大硅烷浓度和提高辉光功率都会增大SiH^*峰强度;硼烷的加入,使得SiH^*和Hα^*峰强度增大,但硼烷流量变化的影响很小;硼烷流量增大,材料的晶化率下降,而I_{［Hα^*］关键词： 甚高频等离子增强化学气相沉积 等离子体 发光基团 空间分布}     

高速微晶硅薄膜沉积过程中的等离子体稳态研究

通过光发射光谱监测高速沉积微晶硅薄膜过程中I(H_α^*)/I(SiH^*) 随沉积时间的变化趋势, 分析高速率微晶硅薄膜纵向晶化率逐渐增大的原因. 通过氢稀释梯度法, 即硅烷浓度梯度和氢气流量梯度法来改善材料的纵向均匀性.结果表明: 硅烷浓度梯度法获得的材料晶化率从沉积300 s时的53%增加到沉积600 s时的62%, 相比于传统方式下纵向晶化率从55%到75%的变化有了明显的改善. 在硅烷耗尽的情况下, 增加氢气流量一方面增加了气体总流量, 使得电子碰撞概率增加, 电子温度降低, 从而降低氢气的分解, 抑制SiH_x基团的放氢反应, 同时背扩散现象也得到了一定的缓解, 使得I(H_α^*)/I(SiH^*) 在沉积过程中逐渐增加的趋势有所抑制, 所制备的材料的纵向晶化率在240 s 后维持在53%-60%范围内, 同样改善了薄膜的纵向结构. 关键词： 光发射光谱 高速沉积 微晶硅 纵向结构均匀性     

椭圆偏振技术研究VHF-PECVD高速沉积微晶硅薄膜的异常标度行为

采用VHF-PECVD技术高速沉积了不同生长阶段的微晶硅薄膜,通过椭圆偏振技术研究了生长过程中微晶硅薄膜表面粗糙度的演化.实验结果表明,沉积气压P_g=300 Pa时,β=0.81,其超出标度理论中β最大值为0.5范围,出现异常标度行为.这表明微晶硅薄膜高速生长中还存在其他粗糙化增加的因素,此粗糙化增加的因素与阴影作用有关. 关键词： 微晶硅薄膜 椭偏光谱法 生长机制 表面粗糙度     

微晶硅薄膜的制备及结构和稳定性研究

采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术制备了不同衬底温度的微晶硅薄膜.利用傅里叶变换红外吸收对制备薄膜进行了结构方面的测试分析.结果表明：随衬底温度的升高，材料 中的氢含量总的趋势下降；傅里叶变换红外吸收和二次离子质谱测试结果都显示薄膜中氧含 量随衬底温度的升高而增加（在10¹⁹cm^-3量级）；与高衬底温度相 比，低衬底温度制备的材料易于后氧化，这说明低温制备材料的稳定性不好. 关键词： 甚高频等离子体增强化学气相沉积 微晶硅薄膜 傅里叶变换红外吸收     

高速沉积本征微晶硅的优化及其在太阳电池中的应用

采用高压高功率的甚高频等离子体增强化学气相沉积（VHF-PECVD）技术高速（沉积速率约为1.2 nm/s）沉积了一系列不同厚度的本征微晶硅薄膜,并通过Raman谱和XRD谱的测试,研究了高速沉积时本征微晶硅薄膜的微结构演变特性及其对电池性能的影响.针对其微结构特性及高速沉积本身存在的离子轰击作用强的特点,提出了在沉积微晶硅薄膜过程中采用功率梯度的方法,达到有效地控制薄膜微结构变化的目的,并在一定功率梯度范围内降低了电子温度,提高了薄膜质量,从而使电池效率明显提高.最后在沉积速率为1.2 nm/s时,制备 关键词： 高速沉积 微晶硅薄膜 微结构演变 功率梯度     

