微晶硅锗薄膜作为近红外光吸收层在硅基薄膜太阳电池中的应用

采用射频等离子体增强化学气相沉积技术,制备了具有一定晶化率不同Ge含量的氢化微晶硅锗(μcSi1-xGex:H)薄膜.通过Ⅹ射线荧光谱、拉曼光谱、X射线衍射谱、傅里叶红外谱、吸收系数谱和电导率的测试,表征了μc-Si_(1-x)Ge_x:H的材料微结构随Ge含量的演变.研究表明:提高Ge含量可以增强μc-Si_(1-x)Ge_x:H薄膜的吸收系数.将其应用到硅基薄膜太阳电池的本征层中可以有效提高电池的短路电流密度(J_(sc)).特别是在电池厚度较薄或陷光不充分的情况下,长波响应的提高会更为显著.应用ZnO衬底后,在Ge含量分别为9%和27%时,μc-Si_(1-x)Ge_x:H太阳电池的转换效率均超过了7%.最后,将μc-Si_(1-x)Ge_x:H太阳电池应用在双结叠层太阳电池的底电池中,发现μc-Si_(0.73)Ge_(0.27):H底电池在厚度为800 nm时即可得到比1700 nm厚微晶硅(μc-Si:H)底电池更高的长波响应.以上结果体现μc-Si_(1-x)Ge_x:H太阳电池作为高效近红外光吸收层,在硅基薄膜太阳电池中应用的前景.     

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     

利用x射线小角散射技术研究微晶硅薄膜的微结构

采用x射线小角散射（SAXS）技术研究了由射频等离子体增强化学气相沉积（rf-PECVD）、 热丝化学气相沉积(HWCVD)和等离子体助热丝化学气相沉积(PE-HWCVD)技术制备的微晶硅（ μc-Si:H）薄膜的微结构.实验发现，在相同晶态比的情况下，PECVD沉积的μc-Si:H薄膜微 空洞体积比小，结构较致密，HWCVD沉积的μ-Si:H薄膜微空洞体积比大，结构较为疏松，PE -HWCVD沉积的μc-Si:H薄膜，由于等离子体的敲打作用，与HWCVD样品相比，微结构得到明 显改善.采用HWCVD二步法和PE-HWCVD加适量Ar离子分别沉积μc-Si:H薄膜，实验表明，微结 构参数得到了进一步改善.45°倾角的SAXS测量显示，不同方法制备的μc-Si:H薄膜中微空 洞分布都呈各向异性.红外光谱测量也证实了SAXS的结果. 关键词： 微晶硅薄膜 微结构 微空洞 x射线小角散射     

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.     

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 SiH 4 to H 2 (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 μc-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.     

低速p/i界面缓冲层对高速沉积微晶硅太阳电池性能的影响

在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)技术高速沉积微晶硅(μc-Si：H)太阳电池过程中，产生的高能离子对薄膜表面的轰击作用会降低薄膜质量和破坏p型掺杂层(p层)与本征层(i层)之间的界面特性.针对该问题提出在电池中引入低速沉积的p/i界面层的方法，即在p层上先低速沉积一薄层本征μc-Si：H薄膜，然后再高速沉积本征μc-Si：H薄膜.实验结果表明，引入低速方法沉积的界面层有效地提高了p/i界面特性和i层微结构的纵向均匀性，而随界面层厚度的增加，i层中的缺陷态先降低后增加， 关键词： μc-Si：H太阳电池 甚高频等离子体增强化学气相沉积 p/i界面层     

光谱分析、光谱测量

O433.1 2004010074 射频辉光放电硅烷等离子体的光发射谱研究=Optical emission spectroscopy invesugation on the RF-generated SiH_4plasma[刊,中]/杨恢东(南开大学光电所,天津(300071)),吴春亚…∥光电子·激光.—2003,14(4)—375-379 通过对RF-PECVD技术沉积氢化非晶/微晶硅(a-Si:H/μc-Si:H)薄膜沉积过程中硅烷(SiH_4)等离子体的光发射谱(OES)原位测量,系统地研究了不同的等离子体工艺     

螺旋波等离子体增强化学气相沉积氮化硅薄膜

利用螺旋波等离子体增强化学气相沉积(HWP-CVD)技术，以SiH4和N2为反应气体进行了氮化硅(SiN)薄膜沉积，并研究了实验参量对薄膜特性的影响.利用傅里叶变换红外光谱、紫外—可见光谱和椭偏光检测等技术对薄膜的结构、厚度和折射率等参量进行了测量.结果表明，采用HWP-CVD技术能在低衬底温度条件下以较高的沉积速率制备低H含量的SiN薄膜，所沉积的薄膜主要表现为Si—N键合结构.采用较低的反应气体压强将提高薄膜沉积速率，并使薄膜的致密性增加.适当提高N2/SiH4比例有利于薄膜中H含量的降低. 关键词： 螺旋波等离子体 化学气相沉积 氮化硅薄膜     

