衬底温度对氧化锌薄膜微结构及光学性能的影响

衬底温度是磁控溅射法制备氧化锌薄膜中一个非常重要的工艺指标,探索衬底温度对氧化锌薄膜微结构及光学性能的影响对制备环保型高质量氧化锌紫外屏蔽材料具有重要意义。以质量分数99.99%的氧化锌陶瓷靶为溅射源,利用射频磁控溅射技术在石英衬底上沉积了氧化锌紫外屏蔽薄膜,通过X射线衍射仪、薄膜测厚仪、紫外-可见分光光度计、荧光分光光度计进行测试和表征,研究了不同衬底温度对ZnO薄膜微结构及光学性能的影响。实验结果表明:制备所得薄膜均为六角纤锌矿结构,具有沿(002)晶面择优取向生长的特点,其晶格常数、晶粒尺寸、透过率、光学能隙、可见荧光、结晶质量等都与衬底温度密切相关,当衬底温度为250 ℃,溅射功率160 W,氩气压强0.5 Pa,氩气流速8.3 mL/min,沉积时间60 min时,所得氧化锌薄膜样品取向性最好,晶粒尺寸最大,薄膜结构致密,具有良好的光学性能和结晶质量。     

PECVD低温制备微晶硅薄膜的研究

实验采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法在玻璃衬底上制备了微晶硅薄膜.研究了氢稀释比、衬底温度、射频功率等因素对薄膜晶化的影响,得出在一定范围内随着衬底温度的升高、射频功率和氢稀释比的增大,薄膜的晶化率得到提高;但进一步提高沉积温度、射频功率反而会使薄膜晶化效果变差,并对晶化硅薄膜低温生长的机理进行了初步的探讨.     

热丝辅助MW ECR CVD技术高速沉积高质量氢化非晶硅薄膜

氢化非晶硅薄膜具有优异的光电特性,在制备薄膜太阳能电池中有重要的应用.本文采用热丝辅助MWECR CVD技术,通过调整各种工艺参数,制备了高沉积速率(DR＞2.5nm/s)及高光敏性(σph/σD＞105)的氢化非晶硅薄膜.实验表明,在衬底表面温度的分布中,热丝辐射和离子轰击引起的温度对薄膜的光敏性影响较大;在薄膜沉积的最后几分钟适当加大H2稀释率,有利于薄膜光电特性的改善.     

热丝法低温制备多晶硅薄膜微结构的研究

采用热丝化学气相沉积法(HFCVD)在普通玻璃衬底上低温沉积多晶硅薄膜。利用XRD、拉曼光谱和原子力显微镜(AFM)研究了灯丝与衬底间距(5~10mm),灯丝温度(1800~1400℃)和衬底温度(320~205℃)对薄膜晶体取向、晶化率、晶粒尺寸以及形貌的影响规律。结果表明,随着热丝与衬底间距增加,多晶硅薄膜的晶化率和晶粒尺寸明显减小;随热丝温度的降低,薄膜的晶化率都出现了大致相同的规律:先不断增大后突然大幅减小。     

磁控溅射沉积掺锡氧化铟透明导电薄膜的光电性能研究

采用直流磁控溅射技术在玻璃衬底上制备了掺锡氧化铟(ITO)透明导电薄膜,通过XRD、XPS、四探针仪和分光光度计等测试方法,研究了沉积速率对ITO薄膜微观结构和光电性能的影响.实验结果表明:ITO样品为具有(222)择优取向的立方锰铁矿结构,其晶体结构和光电性能明显受到沉积速率的影响.当沉积速率为4 nm/min时,所制备的ITO薄膜具有最大的晶粒尺寸(32.5 nm)、最低的电阻率(1.1×10-3Ω·cm)、最高的可见光区平均透过率(86.4;)和最大的优良指数(7.9×102 S·cm-1),其光电综合性能最佳.同时采用Tauc法则计算了ITO薄膜的光学能隙,结果显示沉积速率增大时,ITO薄膜的光学能隙单调减小.     

镓掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备及其性能研究

采用射频磁控溅射方法在玻璃基片上制备了镓掺杂氧化锌(Ga∶ ZnO)透明导电薄膜,通过XRD、XPS、四探针仪和分光光度计等表征技术,研究了衬底温度对Ga∶ ZnO薄膜结构、组分、光学和电学性质的影响.结果表明:所有样品均为具有(002)择优取向的高质量透明导电薄膜,其晶体结构和光电性能与衬底温度密切相关.当衬底温度为673 K时,所制备的Ga∶ ZnO薄膜具有最大的晶粒尺寸(72.6 nm)、最低的电阻率(1.3×10-3Ω·cm)、较高的可见∶ZnO薄膜的光学能隙,结果显示随着衬底温度的升高,薄膜的光学能隙单调增加.     