薄膜硅/晶体硅异质结电池中本征硅薄膜钝化层的性质及光发射谱研究

本文采用甚高频等离子体化学气相沉积技术 (VHF-PECVD) 制备薄膜硅/晶体硅异质结电池中的本征硅薄膜钝化层, 光发射谱 (OES) 测量技术研究了硅薄膜沉积过程中等离子体发光谱随时间的变化. 结果表明: 在实验优化条件下等离子体发光谱很快达到稳定 (大约25 s), 并且SiH^*/H_α^* 的比值随时间变化较小, 避免了生长过程中硅薄膜结构的不均匀性, 这主要是SiH₄没有完全耗尽避免了SiH₄的反向扩散. 进一步研究了沉积参数对稳态发光谱和硅薄膜性质的影响, 结果表明: 随着硅烷浓度增加, H_α^*峰强度减小, SiH^*峰强度增加, 薄膜从微晶转变成非晶, 非晶硅薄膜钝化效果好; 随着沉积气压增大, H_α^*和 SiH^*峰强度先增加后减小, 高气压下H_α^*和 SiH^*峰强度下降主要是反应前驱物的聚合形成高聚合物, 不利于形成高质量的硅薄膜, 因此钝化效果下降; 随着反应功率密度增加, H_α^*和 SiH^*峰强度增大, 当功率密度为150 mW/cm² 趋于饱和, 硅薄膜的致密度和钝化效果也开始下降, 50 mW/cm²的低功率密度下硅薄膜钝化效果差可能是由于原子H 浓度低, 不能完全钝化单晶硅表面的悬挂键. 关键词： 薄膜硅 异质结 光发射谱 钝化     

微晶硅薄膜的表面粗糙度及其生长机制的X射线掠角反射研究

采用等离子体增强化学气相沉积技术沉积一系列处于不同生长阶段的微晶硅薄膜.通过同步辐射X射线掠角反射技术研究微晶硅薄膜的表面粗糙度随时间等的演化，探讨微晶硅薄膜的生长动力学过程及其生长机制.研究结果表明，在衬底温度为200 ℃，电极间距为2 cm，沉积气压为6.66×1０² Pa，射频功率密度为0.22 W/cm²，氢稀释度分别为99%和98%的沉积条件下，在玻璃衬底上生长的微晶硅薄膜生长指数β分别为0.21±0.01和0.24±0.01.根据KPZ模型，微晶硅薄膜的生长机制为有限扩散生长. 关键词： X射线掠角反射 微晶硅薄膜 表面粗糙度 生长机制     

Er$lt;sup$gt;3+$lt;/sup$gt;：YAlO$lt;sub$gt;3$lt;/sub$gt;晶体中Λ型四能级系统的量子相干左手性

用相干量子干涉和电磁感应透明（Electromagnetically induced transparency,EIT） 效应在Er³⁺：YAlO₃晶体中计算得到了Thommen,Mandel和Kastel对原子气提出的Λ型四能级系统的负折射率.计算结果得到的负折射率对应的频带宽度约为1 MHz,比先前报道的10³ Hz量级要宽得多.通常而言对应于折射/吸收比|Re［n］/lm［n］|≈1,而计算所得结果是|Re［n］/lm［n］|为4.6,表明吸收被EIT效应很好地抑制.Im［n］出现的负值可能与Er³⁺的⁴I_13/2→⁴I_15/2跃迁的受激发射有关.由此可知,稀土离子掺杂材料具有丰富的能级和各种不同的电磁跃迁,也是电磁感应负折射率材料中出色的应用材料的候选者. 关键词： 稀土掺杂晶体 量子干涉 电磁感应透明 负折射率材料     

甚高频高速沉积微晶硅薄膜的研究

采用甚高频化学气相沉积(VHF-PECVD)技术制备了系列微晶硅(μc-Si:H)薄膜样品,重点研究了硅烷浓度、功率密度、沉积气压和气体总流量对薄膜沉积速率和结晶状态的影响,绘制了沉积气压和功率密度双因素相图. 以0.75nm/s的高速沉积了器件质量级的微晶硅薄膜,并以该沉积速率制备出了效率为5.5%的单结微晶硅薄膜电池. 关键词： 微晶硅薄膜 高速沉积 甚高频化学气相沉积     

Evolution of infrared spectra and optical emission spectra in hydrogenated silicon thin films prepared by VHF-PECVD

A series of hydrogenated silicon thin films with varying silane concentrations have been deposited by using very high frequency plasma enhanced chemical vapor deposition (VHF-PECVD) method. The deposition process and the silicon thin films are studied by using optical emission spectroscopy (OES) and Fourier transfer infrared (FTIR) spectroscopy, respectively. The results show that when the silane concentration changes from 10% to 1%, the peak frequency of the Si—H stretching mode shifts from 2000 cm ^{- 1} to 2100 cm ^{- 1}, while the peak frequency of the Si—H wagging—rocking mode shifts from 650 cm ^{- 1} to 620 cm ^{- 1}. At the same time the SiH^*/H_α intensity ratio in the plasma decreases gradually. The evolution of the infrared spectra and the optical emission spectra demonstrates a morphological phase transition from amorphous silicon (a-Si:H) to microcrystalline silicon (μc-Si:H). The structural evolution and the μc-Si:H formation have been analyzed based on the variation of H_α and SiH^* intensities in the plasma. The role of oxygen impurity during the plasma process and in the silicon films is also discussed in this study.     

