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.     

Cu掺杂硅量子点的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理的方法,对Cu掺杂H钝化硅量子点的形成能、态密度、磁性和光学性质进行了计算,考虑了Cu占据硅量子点替代和间隙的不同位置.结果表明:Cu趋向占据硅量子点表面的六角形间隙位置.Cu掺杂硅量子点引入了杂质能级,带隙变窄.由于Cu的d态p态和Si的p态耦合,导致Cu替代掺杂硅量子点具有铁磁性,且在低能区出现了一个较强的吸收峰.     

不同能量密度下脉冲激光烧蚀制备纳米Si晶粒成核生长动力学研究

在室温、10 Pa氩气环境下,采用脉冲激光烧蚀(PLA)技术,通过改变激光能量密度,在烧蚀点正下方、与烧蚀羽辉轴线平行放置的衬底上沉积制备了一系列纳米Si晶薄膜.采用SEM、Raman散射谱和XRD对纳米Si晶薄膜进行了表征.结果表明:沉积在衬底上的纳米Si晶粒分布在距靶一定的范围内,晶粒尺寸随与靶面距离的增加先增大后减小;随着激光能量密度的增加,晶粒在衬底上的沉积范围双向展宽,但沉积所得最大晶粒尺寸基本保持不变,只是沉积位置随激光能量密度的增加相应后移.结合流体力学模型、成核分区模型和热动力学方程,通过模拟激光烧蚀靶材的动力学过程,对纳米Si晶粒的成核生长动力学过程进行了研究.     

混合环境气体配比对纳米硅晶粒角度分布的影响

为了研究混合环境气体配比对脉冲激光烧蚀制备纳米硅(Si)晶粒角度分布的影响,采用XeCl准分子激光器,烧蚀高阻抗单晶Si靶,改变混合环境气体配比(He/Ar =41、1∶10、1∶1、1∶4、1∶2),在半圆环衬底上成功制备了一系列纳米Si晶薄膜.使用扫描电子显微镜(SEM)图像、X射线衍射谱(XRD)和拉曼光谱(Raman)对其进行表征分析.结果表明,在五种配比下,纳米Si晶粒的平均尺寸均随着偏离羽辉轴向夹角的增大而减小;各个角度处,纳米Si晶粒的平均尺寸均随着混合环境气体平均原子质量的增加而呈现先减小后增大的趋势.从传输动力学角度,对结果进行了定性分析.     

激光烧蚀硅靶下荷电粒子和纳米晶粒的电流响应研究

采用波长为308 nm的XeCl脉冲准分子激光器,在5～50 Pa的Ar气压下烧蚀高阻抗单晶硅(Si)靶.在烧蚀点正前方、距靶1.5 cm处放置一个中心开孔直径为2 mm的挡板,挡板后面上下对称放置两个极板,然后串联一个标准电阻接地,电阻大小为10 Ω,利用高分辨数字存储示波器记录并测量回路中产生的瞬间电流来研究荷电粒子和纳米晶粒的电流响应.实验结果表明烧蚀产物中的正离子在气压为5 Pa时到达极板上数量最多.纳米Si晶粒带正电并且随着气压的增加纳米Si晶粒下落到极板的数量呈现先增大后减小趋势,在气压为8 Pa时达到最大值,这与扫描电子显微镜的测量结果基本一致.所得结果为进一步研究烧蚀粒子在环境气体中的输运动力学过程提供了依据.