纳米晶硅薄膜中氢含量及键合模式的红外分析

采用传统射频等离子体化学气相沉积技术在100—350℃的衬底温度下高速沉积氢化硅薄膜. 傅里叶变换红外光谱和Raman谱的研究表明，纳米晶硅薄膜中的氢含量和硅氢键合模式与薄膜的晶化特性有密切关系，当薄膜从非晶相向晶相转变时，氢的含量减少了一半以上，硅氢键合模式以SiH₂为主. 随着衬底温度的升高和晶化率的增加，纳米晶硅薄膜中氢的含量以及其结构因子逐渐减少. 关键词： 氢化纳米晶硅薄膜 红外透射谱 氢含量 硅氢键合模式     

氢化纳米硅薄膜中氢的键合特征及其能带结构分析

对氢化纳米硅薄膜中氢的键合特征和薄膜能带结构之间的关系进行了研究.所用样品采用螺 旋波等离子体化学气相沉积技术制备，利用Raman散射、红外吸收和光学吸收技术对薄膜的 微观结构、氢的键合特征以及能带结构特性进行了分析.Raman结果显示不同衬底温度下所生 长薄膜的微观结构存在显著差异，从非晶硅到纳米晶硅转化的衬底温度阈值为200℃.薄膜中 氢的键合特征与薄膜的能带结构密切相关.氢化非晶硅薄膜具有较高的氢含量，因键合氢引 起的价带化学位移和低衬底温度决定的结构无序性，使薄膜呈现较大的光学带隙和带尾宽度 .升 关键词： 氢化纳米硅 螺旋波等离子体 能带结构     

红外光谱法研究射频功率对微晶硅薄膜微结构的影响

采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)技术,在硅衬底上以不同的射频功率生长微晶硅(μc-Si:H)薄膜,利用傅里叶变换红外透射光谱技术对薄膜进行测试.通过对红外透射光谱的高斯拟合分析,结果表明薄膜中的氢含量和硅氢键合模式跟射频功率密切相关;当射频率从30W增加到110W时,薄膜中的氢含量先减少后慢慢增加,而结构因子逐渐增加后再减小,并且硅氢键合模式由以SiH为主转变为以SiH2为主.并讨论了这些参量随射频功率变化的机理.     

氢稀释对FTS沉积a-Si:H薄膜结构特性的影响

采用对靶磁控反应溅射技术,以氢气作为反应气体在不同的氢稀释比条件下制备了氢化非晶硅薄膜.利用台阶仪、傅里叶红外透射光谱、Raman谱和紫外-可见光透射谱测量研究了不同氢稀释比对氢化非晶硅薄膜生长速率和结构特性的影响.分析结果发现,利用对靶磁控溅射技术能够实现低温快速沉积高质量氢化非晶硅薄膜的制备.随着氢稀释比不断增加,薄膜沉积速率呈现先减小后增大的趋势.傅里叶红外透射光谱表明,氢化非晶硅薄膜中氢含量先增大后变小.而Raman谱和紫外-可见光透射谱分析发现,氢稀释比的增加使氢化非晶硅薄膜有序度和光学带隙均先增大后减小.可见,此技术通过改变氢稀释比R能够实现氢化非晶硅薄膜结构的有效控制.     

氢稀释对FTS沉积a-Si∶H薄膜结构特性的影响

采用对靶磁控反应溅射技术,以氢气作为反应气体在不同的氢稀释比条件下制备了氢化非晶硅薄膜.利用台阶仪、傅里叶红外透射光谱、Raman谱和紫外-可见光透射谱测量研究了不同氢稀释比对氢化非晶硅薄膜生长速率和结构特性的影响.分析结果发现,利用对靶磁控溅射技术能够实现低温快速沉积高质量氢化非晶硅薄膜的制备.随着氢稀释比不断增加,薄膜沉积速率呈现先减小后增大的趋势.傅里叶红外透射光谱表明,氢化非晶硅薄膜中氢含量先增大后变小.而Raman谱和紫外-可见光透射谱分析发现,氢稀释比的增加使氢化非晶硅薄膜有序度和光学带隙均先增大后减小.可见,此技术通过改变氢稀释比R能够实现氢化非晶硅薄膜结构的有效控制.     

