MOCVD-InAs/GaSb DBR结构材料的特性研究

本研究采用MOCVD技术在GaSb衬底上制备InAs与GaSb交替生长层构成的分布布喇格反射镜(DBR)材料.由于InAs与GaSb材料晶格匹配良好,且折射率差较大,因此用这两种材料交替生长构成的DBR结构,在较低生长周期时即可获得较高的反射率.将其引入共振腔增强型红外探测器结构,做为共振腔的腔体,将大大改善器件性能,实现红外光的高灵敏度室温探测.根据多膜增反原理,膜层反射率随膜层周期增加而增加,理论计算结果显示InAs/GaSb DBR结构工作波长为2.4μm,周期为22时,膜层反射率即可高于80.11;.我们用扫描电子显微镜,X-ray射线衍射,反射光谱测量等分析手段,对InAs/GaSb DBR结构材料的物理性能进行表征.结果表明,我们已经成功获得高质量的晶格匹配的InAs、GaSb单晶薄膜,以及InAs/GaSb交替生长组成的不同周期的DBR结构材料.反射光谱测量显示,InAs/GaSb DBR反射率随膜层周期数增加而增加,当InAs/GaSb DBR周期数为22时,其反射率约为44.27;.     

AlAs/GaAs分布布拉格反射镜(DBR)的反射谱拟合与优化生长

对分布布拉格反射镜(DBR)的原理和特征进行了分析,使用传输矩阵方法计算了不同对数GaAs/AlAs反射镜的反射率曲线.利用分子束外延(MBE)设备生长了波长为920nm和980nm的半导体多层膜DBR反射镜,分析了实验测得的反射谱与理论拟合曲线之间的差异及其产生原因,实现了材料的优化生长,获得了反射率大于99;、中心波长和带宽接近理论计算值的DBR材料.该DBR的反射谱拟合与优化生长研究可应用于VCSEL和VECSEL激光器.     

氨水浓度对化学水浴法制备CdS缓冲层及CZTSe电池性能的影响

主要研究了化学水浴法沉积CdS薄膜中氨水浓度对薄膜材料特性的影响.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和分光光度计(UV-Vis)等测试手段对制备的CdS薄膜的结构和光学特性进行了分析.结果表明:不同的氨水浓度条件下均得到立方相CdS薄膜,薄膜沿(111)面择优取向生长.随着氨水浓度增加时CdS薄膜表面逐渐变得致密光滑,CdS薄膜的透过率增强和带隙变宽.在氨水浓度为0.10 mol/L时制备出材料特性最佳的CdS薄膜,其表面紧凑致密无针孔,颗粒大小均匀,将其应用于CZTSe薄膜太阳电池中的缓冲层材料,得到光电转化效率为3.12;的CZTSe薄膜太阳电池(该电池未经任何后硒化处理工艺).     

AIC多晶硅薄膜的制备与其上HWCVD低温外延生长多晶硅薄膜的研究

铝诱导晶化法(AIC)是一种低温制备大晶粒多晶硅薄膜的重要方法.本文分别基于Al/Al2O3/a-Si叠层和a-Si/SiOx/Al叠层制备了AIC多晶硅薄膜,前者表面粗糙,后者表面光滑.以后者为籽晶层,在其上用HWCVD法300℃低温下外延生长了表面形貌与籽晶层相似的多晶硅薄膜.铝诱导晶化过程中,在原始非晶硅层中会形成多晶硅、非晶硅和铝的混合层,去除铝后残留的硅将使表面粗糙,而在原始铝层中则形成连续的多晶硅薄膜.Al/Al2O3/a-Si 叠层和a-Si/SiOx/Al叠层的上层分别是非晶硅层和铝层,发生层交换后,前者上层是硅铝混合层,因此表面粗糙,后者上层是连续的多晶硅薄膜,因此表面光滑.在AIC多晶硅薄膜表面外延生长多晶硅薄膜等效于铝诱导多晶硅的晶核在垂直于薄膜方向上的继续生长,因此外延生长的薄膜与AIC多晶硅薄膜呈现相似的枝晶状形貌.     

RF-PECVD制备微晶硅薄膜的X射线衍射研究

采用X射线衍射(XRD)技术连续扫描法和薄膜衍射法对RF-PECVD制备的微晶硅薄膜结构进行了研究.改变硅烷浓度和反应功率,控制薄膜的生长速率,已达到制备不同材料的目的.根据硅基薄膜的电学特性和XRD测试,随着反应功率的增加,硅基薄膜的生长速率不断提高,微晶硅薄膜的晶化程度不断增大.     

