氢流量对富硅-氮化硅薄膜键结构及光学性质的影响

采用等离子体增强化学气相沉积法,以SiH4、NH3和H2为反应气体,通过改变氢流量来制备富硅-氮化硅薄膜.利用傅里叶变换红外吸收光谱、紫外-可见光透射光谱、X射线衍射谱和光致发光谱对薄膜的结构与性质进行表征.实验发现,适当地增加H2流量,可以提高反应过程中H离子与Si、N悬挂键的键合几率,从而起到钝化薄膜悬键的作用.当H2流量从10 sccm变化到20 sccm时,H主要起到钝化薄膜悬挂键作用,因而缺陷态减少,缺陷态发光减弱,薄膜的光学带隙缓慢展宽.继续增加H2流量,薄膜中的氮原子持续增加,伴随着缺陷态再次增多,辐射加强,并导致光学带隙迅速展宽.当H2流量达到30 sccm时,薄膜中的氮化硅晶粒增大,数目增多,缺陷态发光消失,出现了氮化硅中由非晶硅量子点团簇引起的发光现象,说明薄膜中出现了非晶硅量子点团簇.因此,适量的增加氢流量能够对薄膜起到钝化的作用,并实现从富硅-氮化硅向Si3N4相转变的过程中形成氮化硅基质包埋的非晶硅量子点团簇结构.     

Influence of ignition condition on the growth of silicon thin films using plasma enhanced chemical vapour deposition

The influences of the plasma ignition condition in plasma enhanced chemical vapour deposition (PECVD) on the interfaces and the microstructures of hydrogenated microcrystalline Si (μc-Si:H) thin films are investigated. The plasma ignition condition is modified by varying the ratio of SiH₄ to H₂ (R_H). For plasma ignited with a constant gas ratio, the time-resolved optical emission spectroscopy presents a low value of the emission intensity ratio of Hα to SiH^* (I_Hα/I_SiH^*) at the initial stage, which leads to a thick amorphous incubation layer. For the ignition condition with a profiling R_H, the higher I_Hα/I_SiH^* values are realized. By optimizing the R_H modulation, a uniform crystallinity along the growth direction and a denser μ c-Si:H film can be obtained. However, an excessively high I_Hα/I_SiH^* may damage the interface properties, which is indicated by capacitance-voltage (C-V) measurements. Well controlling the ignition condition is critically important for the applications of Si thin films.     

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.     

热丝化学气相沉积技术低温制备多晶硅薄膜的结构与光电特性

以金属W和Ta为热丝，采用热丝化学气相沉积 ，在250℃玻璃衬底上沉积多晶硅薄膜.研究了热丝温度、沉积气压、热丝与衬底间距等沉积参数对硅薄膜结构和光电特性的影响，在优化条件下获得晶态比X_c＞90%，暗电导率σ_d=10^-7—10-6Ω ^-1cm^-1，激活能E_a=0.5eV，光能隙E_opt≤1.3 eV的多晶硅薄膜. 关键词： 多晶硅薄膜 热丝化学气相沉积 光电特性     

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.     

氮流量在高氢氛围中对富硅氮化硅薄膜材料结构及其发光特性的影响

采用等离子体增强化学气相沉积技术,以N₂掺入到SiH₄和H₂的沉积方式,分别在玻璃和N型单晶硅片(100)衬底上制备富硅氮化硅薄膜。通过紫外-可见光吸收光谱、傅里叶变换红外吸收光谱(FTIR光谱)、拉曼光谱和光致发光谱(PL谱)分别表征掺氮硅薄膜材料的带隙、结构及其发光特性的变化。结果表明：在氢气的氛围中,随着氮气流量的增加,氢原子能够对薄膜缺陷起到抑制作用,并使较低的SiH₄/N₂流量比下呈现富硅态,但却不利于硅团簇的形成。随着氮原子的掺入,Si—N键的含量增大,带隙增大,薄膜内微结构的无序度也增大,薄膜出现了硅与氮缺陷相关的缺陷态发光;随着氮原子进一步增加,出现了带尾态发光,进一步讨论了发光与结构之间的关联。这些结果有助于采用PECVD制备富硅氮化硅对材料发光与结构特性的优化。     

Fabrication of c-Si：H（p）/c-Si（n） Heterojunction Solar Cells with Microcrystalline Emitters

The p-type microcrystalline silicon （μc-Si：H） on n-type crystalline silicon （c-Si） heterojunction solar cells is fabricated by radio-frequency plasma enhanced chemical vapour deposition （rf-PECVD）. The effect of the μc- Si：Hp-layers on the performance of the heterojunction solar cells is investigated. Optimum μc-Si：H p-layer is obtained with hydrogen dil u tion ratio of 99.65 %, rf-power of 0. 08 W/cm^2 , gas phase doping ratio of 0. 125 %, and the p-layer thickness of 15nm. We fabricate μc-Si：H（p）/c-Si（n） heterojunction solar cells without texturing and obtained an efficiency of 13.4%. The comparisons of the solar-cell performances using different surface passivation techniques are discussed.     

低温制备微晶硅薄膜生长机制的研究

采用热丝化学气相沉积技术制备了一系列处于不同生长阶段的薄膜样品，用原子力显微镜系 统地研究生长在单晶硅衬底和玻璃衬底上薄膜表面形貌的演化.按照分形理论分析得到：在 玻璃衬底上的硅薄膜以零扩散随机生长模式生长；而在单晶硅衬底上，薄膜早期以有限扩散 生长模式生长，当膜厚超过某一临界厚度时转变为零扩散随机生长模式.岛面密度与膜厚的 依赖关系表明，在临界厚度时硅衬底和玻璃衬底上的岛面密度均出现了极大值.Raman谱的测 量证实，玻璃衬底上薄膜临界厚度与非晶/微晶相变之间存在密切的关系.不同的衬底材料直 接影响反应 关键词： 生长机制 微晶硅薄膜 表面形貌 热丝化学气相沉积     

外电场作用下纤锌矿氮化物抛物量子阱中极化子能级

The energy levels of a polaron in a wurtzite nitride finite parabolic quantum well (PQW)are studied by a modified Lee-Low-Pines variational method. The ground state of the polaron, the transition energy from first exited state to the ground state and the 关键词： 氮化物抛物量子阱 电子-声子相互作用 极化子     

热丝化学气相沉积微晶硅薄膜结构及性质研究

采用热丝化学气相沉积(HWCVD)技术,以钨丝作为热丝,在不同热丝温度和氢稀释度下,分别在玻璃和单晶硅片衬底上沉积微晶硅(μc-Si∶H)薄膜材料.对所制备的微晶硅薄膜材料使用XRD、傅里叶变换红外吸收光谱、透射谱等进行结构与性能的表征分析.结果表明,随着热丝温度升高,氢稀释度变大,薄膜呈现明显的(220)择优生长取向,晶粒尺寸逐渐增大,光学吸收边出现红移,光学带隙逐渐变小.通过优化沉积参数,在热丝温度为1577℃、氢稀释浓度为95.2;、衬底温度为350℃,沉积速率为0.6 nm/s和沉积气压8 Pa条件下,制备的微晶硅薄膜呈现出了(220)方向的高度择优生长取向,平均晶粒尺寸为146 nm,光学带隙约为1.5 eV,光电导率σ.为3.2×10-6Ω-1·cm-1,暗电导率σrd为8.6×10-7 Ω-1·cm-1,表明制备的材料是优质微晶硅薄膜材料.