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     

螺旋波等离子体化学气相沉积纳米硅薄膜的光学发射谱研究

利用光学发射谱技术对螺旋波等离子体化学气相沉积纳米硅薄膜的等离子体内活性粒子的光发射特征进行了原位测量.研究了薄膜沉积过程中各实验参量对活性基团SiH^*， H^β以及H^α的发射谱强度的影响.实验结果表明，静态磁场的加入可显著提高反应气体 的解离效率 ；适当的氢稀释可以提高氢活性粒子的浓度，而过高的氢稀释比将使含硅活性基团浓度显著 减小；提高射频馈入功率整体上可以使各活性粒子的浓度增加，并有利于提高到达衬底表面 氢活性粒子的相对比例.结合螺旋波等离子体色散关系和等离子体特点对以上结果进行了分 析.该结果为螺旋波等离子体沉积纳米硅薄膜过程的理解及制备工艺参数的调整提供了基础 数据. 关键词： 光学发射谱 螺旋波等离子体化学气相沉积 纳米硅薄膜     

VHF等离子体光发射谱(OES)的在线监测

采用光发射谱(OES)测量技术，对不同制备条件下的甚高频(VHF)等离子体辉光进行了在线监 测.实验表明，VHF等离子体中特征发光峰(Si，SiH,H_α,H^*_β 等)的强度较常规的射 频(RF)等离子体明显增强，并且在制备μc-Si：H的工艺条件下(H稀释度R(H₂/S iH₄)=23 )，随激发频率的增加而增大，这些发光峰的变化趋势与材料沉积速率的变化规律较相似.Si H峰等的强度随气压的变化则因硅烷H稀释度及功率的不同而异：高H稀释(R=23)时，SiH峰强 度在低辉光功率下随反应气压的增大单调下降，在高辉光功率下随气压的变化呈现类高斯规 律；低H稀释(R=5．7)时， SiH峰随气压的变化基本上是单调下降的，下降速率也与功率有 关，这些结果表明，VHF-PECVD制备μc-Si：H和a-Si：H的反应动力学过程存在较大差异.此 外，随着激发功率的增大，Si，SiH峰都先迅速增大然后趋于饱和，并且随着H稀释率的增大 ，将更快呈现饱和现象.通过对OES结果的分析与讨论可知，VHF-PECVD技术沉积硅基薄膜可 以有效提高沉积速率，而且，硅基薄膜的沉积速率的进一步提高需要综合考虑H稀释度、气 压和功率等的匹配与优化. 关键词： 甚高频等离子体化学气相沉积 氢化硅薄膜 光发射谱     

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     

多壁碳纳米管束储氢机理的X射线吸收谱研究

采用X射线吸收精细结构光谱探索性地研究了多壁碳纳米管束.在多壁碳纳米管束不同入射角的X射线吸收精细结构光谱中，观察到C—H σ^*共振峰强度随入射角的变化而发生变化.在常温常压下出现C—H键可能与多壁碳纳米管束中存在缺陷有关，缺陷数量越大C—H σ^*共振峰的强度越大.光谱中C—C π^*和C—C σ^*共振峰强度的变化趋势都不同于C—H σ^*共振峰，这有力地证明了在常温常压条件下氢原子是吸附在多壁碳纳米 关键词： X射线吸收精细结构光谱 碳纳米管 储氢 化学吸附     

MPCVD等离子体的发射光谱研究

在2.45 GHz, 800 W微波等离子体化学气相沉积装置上,利用发射光谱对CH₄/H₂等离子体进行在线诊断,分析了等离子体中存在的基团,研究了甲烷浓度对各基团浓度及基团的空间分布的影响。结果表明：等离子体中存在CH, H_α, H_β, H_γ, C₂ 基团和Mo杂质原子,随着甲烷浓度的升高,各基团的发射光谱强度均有增加,其中C₂基团强度显著增加。CH与H_α基团的发射光谱强度比值随甲烷浓度的增加变化不大,而C₂与H_α基团的发射光谱强度的比值随甲烷浓度的增加而显著增大。另外,甲烷浓度的增加使得等离子体中各基团在空间分布的均匀性变差。     

