硅薄膜沉积过程中等离子发光基团的一维空间分布研究

使用光发射谱(OES)对甚高频等离子增强化学气相沉积(VHF-PECVD)技术沉积硅薄膜时的等离子体发光基团的空间分布进行了在线监测和研究. 研究表明：等离子体的不同发光基团都存在着一个中间强度较大的区域和两边电极附近的暗区;增大硅烷浓度和提高辉光功率都会增大SiH^*峰强度;硼烷的加入,使得SiH^*和Hα^*峰强度增大,但硼烷流量变化的影响很小;硼烷流量增大,材料的晶化率下降,而I_{［Hα^*］关键词： 甚高频等离子增强化学气相沉积 等离子体 发光基团 空间分布}     

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     

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.     

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     

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     

包含硅量子点的富硅SiNx 薄膜结构与发光特性

采用等离子体增强化学气相沉积法, 以NH₃与SiH₄为反应气体, n型单晶硅为衬底, 低温(220 ℃)沉积了富硅氮化硅(SiN_x)薄膜. 在N₂氛围中, 于500–1100 ℃ 范围内对样品进行了热退火处理. 采用Raman 光谱技术分析了薄膜内硅量子点的结晶情况, 结果表明, 当退火温度低于950 ℃时, 样品的晶化率低于18%, 而当退火温度升为1100 ℃, 晶化率增加至53%, 说明大部分硅量子点都由非晶态转变为晶态. 实验通过Fourier 变换红外吸收(FTIR)光谱检测了样品中各键的键合结构演变, 发现Si–N键和Si–H键随退火温度升高向高波数方向移动, 说明了薄膜内近化学计量比的氮化硅逐渐形成. 实验还通过光致发光(PL)光谱分析了各样品的发光特性, 发现各样品中均有5个发光峰, 讨论了它们的发光来源, 结合Raman光谱与FTIR光谱表明波长位于500–560 nm的绿光来源于硅量子点, 其他峰则来源于薄膜内的缺陷态. 研究了硅量子点的分布和尺寸对发光带移动的影响, 并根据PL峰位计算了硅量子点的尺寸, 其大小为1.6–3 nm, 具有良好的限域效应. 这些结果有助于制备尺寸不同的硅量子点和基于硅量子点光电器件的实现. 关键词： 硅量子点 氮化硅薄膜 光致发光 Fourier 变换红外吸收     

硅掺杂辉光放电聚合物薄膜的热稳定性研究

采用等离子体辉光放电聚合技术,在不同四甲基硅烷(TMS)流量条件下制备了硅掺杂辉光放电聚合物(Si-GDP)薄膜,采用傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱和热重(TG)分析技术分析了不同TMS流量对Si-GDP薄膜结构与热稳定性的影响.结果表明:随着TMS流量在0–0.06 cm³/min范围变化,Si-GDP薄膜中Si的原子含量C_Si为0–16.62%;含Si红外吸收峰的相对强度随TMS流量的增加而明显增大;Si-GDP薄膜的TG分析显示,温度在300 ℃时,随TMS流量的增加,Si-GDP薄膜的失重减少,热稳定性增强. 关键词： 硅掺杂辉光放电聚合物薄膜 X射线光电子能谱 热稳定性     

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     

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     

PECVD纳米晶粒硅薄膜的可见电致发光

在用等离子体增强化学汽相淀积的嵌有纳米晶粒硅薄膜中观测到电致发光．发光谱处在500—800nm之间，它有两个分别位于630—680nm和730nm附近的峰，两个峰的强度与薄膜的电导率有密切关系．根据这种材料的结构特性对载流子的传导通道进行了讨论，并且对发光机制进行了初步解释 关键词：     

PECVD分层结构对提高氢化非晶硅TFT迁移率的影响

为了进一步提高氢化非晶硅薄膜晶体管 (a-Si:H TFT) 的场效应电子迁移率, 研究了批量生产条件下对欧姆接触层和栅极绝缘层进行多层 制备, 不同的工艺参数对a-Si:H TFT场效应电子迁移率的影响. 研究表明随着对欧姆接触层 (n⁺层) 分层数的增加, 以及低速生长的栅极绝缘层 (GL层) 和高速生长的栅极绝缘层 (GH 层) 厚度比值提高, a-Si:H TFT的场效应迁移率得到提升. 当n⁺层分层数达到 3层, GL层和GH层厚度比值为4:11 时, 器件的场效应电子迁移率达到0.66 cm²/V·s, 比传统工艺提高了约一倍, 显著改善了a-Si:H TFT 的电学特性, 并在量产线上得到了验证. 关键词： 非晶硅薄膜晶体管 电子迁移率 欧姆接触层 栅极绝缘层     

Effect of PECVD SiN_x/SiO_yN_x–Si interface property on surface passivation of silicon wafer

It is studied in this paper that the electrical characteristics of the interface between Si O_y N_x/Si N_x stack and silicon wafer affect silicon surface passivation. The effects of precursor flow ratio and deposition temperature of the Si O_y N_x layer on interface parameters, such as interface state density Ditand fixed charge Qf, and the surface passivation quality of silicon are observed. Capacitance–voltage measurements reveal that inserting a thin Si O_y N_x layer between the Si N_x and the silicon wafer can suppress Qfin the film and Ditat the interface. The positive Qfand Ditand a high surface recombination velocity in stacks are observed to increase with the introduced oxygen and minimal hydrogen in the Si O_y N_x film increasing. Prepared by deposition at a low temperature and a low ratio of N_2O/Si H_4 flow rate, the Si O_y N_x/Si N_x stacks result in a low effective surface recombination velocity(Seff) of 6 cm/s on a p-type 1 ?·cm~(–5) ?·cm FZ silicon wafer.The positive relationship between Seffand Ditsuggests that the saturation of the interface defect is the main passivation mechanism although the field-effect passivation provided by the fixed charges also make a contribution to it.     

