Ge覆盖层诱导晶化多晶Si薄膜的晶化特性研究

采用电子束蒸发技术在衬底温度为180℃条件下生长具有Ge覆盖层的非晶Si薄膜,并于500℃、600℃、700℃真空退火5h.采用Raman散射、X射线衍射(XRD)、全自动数字式显微镜等对所制备薄膜的晶化特性进行研究.结果表明,Ge覆盖层具有诱导非晶Si薄膜晶化的作用,且随着退火温度的升高a-Si薄膜晶化越显著.具有Ge覆盖层非晶薄膜经500℃退火5h沿Si(400)方向开始晶化,对应晶粒尺寸约为4.9 nm.将退火温度升高到700℃时,非晶硅薄膜几乎全部晶化,晶化多晶Si薄膜在Si(400)方向表现出很强的择优取向特性,晶粒尺寸高达23.3μm.与相同条件下制备的无Ge覆盖层的非晶Si薄膜相比,晶化温度降低了300℃.     

激光退火实现非晶Si晶化的成核势垒研究

采用脉冲激光烧蚀技术,在真空条件下沉积了一系列非晶Si薄膜,并对薄膜样品进行不同能量密度的激光退火处理.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、Raman散射仪(Raman)等手段对退火后的薄膜进行形貌、晶态成分表征,确定了非晶Si薄膜晶化的激光能量密度阈值(85 mJ/cm2).结合激光晶化机理进行定量计算.结果显示:形成一个18 nm的Si晶粒所需要的能量,即成核势垒大小约为1.4×10-9 mJ.     

HWCVD低温制备超薄硼掺杂纳米晶硅薄膜

采用热丝化学气相沉积(HWCVD)技术在低温条件下(100℃)制备超薄(～30 nm)的硼掺杂硅薄膜.系统研究了氢稀释比例RH对薄膜的微结构和电学性能的影响.当RH由55增加至115,薄膜的有序度增加,晶化率升高,载流子浓度增加,暗电导率增加;同时,薄膜的缺陷密度增加、霍尔迁移率降低.实验证实,当RH=55～70时,超薄硅薄膜开始晶化,这是薄膜由非晶到纳米晶的转化区.快速热退火工艺进一步提高了薄膜导电率.在RH=115、衬底温度为100℃沉积条件下,经过420℃、80 s退火,获得电导率为6.88 S/cm的超薄硼掺杂纳米晶硅薄膜.     

常规退火与光退火固相晶化的对比

为研究传统炉子退火与光退火固相晶化的不同特点,用石英玻璃作衬底,在室温、350℃和450℃下用PECVD法直接沉积非晶硅(a-Si:H)薄膜,把沉积的样品分别在850℃下用传统炉子退火3h、用光快速热处理(RTP)5min,然后用Raman、XRD和SEM分析对比,发现传统炉子退火后的晶粒分布不均匀,光退火后的晶粒分布均匀.XRD分析发现两种方法晶粒尺寸均为30nm左右.     

脉冲退火法制备多晶硅薄膜的研究

用射频等离子体化学气相沉积(RF-PECVD)法在普通玻璃衬底上低温制备了μc-Si:H薄膜.采用快速光热退火炉(RTP),分别用低温(＜650℃)和中温(＜750℃)脉冲法(PRTP)对薄膜进行了退火处理.用拉曼光谱和扫描电子显微镜(SEM)研究了不同条件下退火薄膜散射谱的特征和表面形貌.结果显示,脉冲退火法晶化的薄膜,晶化率达到了53;,部分颗粒团簇的尺寸已达到200nm左右.用声子限域理论和表面尺寸效应对薄膜频谱的"红移"和"蓝移"现象进行了分析.     

单晶硅外延生长晶化硅薄膜的研究

采用P型单晶硅片为衬底,并经混合酸溶液腐蚀抛光、清洗后,利用射频磁控溅射镀膜系统在其表面制备非晶硅薄膜;再结合快速光热退火工艺,于N2气氛下480℃退火30 min,得到晶化硅薄膜;利用光学金相显微镜、XRD衍射仪和拉曼散射光谱(Raman)仪对单晶硅衬底和晶化硅薄膜进行结构和性能表征.研究了混合酸溶液对单晶硅表面腐蚀效果、籽晶诱导外延生长晶化硅薄膜的物相结构和薄膜带隙.结果表明:采用混合酸溶液腐蚀后得到表面平整、光滑的单晶硅衬底;非晶硅薄膜经过快速退火后受籽晶诱导生成晶化硅薄膜,其晶相沿单晶硅衬底取向择优生长;随着非晶硅薄膜厚度从80 nm增加到280 nm,晶化后硅薄膜的表面粗糙度逐渐减小,晶化率从90.0;逐渐降低到37.0;;晶粒尺寸从6.65 nm逐渐减小到1.71 nm;带隙从1.18 eV逐渐升高到1.52 eV.     

多晶Si薄膜表面金催化Si纳米线生长

以Au膜作为催化剂和大晶粒多晶Si薄膜为衬底,利用固-液-固生长机制,制备出直径在30～ 100 nm和长度为几百微米的高密度Si纳米线.实验研究了退火温度、生长时间和N2流量对Si纳米线生长的影响.结果表明,随着退火温度的升高,生长时间的延长和N2流量的增加,Si纳米线的长度和密度都显著增加.对不同生长时间下获得的Si纳米线样品进行了X射线衍射测量,结果显示随着生长时间的延长,多晶Si薄膜和表面的Au膜成分都在减少.光致发光谱则显示出弱的蓝光发射和强的红光发射特性,前者应是由非晶SiOx壳层中的氧空位发光中心引起,后者则应归因于Si纳米线芯部与非晶SiOx壳层之间界面区域附近中的Si =O双键态或非桥键氧缺陷中心.     

磁控溅射PbSe薄膜厚度对其结构及光学特性的影响

本文利用射频磁控溅射法在200℃的玻璃衬底上沉积了纳米晶PbSe薄膜,薄膜厚度分别为200 nm、250 nm、500 nm及600 nm.利用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)及紫外-可见分光光度计,分别研究了不同厚度PbSe薄膜的晶体结构、表面形貌和光学特性.结果表明:随膜厚增大,PbSe (200)晶面的择优取向显著增强,薄膜的结晶质量逐渐提高.此外,随薄膜厚度增加吸收边发生红移.膜厚为200nm、250 nm时,薄膜的禁带宽度为1.89 eV和1.60 eV;膜厚较大(500 nm及600 nm)时,带隙宽度减小至1.41 eV和1.34 eV,与太阳的光谱辐射更加匹配.因此,我们认为厚度较大的PbSe薄膜更适于用做太阳能电池的吸收层.     

非晶硅薄膜的快速热退火机理研究

采用RTA方法对PECVD沉积的a-S i:H薄膜进行固相晶化是近年来发展起来的一种制备多晶硅薄膜的新方法。通过研究不同退火工艺条件对薄膜结构的影响,来揭示快速热退火机理。研究表明短波长光(≤730nm)的量子效应在晶化过程中可能起着至关重要的作用。     

ZnO/SnO2复合透明导电膜性能的研究

采用直流磁控溅射工艺在SnO:透明导电玻璃上沉积一层ZnO膜,制备出ZnO/SnO2复合透明导电膜,作为硅薄膜太阳电池前电极.比较了具有不同ZnO厚度的复合膜氢轰击前后的光电性能,发现适当控制ZnO膜的厚度至关重要.研究了快速热退火(RTA)对薄膜的结构及光电性能的影响,发现400℃退火能够改善薄膜的光学性能.