多晶硅薄膜低温生长中晶粒大小的控制

以SiCl4H2为气源,用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法低温快速沉积多晶硅薄膜.实验发现,在多晶硅薄膜的生长过程中,气相空间各种活性基团的相对浓度是影响晶粒大小的重要因素,随功率、H2/SiCl4流量比的减小和反应室气压的增加,晶粒增大.而各种活性基团的相对浓度依赖于PECVD工艺参数,通过工艺参数的改变,分析生长过程中空间各种活性基团相对浓度的变化,指出“气相结晶”过程是晶粒长大的一个重要因素. 关键词： 气相结晶 多晶硅薄膜 晶粒生长 SiCl4     

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     

微波电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积法沉积氟化非晶碳薄膜的研究

使用三氟甲烷和苯的混合气体,利用微波电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积法制备了F/C比在0.11—0.62之间的α-C∶F薄膜.研究了微波功率对薄膜沉积和结构的影响,发现微波功率的升高提高了薄膜的沉积速率,降低了薄膜的F/C比,也降低了薄膜中CF和CF₃基团的密度,而使CF₂基团的密度保持不变.在高微波功率下可以获得主要由CF₂基团和C=C结构组成的α-C∶F薄膜.薄膜的介电频率关系(1×10³—1×10⁶Hz)和损耗频率关系(1×10²—1×10⁵Hz)均呈指数规律减小,是缺陷中心间简单隧穿引起的跳跃导电所致.α-C∶F薄膜的介电极化主要来源于电子极化 关键词： 氟化非晶碳薄膜 ECR等离子体沉积 键结构 介电性质     

热丝CVD沉积金刚石薄膜时的等离子体空间分布研究

采用热丝化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)的方法,以丙酮为碳源生长金刚石薄膜时,利用等离子体发射光谱对生长过程中的等离子体空间分布进行了在线诊断。采用SEM,Raman光谱分别对沉积金刚石膜表面、断面的形貌和质量进行表征。光谱分析表明,对于线性阵列布丝情况下,中心区域与边缘区域的基团分布存在差异,中心区温度高,裂解能力强,基团强度高于两边,但中心区域基团特征峰强度的变化比等离子球平缓的多;距离热丝越远,热辐射减小,从丙酮分子中裂解出CH和CO等基团以及由原子H激发的H_β与H_α等强度降低,反而使得复合生成的C₂基团增加。SEM测试结果表明,当丝基间距为4.5,5.5,6.5 mm时,所沉积的金刚石薄膜表面由致密规则晶面向混乱转变,且单位时间内的生长速率也依次降低,此外,Raman光谱表明随着纵向间距的加大,金刚石薄膜的质量随之降低。这与诊断结果中CH和CO强度的降低,C₂基团强度增加及基团C₂/H_α比强度下降相吻合。     

高速沉积微晶硅薄膜光发射谱的研究

采用PR650光谱光度计对高速沉积微晶硅薄膜的生长过程进行了在线监测研究,并对所对应的材料进行了Raman谱和红外吸收谱(FTIR)的测试.结果表明：能反映材料晶化程度的I_［SiH^*］/I_［Hβ^*］比值在沉积时间为100 s之内有下降的趋势,且反应气体总流量T_fl越小下降趋势越明显,这与拉曼散射光谱对材料的结构测试结果一致;沉积5 min时I 关键词： 高速沉积 微晶硅薄膜 电子温度     

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.     

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.     