直流溅射缓冲层生长ZnO/Si薄膜

ZnO是一种新兴的的宽禁带半导体材料,相对于传统的宽禁带材料有很多的优势.在相对成本低廉的Si衬底上生长ZnO薄膜是现在攻关的热门课题.目前用缓冲层方法生长ZnO薄膜取得了一些突破.本文利用直流溅射,先在Si衬底上溅射一层ZnO多晶薄膜,通过对直流溅射时间的控制,可以得到不同厚度的ZnO缓冲层.再利用MOCVD设备生长高质量的ZnO薄膜.通过研究发现,直流溅射ZnO薄膜的厚度对于最终的薄膜质量有很大的影响.随着缓冲层的引入,双晶衍射XRD的摇摆半宽有显著下降,并且随着最终ZnO薄膜质量上升,光致发光也有显著的提升.可见缓冲层的引入对ZnO/Si薄膜的质量和发光强度有很大的贡献.     

多层初始晶硅薄膜的微观结构及光电导特性分析

采用等离子体增强化学气相沉积技术通过高氢和低氢稀释层交替生长制备出多层初始晶硅薄膜,利用Raman散射、红外吸收、紫外可见吸收及I-V测量等技术分析了薄膜的微观结构、能带特征和光电导特性.结果显示,不同氢稀释层交替生长导致薄膜由非晶硅向初始晶硅结构转变,随高氢稀释层厚度的增加,薄膜微观结构有序性提高,所对应薄膜光学带隙减小,而带尾分布展宽.I-V测量显示,薄膜微观结构有序性提高和光学带隙降低的共同作用导致薄膜光敏性呈现先减小后增加趋势,然而,在高氢稀释层厚度较大时,纳米晶硅边界载流子快速复合导致薄膜光敏性的显著减小.     

基于磁控溅射离子镀技术的不同晶态纯Cr薄膜微观组织结构研究

基于磁控溅射离了镀技术,制备了不同晶态结构的纯Cr薄膜,分析了电场环境对纯Cr薄膜品态结构影响的客观规律;结合溅射原理和薄膜生长原理揭示了电场环境对纯Cr薄膜生长过程影响的内在机理;探讨了磁控溅射离子镀技术在工程材料的纳米化、非晶化进程中应有的功能,旨在为纳米材料的研发及其制备技术的创新提供参考依据.     

GaSb薄膜生长的RHEED研究

采用分子束外延技术,在GaAs衬底上生长GaSb薄膜时,利用反射式高能电子衍射仪(RHEED)对衬底表面清洁状况、外延层厚度等进行在线监控.通过RHEED讨论低温缓冲层对GaSb薄膜表面结构和生长机制的作用,可以估算衬底温度,并能计算出薄膜的生长速率.实验测量GaSb的生长周期为1.96s,每秒沉积0.51单分子层.低温缓冲层提高了在GaAs衬底上外延GaSb薄膜的生长质量.     

ZnO/PbS量子点异质结太阳能电池结构调控研究

利用氧化锌溶胶-凝胶(Sol-Gel)、锌盐乙醇溶液(ES)和氧化锌纳米粒子溶液(NP)三种不同的籽晶层前驱液,在ITO衬底上通过化学浴沉积方法(CBD)制备出了一维氧化锌纳米棒阵列薄膜,并在所制备的氧化锌纳米棒阵列薄膜上构筑了具有“三维”异质结结构的PbS量子点太阳能电池.通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和透射光谱分析等研究了籽晶层对氧化锌纳米棒阵列薄膜形貌、结构和光学性质的影响;结合电池性能测试结果,比较分析了“三维”异质结结构和“平面”异质结结构对电池性能的影响.结果表明:在ES籽晶层上生长的氧化锌纳米棒阵列薄膜的取向性最好,Sol-Gel次之,NP最差;在ES和Sol-Gel籽晶层上生长2h的样品透射率在80;左右;与“平面”异质结结构PbS量子点电池相比,基于氧化锌纳米棒阵列薄膜制备的“三维”异质结结构电池的短路电流可提高40;,表明“三维”异质结结构有利于载流子的分离和输运.