Influence of ignition condition on the growth of silicon thin films using plasma enhanced chemical vapour deposition

The influences of the plasma ignition condition in plasma enhanced chemical vapour deposition (PECVD) on the interfaces and the microstructures of hydrogenated microcrystalline Si (μc-Si:H) thin films are investigated. The plasma ignition condition is modified by varying the ratio of SiH₄ to H₂ (R_H). For plasma ignited with a constant gas ratio, the time-resolved optical emission spectroscopy presents a low value of the emission intensity ratio of Hα to SiH^* (I_Hα/I_SiH^*) at the initial stage, which leads to a thick amorphous incubation layer. For the ignition condition with a profiling R_H, the higher I_Hα/I_SiH^* values are realized. By optimizing the R_H modulation, a uniform crystallinity along the growth direction and a denser μ c-Si:H film can be obtained. However, an excessively high I_Hα/I_SiH^* may damage the interface properties, which is indicated by capacitance-voltage (C-V) measurements. Well controlling the ignition condition is critically important for the applications of Si thin films.     

含氮氟化类金刚石(FN-DLC)薄膜的研究：(Ⅳ)氮掺杂对薄膜结构的影响

不同条件下，在单晶硅基片上沉积了含氮氟化类金刚石(FN-DLC)薄膜.原子力显微(AFM)形貌显示，掺N后，薄膜变得致密均匀.傅里叶变换吸收红外光谱(FTIR)表明，随着r(r=N₂/［N₂+CF₄+CH₄］)的增大薄膜中C—H键的逐渐减少，C〖FY=,1〗N和C≡N键含量逐渐增加.X射线光电子能谱(XPS)的C1s和N1s峰拟合结果发现，N掺入导致在薄膜中出现β-C₃N₄和a-CN_x(x=1,2,3)成分.Roman散射谱的G峰向高频方向位移和峰值展宽等证明：随着r的增大，薄膜内sp²键态含量增加. 关键词： 氟化类金刚石膜 键结构 氮掺杂     

等离子体增强脉冲激光沉积o-BN薄膜

利用等离子体增强脉冲激光沉积系统在Si（100）基底上沉积出了高质量的o-BN薄膜,利用红外光谱（FTIR）、X射线衍射谱（XRD）和原子力显微镜照片对o-BN薄膜进行了表征.通过红外光谱（FTIR）得到o-BN薄膜的红外峰特征峰值为1189cm^-1,1585cm^-1和1450cm^-1;由XRD谱得到o-BN薄膜的（111）,（020）,（021）,（310）和（243）各晶面的衍射峰, 特别是（310）和（243）晶面的衍射峰非常强;通过原子力显微镜照片清楚看到BN薄膜具有尖状突起的表面形貌. 关键词： 等离子体增强脉冲激光沉积 氮化硼薄膜 X射线衍射谱     

Features of the structure and defect states in hydrogenated polymorphous silicon films

The structural and electronic properties of thin hydrogenated polymorphous silicon films obtained by plasma-enhanced chemical vapor deposition from hydrogen (H₂) and monosilane (SiH₄) gas mixture have been studied by means of transmission electron microscopy, electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy, and Raman spectroscopy. It has been established that the studied films consist of the amorphous phase containing silicon nanocrystalline inclusions with the average size on the order of 4–5 nm and the volume fraction of 10%. A signal was observed in the hydrogenated polymorphous silicon films during the EPR investigation that is attributed to the electrons trapped in the conduction band tail of microcrystalline silicon. It has been shown that the introduction of a small fraction of nanocrystals into the amorphous silicon films nonadditively changes the electronic properties of the material.     

Substrate effects on the microstructure of hydrogenated amorphous carbon films

In this work, plasma enhanced chemical vapour deposition was used to prepare hydrogenated amorphous carbon films (a-C:H) on different substrates over a wide range of thickness. In order to observe clear substrate effect the films were produced under identical growth conditions. Raman and near edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) spectroscopies were employed to probe the chemical bonding of the films. For the films deposited on silicon substrates, the Raman I_D/I_G ratio and G-peak positions were constant for most thickness. For metallic and polymeric substrates, these parameters increased with film thickness, suggesting a change from a sp³-bonded hydrogenated structure to a more sp² network, NEXAFS results also indicate a higher sp² content of a-C:H films grown on metals than silicon. The metals, which are poor carbide precursors, gave carbon films with low adhesion, easily delaminated from the substrate. The delamination can be decreased/eliminated by deposition of a thin (∼10 nm) silicon layer on stainless steel substrates prior to a-C:H coatings. Additionally we noted the electrical resistivity decreased with thickness and higher dielectric breakdown strength for a-C:H on silicon substrate.