a—Si：O：H薄膜微结构及其高温退火行为研究

以微区Raman散射、X射线光电子能谱和红外吸收对等离子体增强化学气相沉积（PECVD）法制备的氢化非晶硅氧（a-Si:O:H)薄膜微结构及其退火行为进行了细致研究。结果表明a-Si:O:H薄膜具有明显的相分离结构,富Si相镶嵌于富O相之中,其中富Si相为非氢化四面体结构形式的非晶硅（a-Si),富O相为Si,O,H三种原子随机键合形成的SiOx:H(x≈1.35)。经1150℃高温退火,薄膜中的H全部释出;SiOx:H(x≈1.35)介质在析出部分Si原子的同时发生结构相变,形成稳定的SiO2和SiOx(x≈0.64);在析出的Si原子参与下,薄膜中a-Si颗粒固相晶化的成核和生长过程得以进行,形成纳米晶硅（nc-Si),研究发现此时的薄膜具有典型的壳层结构,在nc-Si颗粒表面和外围SiO2介质之间存在着纳米厚度的SiOx(x≈0.64)中间相。     

a-C∶H(N)薄膜结构的X射线光电子能谱分析

采用直流-射频等离子增强化学汽相沉积技术制备a-C∶H(N)薄膜，用X射线光电子能谱研究了混合气体中N₂含量对薄膜成分与结构的影响.a-C∶H(N)薄膜中含氮量可达9.09%.对a-C∶H(N)薄膜的C1s和N1s结合能谱的分析表明a-C∶H(N)薄膜的结构是由C₃N₄相镶嵌在sp²键结合的CN_x基体中组成.其中C₃N₄相中N和C原子比接近4∶3，不随薄     

反应溅射a-SiCxNy∶H薄膜特性

利用射频反应溅射技术在室温下制备了氢化非晶硅碳氮薄膜(a-SiC_xN_y∶H),通过红外透射谱(IR),光吸收谱［α(λ)］,电子自旋共振谱(ESR)和电导率(σ)等测试手段,研究了薄膜的结构和光电特性.在固定甲烷流量γ_CH4=3%,氢气流量γ_H2=12%的情况下,改变氮气流量γ_N2=(0—14)%,综合研究了暗电导率σ_d<     

非晶硅薄膜晶体管沟道中阈值电压及温度的分布

基于氢化非晶硅薄膜晶体管(a-Si:H TFT)沟道中陷阱态的双指数分布, 区分了带尾陷阱态和深能级陷阱态的特征温度.利用源端、漏端串联电阻及沟道电阻, 将源端和漏端特征长度与有源层接触长度、SiO₂/氢化非晶硅 (a-Si:H)界面陷阱态及a-Si:H薄膜内陷阱态联系起来. 由串联电阻上电流密度相等解出沟道势. 通过泊松方程和高斯定理 得出a-Si:H TFT沟道各点的阈值电压表达式, 结果表明 沟道中某一点的阈值电压随着该点与源端距离的增大而减小. 在此基础上, 研究了自加热效应引起沟道各点温度的变化, 结果显示a-Si:H TFT在自加热效应下, 从源端到漏端各点温度变化先增大后减小, 沟道中心的温度变化最大.     

X射线驻波方法研究半导体超薄异质外延层

利用双晶单色器和精密二圆衍射仪,在北京同步辐射装置建立了同步辐射X射线驻波实验技术,并用这一实验技术结合X射线衍射方法,研究了Si晶体中外延生长的超薄Ge原子层的微结构.实验结果表明,由于Ge原子的偏析,在Si晶体样品中形成了共格生长的Ge_xSi_1－x合金层,浓度平均值为x≈0.13;650℃退火会使Ge原子向表面扩散,Si晶体中的合金层消失,在晶体表面形成接近纯Ge的单原子层.     