氢化非晶硅薄膜的热导率研究

采用铂电极为加热电阻，研究了厚度为300—370nm等离子体化学气相沉积(PECVD)工艺制备的氢化非晶硅(a-Si：H)薄膜的热导率随衬底温度的变化规律.用光谱式椭偏仪拟合测量薄膜的厚度，得到了沉积速率随衬底温度变化规律，傅里叶红外(FTIR)表征了在KBr晶片衬底上制备的a-Si：H薄膜的红外光谱特性，SiH原子团键合模的震动对热量的吸收降低了薄膜热导率.从动力学角度分析了薄膜热导率随平均温度升高而增大的原因，并比较了声子传播和自由电子移动在a-Si：H薄膜热导率变化上的作用差异. 关键词： 非晶硅 热导率 薄膜 热能     

氮化硅薄膜中纳米非晶硅颗粒的键合结构及光致发光

采用螺旋波等离子体化学气相沉积技术以N₂/SiH₄/H₂为反应气体制备了镶嵌有纳米非晶硅颗粒的氢化氮化硅薄膜，通过改变N₂流量实现了薄膜从红到蓝绿的可调谐光致发光.傅里叶红外透射和紫外-可见光吸收特性分析表明，所生长薄膜具有较高的氢含量，N₂流量增加使氢的键合结构发生变化，非晶硅颗粒尺寸减小，所对应的薄膜的光学带隙逐渐增加和微观结构有序度减小.可调光致发光(PL)主要来源于纳米硅颗粒的量子限制效应发光，随N₂流量增加，PL的谱线展宽并逐渐增强. 关键词： 傅里叶红外透射谱 光吸收谱 纳米硅粒子镶嵌薄膜 光致发光     

高氢稀释制备微晶硅薄膜微结构的研究

采用高氢稀硅烷热丝化学气相沉积方法制备氢化微晶硅薄膜.其结构特征用Raman谱，红外透射谱，小角X射线散射等来表征.结果表明微晶硅的大小及在薄膜中的晶态比χ_c随氢稀释度的提高而增加.而从红外谱计算得到氢含量则随氢稀释度的增加而减少.小角X射线散射结果表明薄膜致密度随氢稀释度的增加而增加.结合红外谱和小角X射线散射的结果讨论与比较了不同相结构下硅网络中H的键合状态.认为随着晶化的发生和晶化程度的提高H逐渐移向晶粒表面，在硅薄膜中H的存在形式从以SiH为主向SiH₂ 关键词：     

p型纳米硅与a-Si∶H不锈钢底衬nip太阳电池

报道了选用厚度为0.05mm的不锈钢箔作衬底,B掺杂P型氢化纳米硅作窗口层,制备成功开路电压和填充因子分别达到0.90V和0.70的nip非晶硅基薄膜单结太阳电池.UV VIS透射谱和微区Raman谱证实所用p层具有典型氢化纳米硅的宽能隙和含有硅结晶颗粒的微结构特征.明确指出导致这种氢化纳米硅能隙展宽的物理机制是量子尺寸效应.     

GeC薄膜的射频磁控反应溅射制备及性质

用射频磁控反应溅射法在ZnS衬底上制备了GeC薄膜，研究了工艺参数对Ge靶溅射及GeC薄膜红外透射性能的影响.衬底温度较低时GeC薄膜中含有H，形成了CH₂,CH₃,Ge-CH₃等，使薄膜产生红外吸收；随衬底温度升高，薄膜红外吸收明显减小.靶基距、射频功率、Ar:CH₄气体流量比、总气压对靶面中毒及溅射影响较大，但对GeC薄膜红外吸收影响较小.靶面中毒严重时，所制备无氢GeC薄膜附着性能差，随靶中毒减弱薄膜附着性能变好.优化工艺后，在ZnS衬底上制备了附着性能良好的无氢GeC薄膜，其折射率约为1.78，薄膜中C的含量比Ge的大，二者主要形成了C—Ge键.所制备的GeC/GaP红外增透保护膜系对ZnS衬底有良好的增透效果. 关键词： GeC薄膜 红外透射光谱 射频磁控溅射 XPS     