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     

射频激发热丝化学气相沉积制备硅薄膜过程中光发射谱的研究

采用射频(rf)激发,在热丝化学气相沉积(HWCVD)制备微晶硅薄膜的过程中产生发光基元,测量了rf激发HWCVD (rf-HWCVD)的光发射谱,比较了相同工艺条件下rf-HWCVD和等离子体增强CVD(PECVD)的光发射谱,分析了rf功率、热丝温度和沉积气压对rf-HWCVD光发射谱的影响.结果表明,在射频功率<0.1W/cm²时,rf-HWCVD发射光谱反映了HWCVD高的气体分解效率和高浓度原子氢的特点,能够解释气压变化与微晶硅薄膜微结构的关系,是研究HWCVD气相过程的有 关键词： HWCVD OES 微晶硅     

非晶/微晶相变域硅薄膜及其太阳能电池

采用甚高频等离子体增强化学气相沉积（VHF-PECVD）法，成功制备出从非晶到微晶过渡区 域的硅薄膜. 样品的微结构、光电特性及光致变化的测量结果表明这些处于相变域的硅薄膜 兼具非晶硅优良的光电性质和微晶硅的稳定性. 用这种两相结构的材料作为本征层制备了p- i-n太阳能电池，并测量了其稳定性. 结果在AM15(100mW/cm²) 的光强下曝光 800—5000min后，开路电压略有升高，转换效率仅衰退了29%. 关键词： 相变域硅薄膜 光电特性 太阳能电池     

磁控溅射方法制备垂直取向FePt/BN颗粒膜

用磁控溅射在热单晶MgO(100)基片上制备了［FePt/BN］多层膜，经真空热处理后，得到具有垂直取向L1₀-FePt/BN颗粒膜.X射线衍射结果和磁性测量的结果表明，［FePt(2nm)/BN(0.5nm)］₁₀和［FePt(1nm)/BN(0.25nm)］₂₀多层膜经700℃热处理1h后，均具有较好的(001)取向.［FePt(1nm)/BN(0.25nm)］₂₀垂直矫顽力达到522kA/m，剩磁比达到0.99，开关场分布S达到0.94，FePt晶粒平均尺寸约15—20nm，适合用于将来超高密度的垂直磁记录介质. 关键词： 磁控溅射 垂直磁记录 0-FePt/BN纳米颗粒膜')" href="#">L1₀-FePt/BN纳米颗粒膜     

使用发射光谱对感应耦合CF4/CH4等离子体中C2基团形成机理的研究

利用强度标定的发射光谱法，研究了感应耦合CF4₄/CH4₄等离 子体中空间基团的 相对密度随宏观条件（射频输入功率、气压和流量比）的变化情况. 研究表明：在所研究的 碳氟/碳氢混合气体放电等离子体中除了具有丰富的CF，CF2₂，CH，H和F等活 性基团外 ，还同时存在着C2₂基团，其相对密度随着放电功率的提高而增加；随着气压 的上升呈 现倒“U”型的变化. C2₂随流量比R（R=［CH4 _{关键词： 发射光谱 感应耦合等离子体 2}基团')" href="#">C2₂基团     

The microstructure and optical properties of crystallized hydrogenated silicon films prepared by very high frequency glow discharge

A series of nc-Si:H films with different crystalline volume fractions have been deposited by very high frequency glow discharge in a plasma with a silane concentration [SiH₄]/([SiH₄] + [H₂]) varying from 2% to 10%. The nc-Si:H films have been characterized by Raman spectroscopy, XRD diffraction, and UV-vis-near infrared spectrophotometer. The deposition rate increases nearly linear with increasing the silane concentration while the crystalline volume fraction decrease from 58% to 12%. The refractive index and the absorption of the samples were obtained through a modified four-layer-medium transmission model based on the envelope method. It was found that the refractive indices and absorption coefficient increase with increasing silane concentration. Compared to the films deposited using conventional RF-PECVD with excitation frequency of 13.56 MHz, the samples prepared by very high frequency glow discharge have higher absorption coefficients, which is due to its better compactness and lower defect density.