Langmuir̽�뷨��Ϸ�����׷������������ѹ���������

采用Langmuir探针法结合发射光谱法对螺旋波诱导的低压氢等离子体进行诊断,根据Druyvesteyn 方法和日冕模型分析电子能量几率函数(EEPF)、有效电子温度(Teff)、电子密度(ne)及激发态氢原子密度(nH*)随实验参数的变化规律.结果表明:随射频功率(Prf)、气压(p)和约束磁场(B)的增大,EEPF峰位由高能向低能移动,Teff 下降;当Prf从25W增大至35W左右时,ne发生跳跃增长,而nH*始终随Prf增大线性增长;随p增大,ne和nH*都呈现先增加后减小的变化规律;随B增强,ne线性增长,而nH*先增大后减小.     

线性微波化学气相沉积制备SiNx薄膜的微结构及光学性能研究

利用自主研发的线性微波化学气相沉积系统在不同微波功率、微波占空比、基片温度、特气比例条件下制备了SiN_x薄膜. 通过扫描电子显微镜、椭圆偏振仪等表征测量技术, 研究了不同工艺参数对SiN_x薄膜表面形貌、元素配比、折射率、沉积速度的影响, 并探讨了薄膜元素配比、折射率、沉积速度间的关系. 结果表明: 利用线性微波沉积技术, 不同工艺参数下制备的SiN_x薄膜组成元素分布均匀, 同时具有平整的表面状态; 特气比例和微波占空比是影响薄膜折射率的最主要因素, 薄膜折射率在1.92–2.33之间连续可调; 微波功率、微波占空比、沉积温度、特气比例都对SiN_x 薄膜沉积速度影响较大, 制备的SiN_x薄膜最大沉积速度为135 nm·min^-1.     

Ultrafast structural dynamics using time-resolved x-ray diffraction driven by relativistic laser pulses

Based on a femtosecond laser plasma-induced hard x-ray source with a high laser pulse energy( 100 mJ) at 10 Hz repetition rate,we present a time-resolved x-ray diffraction system on an ultrafast time scale.The laser intensity is at relativistic regime(2 × 10~(19) W/cm~2),which is essential for effectively generating K_α source in high-Z metal material.The produced copper K_α radiation yield reaches to 2.5 × 10~8 photons/sr/shot.The multilayer mirrors are optimized for monochromatizating and two-dimensional beam shaping of K_α emission.Our experiment exhibits its ability of monitoring the transient structural changes in a thin film SrCoO_(2.5) crystal.It is demonstrated that this facility is a powerful tool to perform dynamic studies on samples and adaptable to the specific needs for different particular applications with high flexibility.     

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.     

The ΔNγ electromagnetic transition form factors GM(q) and GE(q)

A parameter-free, nonperturbative calculation of the ΔNγ electromagnetic transition amplitudes GM*(q2), GE*(q2), and the resonant multipole ratio REM(q2)≡E1+3/2(q2)/M1+3/2(q2) is performed in terms of the well-known nucleon isovector Sachs form factor GMV. Our methods are fully relativistic with conservation of the electromagnetic current guaranteed. We find that GM*(q2) decreases more rapidly than the nucleon dipole form factor when −q21 GeV2/c2 and that REM(q2) remains small even for very high four-momentum transfer implying that the perturbative QCD prediction REM(q2)→1 is purely asymptotic and is valid only for extremely high |q2|.     

过渡区p型氢化硅氧薄膜结构和光电特性的研究

采用射频等离子体增强化学气相沉积技术,利用二氧化碳(CO_2)、氢气(H_2)、硅烷(SiH_4)和乙硼烷(B_2H_6)作为气源,制备出一系列p型氢化硅氧薄膜.利用拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱和暗电导测试,研究了不同二氧化碳流量对薄膜材料结构和光电特性的影响,获得了从纳米晶相向非晶相转变的过渡区P层.研究表明:随着二氧化碳流量从0增加到1.2 cm~3·min~(-1),拉曼光谱的峰值位置从520 cm~(-1)逐渐移至480 cm~(-1).材料红外光谱表明,随着二氧化碳流量的增加,薄膜中的氧含量逐渐增加,氢键配置逐渐由硅单氢键转换为硅双氢键.P层SiO:H薄膜电导率从3S/cm降为8.3×10~(-6)S/cm.所有p型SiO:H薄膜的光学带隙(Eopt)都在1.82—2.13 eV之间变化.在不加背反射电极的条件下,利用从纳米晶相向非晶相转变的过渡区P层作为电池的窗口层,且在P层和I层之间插入一定厚度的缓冲层,制备出效率为8.27%的非晶硅薄膜电池.     

The room temperature oxidation of porous silicon

The room temperature oxidation of porous silicon was studied using isothermal methods. The oxidation was found to depend on the type of the porous silicon. The microcalorimetric signals from the oxidation of the p⁺- and n-type porous silicon in dry air were different. In humid air the signals from the oxidation could not be distinguished from the strong signal due to adsorption of water vapour, but when the samples were placed in water similar differences were observed. The reason for differences in reactions is discussed. The oxidation in different liquids was also studied. The signal from reactions in methanol and ethanol were found to be 100 times higher than in water. In FTIR studies the reaction gas produced by reactions between alcohols and the porous silicon, silane (SiH₄) was found in the gas. Traces of SiOCH₃ and SiOC₂H₅ groups were also found in FTIR spectra indicating Si---O---C_xH_y passivation of the surface.