Influence of substrate temperature on growth of a-Si:H films by reactive facing target sputtering deposition

Hydrogenated amorphous silicon(a-Si:H) films were deposited by reactive facing target sputtering(FTS) technique with a mixture of Ar and H2 reaction gas.Fourier transform infrared(FTIR) absorption,Raman scattering and ultraviolet-visible optical absorption are used to investigate the microstructure and optical properties of the deposited films.The decrease of the concentration of bonded hydrogen,especially that of(Si-H2)n with increasing substrate temperature(Ts),was observed in FTIR spectra,suggesting the ...     

Si∶H∶O薄膜的室温强紫外光致发光

用等离子体增强辉光放电法制成a-Si∶H∶O薄膜,未经任何后处理过程,观察到峰值分别位于340—370,400—430以及740nm的三个光致发光(PL)带.这种紫外光发射既强又稳定,其强度与薄膜中的氧含量紧密相关,而后者可通过薄膜淀积过程中施加在其衬底上的直流偏压进行控制.前两个PL峰来源于a-Si∶H∶O中与氧有关的色心,而后一个PL峰则来源于嵌入a-Si∶H∶O中纳米硅晶粒的量子尺寸效应和晶粒表面的色心两方面的作用.     

α-C∶H膜化学结构对光学性能的影响

 选用体积分数为99.999 9%的H₂及反式-2-丁烯（T2B）为工作气体，利用低压等离子体增强化学气相沉积法制备了α-C∶H薄膜。利用傅里叶变换红外光谱仪和X射线光电子能谱对薄膜化学键和电子结构进行分析，并结合高斯分峰拟合分析了薄膜中sp³/sp²杂化键比值和sp³C杂化键分数。结果表明：薄膜中氢含量较高,主要以sp³C—H形式存在;工作气压越高,制备的薄膜中C=C键含量越少，薄膜中sp³/sp²杂化键比值和sp³C杂化键分数增加，薄膜稳定性提高。应用UV-VIS光谱仪，获得了波长在400~1 000 nm范围内薄膜的光吸收特性，结果显示: α-C∶H薄膜透过率可达98%。光学常数公式计算得到工作压强为4~14 Pa时光学带隙在2.66~2.76之间，并均随着工作气压的升高而增大。结果表明，随工作气压的升高，薄膜内sp³键减小，从而促使透过率、光学带隙增大。     

α-C∶H膜化学结构对光学性能的影响

 选用体积分数为99.999 9%的H₂及反式-2-丁烯（T2B）为工作气体，利用低压等离子体增强化学气相沉积法制备了α-C∶H薄膜。利用傅里叶变换红外光谱仪和X射线光电子能谱对薄膜化学键和电子结构进行分析，并结合高斯分峰拟合分析了薄膜中sp³/sp²杂化键比值和sp³C杂化键分数。结果表明：薄膜中氢含量较高,主要以sp³C—H形式存在;工作气压越高,制备的薄膜中C=C键含量越少，薄膜中sp³/sp²杂化键比值和sp³C杂化键分数增加，薄膜稳定性提高。应用UV-VIS光谱仪，获得了波长在400~1 000 nm范围内薄膜的光吸收特性，结果显示: α-C∶H薄膜透过率可达98%。光学常数公式计算得到工作压强为4~14 Pa时光学带隙在2.66~2.76之间，并均随着工作气压的升高而增大。结果表明，随工作气压的升高，薄膜内sp³键减小，从而促使透过率、光学带隙增大。     

用分光光度法研究非晶硅薄膜的光学性质

提出了一种测量薄膜透射光谱的方法.该方法用自制的夹具改进了分光光度计,保证了在测量大小不同的样品时参考光的强度和入射到待测样品上光的强度相同.利用改进后的分光光度计测量了沉积在玻璃衬底上非晶硅薄膜的透射光谱,并对透射光谱进行了拟合和计算,确定出非晶硅薄膜的光学常量和厚度.     