等离子体射频功率对微晶硅薄膜微结构及其特性影响

采用射频等离子增强化学气相沉积(RF-PECVD)技术在低温、高沉积压力的条件下制备微晶硅薄膜材料.在优化其它沉积参数的条件下,研究等离子功率密度对微晶硅薄膜材料微结构的影响.通过X射线衍射谱,拉曼光谱,红外吸收谱以及SEM来表征了微晶硅薄膜材料的微结构.结果显示:随着射频功率的增加,微晶硅薄膜的晶化率提高,晶粒尺度减小,薄膜呈小晶粒生长,薄膜中氢含量减少,微结构因子增加,薄膜生长表现出不均匀性.     

衬底温度对氢化微晶硅锗薄膜生长的影响

采用VHF-PECVD技术在玻璃衬底上沉积微晶硅锗薄膜.研究了衬底温度对微晶硅锗薄膜的微结构和光电特性的影响.结果表明:随着衬底温度的升高,微晶硅锗薄膜的生长速率减小,(220)晶向强度增强;而同一衬底温度下,锗浓度的增加将抑制薄膜(220)晶向的生长,通过相应地提高衬底温度可以解决这一问题.利用生长基团在薄膜生长表面的扩散理论对实验结果进行了解释.     

衬底温度对微晶硅薄膜微结构的影响

采用等离子体化学气相沉积(RF-PECVD)技术,在不同衬底温度Ts下沉积了氢化微晶硅(μc-Si:H)薄膜,并深入研究了衬底温度对微晶硅薄膜微结构的影响.研究结果表明随着衬底温度的升高,表征μc-Si:H 薄膜微结构的晶化率和平均晶粒尺寸均呈现了相似的变化规律,其临界温度点随着硅烷浓度的增加向高温方向移动.该实验结果可通过"表面扩散模型"得到合理解释.     

纯氮气反应溅射AlN薄膜及性质研究

在不同氮气浓度、不同溅射气压和衬底温度为20～370 ℃的条件下,分别在多种衬底上采用反应磁控溅射法沉积AlN薄膜.X射线衍射图谱表明:温度大于180 ℃时可在多种衬底上沉积出具有c轴择优取向的纤锌矿AlN薄膜.衬底温度和溅射时间的增加有利于薄膜结晶性的改善. 1.5 Pa的纯氮气气氛和Si(100)衬底是最佳择优生长条件.由紫外-可见光透射谱计算得到:在石英衬底上沉积的薄膜折射率为1.80～1.85,膜厚约为 1 μm、光学能隙为6.1 eV.原子力显微镜照片表明:在Si(100)衬底上制备的薄膜表面平滑,均方根粗糙度为2.2～13.2 nm.     

用于薄膜太阳能电池的非晶硅锗制备与性能研究

利用射频等离子体增强化学气相沉积工艺(RF-PECVD)制备非晶硅锗薄膜,研究氢稀释率和衬底温度对薄膜光电性能的影响.通过二者的优化制备出光学带隙1.5 eV、光敏性6×104的高质量非晶硅锗薄膜.在此基础上制备出效率为6.65;的非晶硅锗(a-SiGe∶H)单结太阳能电池.     

热丝CVD法在单晶硅衬底上低温外延生长Si和Ge薄膜的研究

采用热丝CVD法在单晶Si衬底上进行了Si和Ge 薄膜的低温外延生长,用XRD和Raman谱对其结构性能进行了分析.结果表明:在衬底温度200 ℃时,Si(111)单晶衬底上外延生长出了Raman峰位置为521.0 cm-1;X射线半峰宽(FWHM)为5.04 cm-1.结晶质量非常接近于体单晶的(111)取向的本征Si薄膜;在衬底温度为300 ℃时,在Si(100)单晶衬底上异质外延,得到了Raman峰位置为300.3 cm-1的Ge薄膜,Ge薄膜的晶体取向为Ge(220).研究表明热丝CVD是一种很好的低温外延薄膜的方法.     

PECVD沉积参数对非晶硅向微晶硅薄膜转化的影响

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统,以硅烷和氢气为反应气源,通过改变射频功率、硅烷浓度来制备氢化硅基薄膜材料.研究了沉积参数的变化对硅基薄膜材料微结构的影响.通过红外吸收谱、紫外可见光谱以及X射线衍射谱对样品材料进行表征.实验结果表明,随着射频功率的增加,薄膜中氢含量也相应地增大,而光学带隙表现出先增大后减小的规律.当硅烷浓度逐渐降低时,薄膜材料的光学带隙相应地降低,并从非晶硅薄膜逐渐向微晶硅薄膜材料转变,且薄膜材料在(111)方向的晶粒尺度达到了10.92 nm.实现了在高沉积压强、大射频功率、低硅烷浓度条件下可以有效优化改善硅基薄膜质量.     