甚高频等离子体增强化学气相沉积法沉积μc-Si∶H薄膜中氧污染的初步研究

对不同的本底真空条件下,采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术沉积的氢化微晶硅（μc_Si∶H）薄膜中的氧污染问题进行了比较研究.对不同氧污染条件下制备的薄膜样品的x射线光电子能谱与傅里叶变换红外吸收光谱测量结果表明：μc_Si∶H薄膜中,氧以Si—O，O—O和O—H三种不同的键合模式存在,不同的键合模式源自不同的物理机理.μc_Si∶H薄膜的Raman光谱、电导率与激活能的测量结果进一步显示：沉积过程中氧污染程度的不同,对μc_Si∶H薄膜的结构特性与电学特性产生显著影响；而不同氧污染对μc_Si∶H薄膜电学特性的影响不同于氢化非晶硅（a_Si:H）薄膜. 关键词： 氢化微晶硅薄膜 甚高频等离子体增强化学气相沉积 氧污染     

SiO2/Si衬底上石墨烯的制备与结构表征

在分子束外延(MBE)设备中,利用直接沉积C原子的方法在覆盖有SiO₂的Si衬底(SiO₂/Si)上生长石墨烯,并通过Raman光谱和近边X射线吸收精细结构谱等实验技术对不同衬底温度(500℃,600℃,700℃,900℃,1100℃,1200℃)生长的薄膜进行结构表征.实验结果表明,在衬底温度较低时生长的薄膜是无定形碳,在衬底温度高于700℃时薄膜具有石墨烯的特征,而且石墨烯的结晶质量随着衬底温度的升高而改善,但过高的衬底温度会使石墨烯质量降低.衬底温度为1100℃时结晶质量最好.衬底温度较低时C原子活性较低,难以形成有序的C-sp²六方环.而衬底温度过高时(1200℃),衬底表面部分SiO₂分解,C原子与表面的Si原子或者O原子结合而阻止石墨烯的形成,并产生表面缺陷导致石墨烯结晶变差.     

Mn掺杂对Nd-Fe-B纳米复合永磁合金结构的影响

利用XRD和XAFS技术研究了淬火速度为20m/s的退火和未退火Nd₉Fe_85－xB₆Mn_x(x=0.5,1.0)样品的长程序结构和局域结构.结果表明:初始制备样品,微量Mn原子的掺杂有利于纳米复合Nd-Fe-B磁性材料中Nd₂Fe₁₄B硬磁相和α-Fe软磁相的结晶度增加,而随着Mn掺杂量的增加,Fe原子周围配位有序度升高;退火后,掺杂微量的Mn元素并没有进一步提高Nd₉Fe_85－xB₆Mn_x样品的结晶度,也没有生成新的物相.本文提出,在快淬制备过程中,微量的Mn原子进入纳米复合Nd-Fe-B磁性材料的磁体主相形成亚稳相;退火处理后,Mn原子退出初始的磁体主相而进入颗粒的晶界.     

退火处理对掺铒氢化非晶硅悬挂键密度和光致荧光的影响

采用磁控溅射技术制备了铒掺杂的氢化非晶硅(a-Si∶H(Er))样品.进一步通过200—500℃温度递增的后退火处理，获得了不同的Si悬挂键(Si-DBs)密度，并在此基础上研究了Si-DBs密度改变对其Er光荧光(Er-PL)的影响.退火温度低于350℃时，Er-PL强度持续增加，但Si-DBs密度的变化显得较复杂；350℃以上时，Er-PL强度随Si-DBs密度的增加而减小.在200—250℃的退火温度范围内，Si-DBs是由于结构弛豫而减少；在250—500℃的退火温度范围内，可能由于Si—H键的断 关键词： 氢化非晶硅 铒掺杂 Si悬挂键 光荧光     

a-SiC_x:H/nc-Si:H多层薄膜的室温时间分辨光致可见发光

在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统中,通过控制进入反应室的气体种类逐层沉积非晶SiCx∶H(a SiCx∶H)和非晶Si∶H(a Si∶H)薄膜,然后经过高温热退火处理,成功制备了晶化纳米a SiCx∶H/nc Si∶H(多晶SiC和纳米Si)多层薄膜。利用截面透射电子显微镜技术分析了a SiCx∶H/nc Si∶H多层薄膜的结构特性。通过对晶化样品的时间分辨光致发光谱的研究,结果表明:随着退火温度的升高,发光峰位置开始出现一些红移现象;当退火温度为900℃时,样品的发光强度和发光衰减时间分别达到最大值和最小值;随着退火温度的继续升高,发光峰位置又开始出现蓝移现象。由此探讨纳米a SiCx∶H/nc Si∶H多层薄膜的发光特性和发光机理。     

