氢化硅薄膜光吸收近似特性研究

利用等离子体化学气相沉积系统在直流电压源和射频源的双重激励下,以康宁7059玻璃为衬底制备了氢化硅薄膜．过测定氢化硅薄膜Raman光谱,对薄膜微结构进行了表征;建立氢化硅薄膜的光吸收模型,计算出薄膜的光吸收系数和光学带隙,和实验结果基本一致,说明该模型符合实验结果;并利用该模型计算的光吸收系数和光学带隙,结合AMPS软件对设计的太阳电池结构进行了模拟,给出的I-V特性曲线变化趋势与实验结果基本符合,同时对实验结果与模拟结果存在差异的原因进行了分析,并给出合理解释． 关键词： 氢化硅薄膜 光吸收系数 光吸收模型     

HW-MWECR-CVD法制备氢化微晶硅薄膜及其微结构研究

用热丝辅助微波电子回旋共振化学气相沉积方法制备出高晶化体积分数的氢化微晶硅(μc-Si:H)薄膜.拉曼散射和X射线衍射技术对样品的微观结构测量分析表明，当反应气体中SiH₄浓度在3.6%—50%之间大范围变化时，μc-Si:H薄膜均具有高的晶化体积分数.进一步的分析表明，在SiH₄浓度较大时制备的薄膜，其结构以非晶-微晶的过渡相为主.薄膜易于晶化或生长为过渡相的主要原因是微波电子回旋共振使SiH₄气体高度分解，等离子体高度电离. 关键词： 微波电子回旋共振化学气相沉积 氢化微晶硅薄膜 拉曼散射 X射线衍射     

纳米硅薄膜的光致发光特性

用等离子体增强化学汽相淀积法系统制备了发光纳米硅(nc-Si∶H)薄膜.讨论了晶粒尺寸和表面结构对光致发光(PL)谱的影响.用量子限制-发光中心模型解释了nc-Si∶H的PL.研究了PL谱的温度特性.温度从10K上升到250K，PL峰值红移了54meV，且PL强度衰减了两个数量级. 关键词：     

溅射工艺参数对硅薄膜微结构影响的Raman分析

为了解决碳化硅难以进行光学加工的问题,该文采用射频磁控溅射方法,在碳化硅反射镜坯体上沉积与碳化硅具有相近热膨胀系数且易于进行光学加工的硅薄膜。利用拉曼光谱(Raman)对衬底温度、射频功率、衬底偏压等溅射工艺条件对硅膜微结构的影响进行了分析。研究发现：随着衬底温度的升高,薄膜的晶化率先增大后减小;衬底偏压的增加不利于薄膜有序结构的形成;射频功率对薄膜微结构的影响比较复杂,随着功率的升高,薄膜晶粒尺寸减小,晶化率降低,当射频功率进一步升高时,薄膜中有序团簇尺寸和晶化率逐渐升高。但过高的射频功率反而不利于薄膜的晶化。     

氢化硅薄膜的晶化机理研究

采用PECVD工艺制备了非晶,微晶和多形硅薄膜,研究了电极间热梯度对氢化硅薄膜结构的影响.根据拉曼光谱得到了微晶硅的晶化率,并在椭偏仪中用BEMA模型验证了其准确性.根据理论模型研究了热梯度对微晶和多形硅薄膜沉积机理的影响.研究薄膜厚度对晶化率的影响表明微晶薄膜底端和表面之间存在晶化梯度,而多形硅薄膜中无晶化梯度存在.采用Tauc-Lorentz模型拟合得到薄膜的结构参数表明非晶硅薄膜的致密度和有序度低,而多形硅和微晶硅薄膜的有序度、致密度相近,且明显高于非晶硅. 关键词： 氢化硅 晶化 热梯度 结构     

镶嵌有纳米硅的氮化硅薄膜键合特性分析

采用螺旋波等离子体化学气相沉积(HWPCVD)技术制备了非化学计量比的氢化氮化硅薄膜,对所沉积样品及氮气环境中920 ℃退火样品的微观结构及键合特性进行了分析。Raman散射结果表明,薄膜中过量硅以非晶纳米粒子形式存在,退火样品呈现纳米晶硅和氮化硅的镶嵌结构。红外吸收和可见光吸收特性比较结果显示,薄膜样品的微观结构依赖于化学计量比以及退火过程,硅含量较低样品因高的键合氢含量而表现出低的纳米硅表面缺陷态密度;退火过程将引起Si—H和N—H键合密度的减少,因晶态纳米颗粒的形成,退火样品表现出更高的结构无序度。     