多层初始晶硅薄膜的微观结构及光电导特性分析

采用等离子体增强化学气相沉积技术通过高氢和低氢稀释层交替生长制备出多层初始晶硅薄膜,利用Raman散射、红外吸收、紫外可见吸收及I-V测量等技术分析了薄膜的微观结构、能带特征和光电导特性.结果显示,不同氢稀释层交替生长导致薄膜由非晶硅向初始晶硅结构转变,随高氢稀释层厚度的增加,薄膜微观结构有序性提高,所对应薄膜光学带隙减小,而带尾分布展宽.I-V测量显示,薄膜微观结构有序性提高和光学带隙降低的共同作用导致薄膜光敏性呈现先减小后增加趋势,然而,在高氢稀释层厚度较大时,纳米晶硅边界载流子快速复合导致薄膜光敏性的显著减小.     

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.     

从P-a-SiC:H到P-μc-Si:H过程中材料特性的变化

采用RF-PECVD方法,在P-a-SiC:H薄膜沉积技术基础上,通过逐步减小碳、硼的掺杂浓度,增大氢稀释率,使材料从非晶态向微晶态转变,在获得本征微晶材料之后,再逐步增大硼掺杂浓度,得到P型微晶硅薄膜材料(暗电导率为5.22×10-3S/cm,光学带隙大于2.0eV).在这个过程中可以明显观察到碳、硼抑制材料晶化的作用.     

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.     

衬底温度对含硅量子点的SiCx薄膜结构及其光学特性的影响

采用磁控共溅射沉积法,以Si靶和SiC靶为靶材,单晶Si(100)和石英为衬底,在不同衬底温度下沉积了富硅SiCx薄膜.在氮气氛下于1100 ℃退火,得到包含硅量子点的SiCx薄膜.采用傅立叶变换红外吸收光谱、拉曼光谱、掠入射X射线衍射和吸收谱对退火后的SiCx薄膜进行了表征.结果表明:当衬底温度从室温(25℃)升至300℃时,薄膜的晶化率增至71.3;,硅量子点尺寸增至8.9 nm,而光学带隙则减至2.42 eV;随着衬底温度进一步升高,薄膜的晶化率降至63.1;,硅量子点尺寸减小至7.3 nm,而光学带隙却增加至2.57 eV;当衬底温度从室温(25℃)升至400℃时,薄膜的吸收系数呈先增大后减小趋势.在本实验条件下,最佳衬底温度为300℃.     

Nb掺杂ZnO透明导电薄膜的结构以及光电性能研究

采用直流磁控溅射法在玻璃衬底上制备了高质量的Nb掺杂ZnO( NZO)透明导电薄膜.为了研究薄膜厚度对薄膜性质的影响,制备了五个厚度分别为239 nm,355 nm,489 nm,575 nm和679 nm的样品.XRD结果表明,ZnO∶ Nb薄膜是具有六角纤锌矿结构的多晶薄膜,并且具有垂直于衬底的c轴择优取向.随着膜厚的增加,薄膜的结晶质量明显提高.当厚度从239 nm增加到489 nm时,平均晶粒尺寸从19.7 nm增加到24.7 nm,薄膜的电阻率持续减小;当厚度进一步增加时,晶粒尺寸略有减小,电阻率有所增加.本实验获得的最低电阻率为4.896×10-4Ω·cm.随膜厚的增加,光学带隙先增大后减小.所有薄膜在可见光区域的平均透过率均超过88.3;.     

热壁外延制备InAs/Si(211)薄膜及其电学性能研究

采用热壁外延(Hot Wall Epitaxy,HWE)沉积系统在单晶Si(211)衬底表面制备了InAs薄膜,研究了不同生长温度(300℃、350℃、400℃、450℃和500℃)对薄膜材料结构及其电学性能的影响.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、霍尔(Hall)测试等,对InAs/Si(211)薄膜的晶体结构、表面形貌及电学参数进行了测试分析.结果表明:采用HWE技术在Si(211)衬底表面成功制备了InAs薄膜,薄膜具有闪锌矿结构并沿(111)方向择优生长.随着生长温度从300℃升高到500℃,全峰半高宽(FWHM)先减小后增大,生长温度为400℃时薄膜的晶粒尺寸最大为73.4 nm,载流子浓度达到1022 cm-3,霍尔迁移率数值约为102 cm2/(V·s),说明优化生长温度能够降低InAs薄膜的缺陷复合,使薄膜结晶质量和电学性能得到提高.SEM及AFM的测试结果显示由于较高的晶格失配及Si衬底斜切面(211)的特殊取向,在Si(211)衬底上生长的InAs薄膜主要为三维层加岛状(S-K)生长模式,表面粗糙度(Ra)随温度的升高先减小后增大,400℃时薄膜的平均表面粗糙度Ra为48.37 nm.