太阳电池用本征微晶硅材料的制备及其结构研究

采用VHF-PECVD技术制备了系列不同硅烷浓度和反应气压的微晶硅薄膜.运用拉曼散射光谱和 x射线衍射对制备的材料进行了结构分析.在实验研究的范围内，制备材料的晶化程度随硅烷 浓度的增加而降低.XRD的测试结果表明：制备的微晶硅材料均体现了(220)方向择优.应用在 电池的有源层中，制备出了效率达7.1%的单结微晶硅太阳电池，电池的结构是glass/ZnO/p( μc-Si:H)/i(μc-Si:H)/n(a-Si:H/Al)，没有ZnO背反射电极，有源层的厚度仅为1.2μm. 关键词： 本征微晶硅薄膜 拉曼光谱 x射线衍射     

硅锗量子阱结构在硅异质结太阳电池中应用的数值模拟

利用半导体工艺和器件仿真软件silvaco TCAD(Technology Computer Aided Design),模拟研究了采用硅/硅锗合金(silicon/silicon germanium alloy,Si/Si_(1-x)Ge_x)量子阱结构作为吸收层的薄膜晶体硅异质结太阳电池各项性能.模拟结果显示,长波波段光学吸收随锗含量的增加而增加,而开路电压则因Si_(1-x)Ge_x)层带隙的降低而下降.锗含量为0.25时,短路电流密度的增加补偿了开路电压的衰减,效率提升0.2%.氢化非晶硅/晶体硅(a-Si:H/c-Si)界面空穴密度以及Si_(1-x)Ge_x)量子阱的体空穴载流子浓度制约着空穴费米能级的位置,进而影响到开路电压的大小.随着锗含量增加,a-Si:H/c-Si界面缺陷对开压的影响降低,Si_(1-x)Ge_x)量子阱的体缺陷对开压的影响则相应增加.高效率含Si_(1-x)Ge_x)量子阱结构的硅异质结太阳电池的制备需要a-Si:H/c-Si界面缺陷的良好钝化以及高质量Si_(1-x)Ge_x)量子阱的生长.     

具有poly-Si$lt;sub$gt;1-$lt;i$gt;x$lt;/i$gt;$lt;/sub$gt;Ge$lt;sub$gt;$lt;i$gt;x$lt;/i$gt;$lt;/sub$gt;栅的应变SiGep型金属氧化物半导体场效应晶体管阈值电压漂移模型研究

针对具有poly-Si_1-xGe_x栅的应变SiGe p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET), 研究了其垂直电势与电场分布, 建立了考虑栅耗尽的poly-Si_1-xGe_x栅情况下该器件的等效栅氧化层厚度模型, 并利用该模型分析了poly-Si_1-xGe_x栅及应变SiGe层中Ge组分对等效氧化层厚度的影响. 研究了应变SiGe PMOSFET热载流子产生的机理及其对器件性能的影响, 以及引起应变SiGe PMOSFET阈值电压漂移的机理, 并建立了该器件阈值电压漂移模型, 揭示了器件阈值电压漂移随电应力施加时间、栅极电压、poly-Si_1-xGe_x栅及应变SiGe层中Ge组分的变化关系. 并在此基础上进行了实验验证, 在电应力施加10000 s时, 阈值电压漂移0.032 V, 与模拟结果基本一致, 为应变SiGe PMOSFET及相关电路的设计与制造提供了重要的理论与实践基础. 关键词： 应变SiGep型金属氧化物半导体场效应晶体管 1-xGe_x栅')" href="#">poly-Si_1-xGe_x栅 热载流子 阈值电压     

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     

Mechanical anisotropy and electronic properties of X2N2 (XH2 ): first-principles calculations*

The mechanical anisotropy, structural properties, electronic band structures and thermal properties of C₂ N₂ (CH₂ ), Si₂ N₂ (SiH₂ ) and Ge₂ N₂ (GeH₂ ) are detailed and investigated in this work. The novel silicon nitride phase Si₂ N₂ (SiH₂ ) and germanium nitride phase Ge₂ N₂ (GeH₂ ) in the Cmc 2₁ structure are proposed in this work. The novel proposed Si₂ N₂ (SiH₂ ) and Ge₂ N₂ (GeH₂ ) are both mechanically and dynamically stable. The electronic band calculation of the HSE06 hybrid functional shows that C₂ N₂ (CH₂ ), Si₂ N₂ (SiH₂ ) and Ge₂ N₂ (GeH₂ ) are all wide band gap semiconductor materials, and C₂ N₂ (CH₂ ) and Si₂ N₂ (SiH₂ ) are direct band gap semiconductor materials, while Ge₂ N₂ (GeH₂ ) is a quasi-direct band gap semiconductor material, the band gap of C₂ N₂ (CH₂ ), Si₂ N₂ (SiH₂ ) and Ge₂ N₂ (GeH₂ ) are 5.634 eV, 3.013 eV, and 2.377 eV, respectively. The three-dimensional and plane distributions of Young’s modulus, shear modulus and Poisson’s ratio of C₂ N₂ (CH₂ ), Si₂ N₂ (SiH₂ ) and Ge₂ N₂ (GeH₂ ) show that these materials have different degrees of mechanical anisotropy. The order of Young’s modulus of Si₂ N₂ (SiH₂ ) and Ge₂ N₂ (GeH₂ ) in different directions is different from that of C₂ N₂ (CH₂ ). When the tensile axis is in a particular direction, the order of the Young’s modulus of Si₂ N₂ (SiH₂ ): E _[110] <E _[120] <E _[111] <E _[101] <E _[010] =E _[100] <E _[011] <E _[001], and the order of the Young’s modulus of Ge₂ N₂ (GeH₂ ): E _[110] <E _[111] <E _[101] <E _[120] <E _[100] <E _[010] <E _[011] <E _[001] .     