氢化纳米硅薄膜中氢的键合特征及其能带结构分析

对氢化纳米硅薄膜中氢的键合特征和薄膜能带结构之间的关系进行了研究.所用样品采用螺 旋波等离子体化学气相沉积技术制备，利用Raman散射、红外吸收和光学吸收技术对薄膜的 微观结构、氢的键合特征以及能带结构特性进行了分析.Raman结果显示不同衬底温度下所生 长薄膜的微观结构存在显著差异，从非晶硅到纳米晶硅转化的衬底温度阈值为200℃.薄膜中 氢的键合特征与薄膜的能带结构密切相关.氢化非晶硅薄膜具有较高的氢含量，因键合氢引 起的价带化学位移和低衬底温度决定的结构无序性，使薄膜呈现较大的光学带隙和带尾宽度 .升 关键词： 氢化纳米硅 螺旋波等离子体 能带结构     

多孔硅的微结构与发光特性研究

利用原子力显微镜（AFM）和光致荧光（PL）光谱对一系列直流腐蚀和脉冲腐蚀的多孔硅的微结构及发光特性进行了对比研究．表面和侧面的AFM结果表明，多孔硅表面呈“小山”状，有许多小的、突出的硅颗粒．在相同的腐蚀条件（等效）下，脉冲腐蚀的样品表面Si颗粒更加尖锐、突出，侧面的线状结构更明显，多孔硅层更厚．对应的PL谱，脉冲腐蚀的样品发光更强．量子限制效应的理论可以比较成功地解释这个结果 关键词：     

氢化非晶硅薄膜中氢含量及键合模式的红外分析

Fourier红外透射(FTIR)谱技术是研究氢化非晶硅（a-Si∶H）薄膜中氢的含量（CH）及硅—氢键合模式（Si-Hn）最有效的手段.对用等离子体化学气相沉积（PCVD）方法在不同的衬底温度（Ts）下制备出的氢化非晶硅薄膜，通过红外透射光谱的基线拟合、高斯拟合分析，得到了薄膜中的氢含量，硅氢键合模式及其组分，并分析了这些参量随衬底温度变化的规律.     

沉积温度对微晶硅薄膜结构特性的影响

采用PECVD技术，在玻璃衬底上沉积μc-Si:H薄膜. 用拉曼光谱、SEM和UV分光光度计对不同沉积温度下沉积的薄膜的结构特性进行分析. 研究发现：沉积温度较低时，随着沉积温度的升高，薄膜的晶化率增加；当沉积温度超过某一温度值时，随着温度的进一步升高，薄膜的晶化率降低. 这时，表面反应由表面扩散限制转变为流量控制. 该温度值随着硅烷含量的降低而降低. 关键词： 氢化微晶硅薄膜 拉曼散射谱 晶化率 UV分光光度计     

衬底温度和硼掺杂对p型氢化微晶硅薄膜结构和电学特性的影响

以B₂H₆为掺杂剂,采用射频等离子体增强化学气相沉积技术在玻璃衬底上制备p型氢化微晶硅薄膜.研究了衬底温度和硼烷掺杂比对薄膜的微结构和暗电导率的影响.结果表明：在较高的衬底温度下很低的硼烷掺杂比即可导致薄膜非晶化;在实验范围内,随着衬底温度升高薄膜的晶化率单调下降,暗电导率先缓慢增加然后迅速下降,变化趋势与硼烷掺杂比的影响极为相似.最后着重讨论了p型氢化微晶硅薄膜的生长机理. 关键词： p型氢化微晶硅薄膜 衬底温度 晶化率 电导率     

Nanoindentation of hydrogenated amorphous silicon

Nanoindentation was carried out on thin films of hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) prepared by plasma-enhanced chemical vapor deposition. The composite values of elastic (Young's) modulus, E _c, and hardness, H _c, of the film/substrate system were evaluated from the load–displacement curves using the Oliver–Pharr approach. The film-only parameters were obtained employing the extrapolation of the depth profiles of E _c and H _c. Scanning probe microscopy was employed to image the nanoindenter impressions and to estimate the effect of film roughness and material pile-up on the testing results. It was established that the elastic modulus of thin a-Si:H films is in the range 117–131 GPa, which is lower than for crystalline silicon. In contrast, the values of hardness are in the range 12.2–12.7 GPa, which is comparable to crystalline silicon and higher than for hydrogen-free amorphous silicon. It is suggested that the plastic deformation of a-Si:H proceeds through plastic flow and it is the presence of hydrogen in the amorphous matrix that leads to a higher hardness.     