Properties of a-Si:N:H films beneficial for silicon solar cells applications

Amorphous silicon-nitride thin films a-Si:N:H were obtained by plasma enhanced chemical vapour deposition (PECVD) method from SiH₄+NH₃ at 13.56 MHz. The process parameters were chosen to obtain the films of properties suitable for optoelectronic and mechanical applications. FTIR analysis of a-Si:N:H films indicated the presence of numerous hydrogen bonds (Si-H and N-H) which passivate structural defects in multicrystalline silicon and react with impurities. The morpho-logical investigations show that the films are homogeneous. The deposition of a-Si:N:H layers leads to the decrease in friction coefficient of used substrates. Optical properties were optimised to obtain the films of low effective reflectivity, large energy gap E_g from 2.4 to 2.9 eV and refractive index in the range of 1.9 to 2.2. Reduction of friction coefficient for monocrystalline silicon after covering with a-Si:N:H films was observed: from 0.25 to 0.18 for 500 cycles.     

a-Si ∶H/SiO2多量子阱材料制备及其光学性能和微结构研究

利用等离子体增强化学气相沉积技术制备了a-Si ∶H/SiO₂多量子阱结构材料.对a-Si ∶H/SiO₂多量子阱样品分别进行了3种不同的热处理,其中样品经1100 ℃高温退火可获得尺寸可控的nc-Si:H/SiO₂量子点超晶格结构,其尺寸与非晶硅子层厚度相当.比较了a-Si ∶H/SiO₂多量子阱材料与相同制备工艺条件下a-Si ∶H材料的吸收系数,在紫外/可见短波段前者的吸收系数明显增大,光学吸收边蓝移,说明该材料 关键词： 多量子阱 量子限制效应 光学吸收 能带结构     

Microstructure of hydrogenated silicon thin films prepared from silane diluted with hydrogen

We report results obtained from FTIR and TEM measurements carried out on silicon thin films deposited by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) from silane diluted with hydrogen. The hydrogen content, the microstructure factor, the mass density and the volume per Si-H vibrating dipoles were determined as a function of the hydrogen dilution. Hydrogen dilution of silane results in an inhomogeneous growth during which the material evolves from amorphous hydrogenated silicon (a-Si:H) to microcrystalline hydrogenated silicon (μc-Si:H). With increasing dilution the transition from amorphous to microcrystalline phase appears faster and the average mass density of the films decreases. The μc-Si:H films are mixed-phase void-rich materials with changing triphasic volume fractions of crystalline and amorphous phases and voids. Different bonding configurations of vibrating Si-H dipoles were observed in the a-Si:H and μc-Si:H. The bonding of hydrogen to silicon in the void- and vacancy-dominated mechanisms of network formation is discussed.     

Interface states study of intrinsic amorphous silicon for crystalline silicon surface passivation in HIT solar cell

Intrinsic hydrogenated amorphous silicon(a-Si:H) film is deposited on n-type crystalline silicon(c-Si) wafer by hotwire chemical vapor deposition(HWCVD) to analyze the amorphous/crystalline heterointerface passivation properties.The minority carrier lifetime of symmetric heterostructure is measured by using Sinton Consulting WCT-120 lifetime tester system,and a simple method of determining the interface state density(D_(it)) from lifetime measurement is proposed.The interface state density(D_(it)) measurement is also performed by using deep-level transient spectroscopy(DLTS) to prove the validity of the simple method.The microstructures and hydrogen bonding configurations of a-Si:H films with different hydrogen dilutions are investigated by using spectroscopic ellipsometry(SE) and Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR) respectively.Lower values of interface state density(D_(it)) are obtained by using a-Si:H film with more uniform,compact microstructures and fewer bulk defects on crystalline silicon deposited by HWCVD.