Time-resolved photoluminescence study of the red emission in nanoporous SiGe alloys

Porous Si_1−xGe_x (PSiGe) layers with efficient room temperature visible photoluminescence (PL) were elaborated by anodical etching from p-type doped epitaxial layers with Ge contents from 5 to 30%. The luminescence is characterised by a broad PL band centred at 1.8 eV. Time resolved photoluminescence decay is studied in porous silicon germanium as a function of germanium content, temperature, emission energies and surface passivation. The PL decay line shape is well described by a stretched exponential in all cases. The effective lifetime at low temperature in as prepared porous Si_1−xGe_x is 400 μs, i.e. an order of magnitude less than in porous silicon. After the formation of a 20 Å thick oxide surface layer we observe a decrease of the effective lifetime to 20 μs at T=4 K.     

Structural changes in a-Si:H during annealing

Annealing experiments on undoped glow-discharge a-Si:H films deposited both from undiluted SiH₄ and from a SiH₄/H₂ mixture, show that annealing after deposition is a more effective way to improve the structure than an increase in deposition temperature, at least in cases when considerable numbers of (SiH₂)_n polymers are created during deposition.     

Extended phase diagram of La1-xCaxMnO3 by interfacial engineering

The interfacial enhanced ferromagnetism in maganite/ruthenate system is regarded as a promising path to broaden the potential of oxide-based electronic device applications. Here, we systematically studied the physical properties of LaLa_1-xCa_xMnO₃/SrRuO₃ superlattices and compared them with the LaLa_1-xCa_xMnO₃ thin films and bulk compounds. The LaLa_1-xCa_xMnO₃/SrRuO₃ superlattices exhibit significant enhancement of Curie temperature (T_C) beyond the corresponding thin films and bulks. Based on these results, we constructed an extended phase diagram of LaLa_1-xCa_xMnO₃ under interfacial engineering. We considered the interfacial charge transfer and structural proximity effects as the origin of the interface-induced high T_C. The structural characterizations revealed a pronounced increase of B-O-B bond angle, which could be the main driving force for the high T_C in the superlattices. Our work inspires a deeper understanding of the collective effects of interfacial charge transfer and structural proximity on the physical properties of oxide heterostructures.     

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     

Ge掺杂对InI导电性能影响的第一性原理研究

采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,在相同环境条件下对不同浓度Ge掺杂的In I导电性能进行了研究.建立了由不同浓度的Ge原子替代In原子的In1-x Ge x I(x=0,0.125,0.25)模型.对低温下高掺杂Ge原子的In1-x Ge x I半导体的优化参数、总态密度、能带结构进行了计算.结果表明:Ge的掺入使In1-x Ge x I材料的体积减小,总能量升高,稳定性降低;Ge原子浓度越大,进入导带的相对电子数量越多,In1-x Ge x I电子迁移率减小,电阻率增大,同时最小光学带隙也增大,有利于改善体系的核探测性能.     

Synthesis and properties of La1-xSrxNiO3 and La1-xSrxNiO2

Superconductivity has been realized in films of La_1-xSr_xNiO₂. Here we report synthesis and characterization of polycrystalline samples of La_1-xSr_xNiO₃ and La_1-xSr_xNiO₂ (0 ≤ x ≤ 0.2). Magnetization and resistivity measurements reveal that La_1-xSr_xNiO₃ are paramagnetic metal and La_1-xSr_xNiO₂ exhibit an insulating behavior. Superconductivity is not detected in bulk samples of La_1-xSr_xNiO₂. The absence of superconductivity in bulk La_1-xSr_xNiO₂ may be due to the generation of hydroxide during reduction, a small amount of nickel impurity, or incomplete reduction of apical oxygen. The effect of interface in films of La_1-xSr_xNiO₂ may also play a role for superconductivity.