利用x射线小角散射技术研究微晶硅薄膜的微结构

采用x射线小角散射（SAXS）技术研究了由射频等离子体增强化学气相沉积（rf-PECVD）、 热丝化学气相沉积(HWCVD)和等离子体助热丝化学气相沉积(PE-HWCVD)技术制备的微晶硅（ μc-Si:H）薄膜的微结构.实验发现，在相同晶态比的情况下，PECVD沉积的μc-Si:H薄膜微 空洞体积比小，结构较致密，HWCVD沉积的μ-Si:H薄膜微空洞体积比大，结构较为疏松，PE -HWCVD沉积的μc-Si:H薄膜，由于等离子体的敲打作用，与HWCVD样品相比，微结构得到明 显改善.采用HWCVD二步法和PE-HWCVD加适量Ar离子分别沉积μc-Si:H薄膜，实验表明，微结 构参数得到了进一步改善.45°倾角的SAXS测量显示，不同方法制备的μc-Si:H薄膜中微空 洞分布都呈各向异性.红外光谱测量也证实了SAXS的结果. 关键词： 微晶硅薄膜 微结构 微空洞 x射线小角散射     

太阳电池用本征微晶硅材料的制备及其结构研究

采用VHF-PECVD技术制备了系列不同硅烷浓度和反应气压的微晶硅薄膜.运用拉曼散射光谱和 x射线衍射对制备的材料进行了结构分析.在实验研究的范围内，制备材料的晶化程度随硅烷 浓度的增加而降低.XRD的测试结果表明：制备的微晶硅材料均体现了(220)方向择优.应用在 电池的有源层中，制备出了效率达7.1%的单结微晶硅太阳电池，电池的结构是glass/ZnO/p( μc-Si:H)/i(μc-Si:H)/n(a-Si:H/Al)，没有ZnO背反射电极，有源层的厚度仅为1.2μm. 关键词： 本征微晶硅薄膜 拉曼光谱 x射线衍射     

Nanomechanical characterization of amorphous hydrogenated carbon thin films

Amorphous hydrogenated carbon (a-C:H) thin films deposited on a silicon substrate under various mixtures of methane-hydrogen gas by electron cyclotron resonance microwave plasma chemical vapor deposition (ECR-MPCVD) was investigated. Microstructure, surface morphology and mechanical characterizations of the a-C:H films were analyzed using Raman spectroscopy, atomic force microscopy (AFM) and nanoindentation technique, respectively. The results indicated there was an increase of the hydrogen content, the ratio of the D-peak to the G-peak (I_D/I_G) increased but the surface roughness of the films was reduced. Both hardness and Young's modulus increased as the hydrogen content was increased. In addition, the contact stress-strain analysis is reported. The results confirmed that the mechanical properties of the amorphous hydrogenated carbon thin films improved using a higher H₂ content in the source gas.     

Research on the optimum hydrogenated silicon thin films for application in solar cells

Hydrogenated silicon (Si:H) thin films for application in solar cells were deposited by using very high frequency plasma enhanced chemical vapour deposition (VHF PECVD) at a substrate temperature of about 170℃. The electrical, structural, and optical properties of the films were investigated. The deposited films were then applied as i-layers for p-i-n single junction solar cells. The current--voltage (I-V) characteristics of the cells were measured before and after the light soaking. The results suggest that the films deposited near the transition region have an optimum properties for application in solar cells. The cell with an i-layer prepared near the transition region shows the best stable performance.     

氢化非晶硅薄膜晶体管的低频噪声特性

针对氢化非晶硅薄膜晶体管(hydrogenated amorphous silicon thin film transistor,a-Si:H TFT)的低频噪声特性展开实验研究.由测量结果可知,a-Si:H TFT的低频噪声特性遵循1/f~γ(f为频率,γ≈0.92)的变化规律,主要受迁移率随机涨落效应的影响.基于与迁移率涨落相关的载流子数随机涨落模型(?N-?μ模型),在考虑源漏接触电阻、局域态俘获及释放载流子效应等情况时,对器件低频噪声特性随沟道电流的变化进行分析与拟合.基于a-Si:H TFT的亚阈区电流-电压特性提取器件表面能带弯曲量与栅源电压之间的关系,通过沟道电流噪声功率谱密度提取a-Si:H TFT有源层内局域态密度及其分布.实验结果表明:局域态在禁带内随能量呈e指数变化,两种缺陷态在导带底密度分别约为6.31×10~(18)和1.26×10~(18)cm~(-3)·eV~(-1),特征温度分别约为192和290 K,这符合非晶硅层内带尾态密度及其分布特征.最后提取器件的平均Hooge因子,为评价非晶硅材料及其稳定性提供参考.