VOxH2O (x= 1——-5)团簇的结构及稳定性研究

用密度泛函理论(DFT),在B3LYP/DZP水平上对H₂O分子与VO_x形成的团簇VO_xH₂O (x= 1---5)进行结构优化、能量和频率的计算,研究了团簇的稳定结构、稳定性和频率特性.结果表明VO_xH₂O (x= 1---5) 团簇的基态构型的电子态均为²A, 对称性均属C₁对称点群,其中x= 1, 4, 5时基态构型中水分子已被解离.水分子倾向于吸附在团簇VO_x上, 形成VO_xH₂O (x= 1---5)团簇. VO_xH₂O (x= 1---5)团簇中, VO_xH₂O (x= 1,4,5) 的化学活性小于VO_xH₂O (x= 2, 3)的化学活性.此外, H₂O体系与VO_x之间的结合强弱顺序为 VO₄H₂O > VO₅H₂O > VOH₂O > VO₃H₂O > VO₂H₂O. VOH₂O中离解出H原子的能量为2.88 eV和从VO₅H₂O中离解出OH基团的能量为2.38 eV, 均在可见光能量范围内,这两个化学过程有可能在可见光催化条件下进行.可以通过团簇的红外和拉曼谱特征, 初步判断水分子在VO_xH₂O团簇中是否离解.     

GeSn合金的晶格常数对Vegard定律的偏离

在Si (001)衬底上, 以高质量的弛豫Ge薄膜作为缓冲层, 先后生长Sn组分x分别为2.5%, 5.2%和7.8%的完全应变的三层Ge_1-xSn_x合金薄膜. 在Si (001)衬底上直接生长了x分别为0.005, 0.016, 0.044, 0.070和0.155的五个弛豫Ge_1-xSn_x样品. 通过卢瑟福背散射谱、高分辨X射线衍射和X射线倒易空间图等方法测量了Ge_1-xSn_x合金的组分 与晶格常数. 实验得到的晶格常数相对Vegard定律具有较大的正偏离, 弯曲系数b=0.211 Å.     

后退火增强氢化非晶硅钝化效果的研究

在本征氢化非晶硅(a-Si:H(i))/晶体硅(c-Si)/a-Si:H(i)异质结构上溅射ITO时, 发现后退火可大幅增加ITO/a-Si:H(i)/c-Si/a-Si:H(i)的少子寿命(从1.7 ms到4 ms). 这一增强效应可能的三个原因是: ITO/a-Si:H(i)界面场效应作用、退火形成的表面反应层影响以及退火对a-Si:H(i)材料本身的优化, 但本文研究结果表明少子寿命增强效应与ITO和表面反应层无关; 对不同沉积温度制备的a-Si:H(i)/c-Si/a-Si:H(i)异质结后退火的研究表明: 较低的沉积温度(<175 ℃)后退火增强效应显著, 而较高的沉积温度(>200 ℃)后退火增强效应不明显, 可以确定“低温长高温后退火”是获得高质量钝化效果的一种有效方式; 采用傅里叶红外吸收谱(FTIR)研究不同沉积温度退火前后a-Si:H(i)材料本身的化学键构造, 发现退火后异质结少子寿命大幅提升是由于a-Si:H(i)材料本身的结构优化造成的, 其深层次的本质是通过材料的生长温度和退火温度的优化匹配来控制包括H含量、H键合情况以及Si原子无序性程度等微观因素主导作用的一种竞争性平衡, 对这一平衡点的最佳控制是少子寿命大幅提升的本质原因.     

a-Si:H薄膜的表面光电压谱和光电化学特性研究

采用表面光电压谱和光电化学方法，对不同掺杂类型的氢化非晶硅(s-Si:H)薄膜的光伏响应和光电化学特性进行了研究，测定了a-Si:h薄膜的能带结构，为a-Si:H薄膜在太阳能电池上的应用提供了有用的基础数据和简单光伏测量方法。     

离子辐照对单晶Si中预注入B原子扩散的影响

室温下使用MeV能量级Si,F和O离子对5keV B离子预注入后的n-型单晶Si(100)进行了辐照,应用二次离子质谱仪测试分析了掺杂物B原子的分布剖面及其变化.结果表明,高剂量Si,F和O离子的附加辐照可以抑制热激活退火中B原子发生的瞬间增强扩散.在相同的辐照条件下,Si近表面区域中SiO₂层的存在更有助于限制B原子的瞬间增强扩散.结合卢瑟福沟道背散射分析和DICADA程序计算对实验结果进行了讨论.     

退火对Ge诱导晶化多晶Si薄膜结晶特性的影响

本文采用磁控溅射法, 衬底温度500 ℃下在硅衬底上分别制备具有Ge填埋层的a-Si/Ge 薄膜和a-Si薄膜, 并进行后续退火, 采用Raman光谱、X射线衍射、原子力显微镜及场发射扫描电镜等对所制薄膜样品进行结构表征. 结果表明, Ge有诱导非晶硅晶化的作用, 并得出以下重要结论: 衬底温度为500 ℃时生长的a-Si/Ge薄膜, 经600 ℃退火5 h Ge诱导非晶硅薄膜的晶化率为44%, 在相同的退火时间下退火温度提高到700 ℃, 晶化率达54%. 相同条件下, 无Ge填埋层的a-Si薄膜经800 ℃退火5 h薄膜实现晶化, 晶化率为46%. 通过Ge填埋层诱导晶化可使在相同的条件下生长的非晶硅晶薄膜的晶化温度降低约200 ℃. Ge诱导晶化多晶Si薄膜在Si(200)方向具有高度择优取向, 且在此方向对应的晶粒尺寸约为76 nm. 通过Ge诱导晶化制备多晶Si薄膜有望成为制备高质量多晶Si薄膜的一条有效途径.     

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.     

溶胶-凝胶法Er2O3薄膜的结构和光学特性

针对稀土Er掺杂Si光源中Er离子掺杂浓度低的问题,采用溶胶-凝胶（Sol-gel）法在Si(100)和SiO2/Si(100)基片上旋涂法制备Er₂O₃光学薄膜,Er离子浓度与以前掺杂方法相比提高了2个数量级.900 ℃热处理获得单一立方结构的Er₂O₃薄膜材料.光致发光（PL）特性研究表明在654 nm波长的激光泵浦下,Er₂O₃薄膜材料获得了1.535 μm的发光峰,并具有较小的温度猝灭1/5.在SiO₂/Si(100)基体上制备的Er2O3薄膜材料的光致发光强度比Si(100)基体上制备的薄膜提高2-3倍.研究结果表明具有强光致发光特性的Er₂O₃薄膜是一种有前景的硅基光源和放大器材料.     

KrF准分子激光退火氢化非晶碳化硅薄膜的晶化研究

介绍了利用KrF准分子脉冲激光对氢化非晶碳化硅(a-SiC∶H)薄膜进行激光退火以实现薄膜的结晶化。利用等离子增强化学气相沉积(PECVD)在单晶Si(100)衬底上制备a-SiC∶H薄膜, 再用不同能量密度的激光对薄膜样品进行退火。分析表明, 选用合适能量密度的激光退火能够实现a-SiC∶H薄膜的结晶化, 且结晶颗粒大小随着入射激光能量密度的增加而增大; 显微图表明当入射能量密度超过200 mJ/cm2时, 薄膜表面出现由热弹性波引起的表面波纹现象, a-SiC∶H薄膜结晶过程为液相结晶; 傅里叶红外谱(FTIR)表明随着入射能量密度增加, 薄膜中氢含量降低, Si-C峰增强并且峰位出现蓝移, 薄膜的结晶度提高。     

异质结太阳电池中非晶钝化层的分光椭偏分析

采用分光椭偏(SE)测试技术研究晶体硅(c-Si)异质结太阳电池用氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜钝化层的性能。采用有效媒介理论为基础进行分层多相拟合,研究了a-Si:H/c-Si界面层内部的缺陷散射周期(St)、a-Si:H体内孔隙率以及薄膜介电函数峰值随基底温度的变化规律。通过与傅里叶红外转换光谱计算得到的微结构数据对比,发现界面层的St与薄膜内部Si H和Si H2含量相关。依据高分辨率透射电镜(TEM)下呈现的形貌特征、有效少子寿命和异质结的implied开路电压等参数的辅助证明,确定SE技术作为一种有效的光学表征手段,能准确快速地判断a-Si:H对c-Si表面的钝化性能,继而定量给出适合晶体硅异质结太阳电池高质量a-Si:H钝化层生长的最优参数。