退火温度和Ga含量对溶液法制备InGaZnO薄膜晶体管性能的影响

采用溶液法在玻璃衬底上制备InGaZnO薄膜,并以InGaZnO为沟道层制备底栅顶接触型薄膜晶体管,研究了退火温度和Ga含量对InGaZnO薄膜和晶体管电学性能的影响.研究表明,退火可以明显改善溶液法制备InGaZnO薄膜晶体管的电学性能.退火温度的升高会导致薄膜晶体管阈值电压的负向漂移,并且饱和迁移率和电流开关比增大.X射线光电子能谱测量表明,随退火温度的增加,InGaZnO薄膜表面吸附氧减少,沟道层中氧空位增多导致电子浓度增大.退火温度为380?C时,晶体管获得最佳性能.饱和迁移率随Ga含量的增加而减小.In:Ga:Zn摩尔比为5:1.3:2时,晶体管达到最佳性能:饱和迁移率为0.43 cm~2/(V·s),阈值电压为1.22 V,开关电流比为4.7×10~4,亚阈值摆幅为0.78 V/decade.     

退火温度对非晶铟钨氧薄膜晶体管特性的影响

非晶铟钨氧(a-IWO)薄膜晶体管(TFT)具有高迁移率和高稳定性的优点,但其适合于实际生产的制备工艺条件尚有待摸索。本文研究了退火温度对a-IWO TFT电学特性影响的基本规律和内部机理。实验结果表明,随着退火温度的升高,a-IWO TFT的场效应迁移率也相应增加,这是由于高温退火下a-IWO薄膜中氧空位含量增多并进而导致载流子浓度增加的缘故。此外,a-IWO TFT的亚阈值摆幅和阈值电压在200℃下退火达到最佳,我们认为主要原因在于此时a-IWO薄膜的表面粗糙度最小并形成了最佳的前沟道界面状态。     

溶胶凝胶法制备透明IZO薄膜晶体管

采用溶胶凝胶法制备了非晶铟锌氧化物(a-IZO)薄膜,并作为薄膜晶体管(TFT)的有源层制备了a-IZO TFT。研究了IZO薄膜中铟锌比对薄膜性质及a-IZO TFT器件性能的影响。结果表明:溶胶凝胶法制备的IZO薄膜经低温(300℃)退火后为非晶结构,薄膜表面均匀平整、致密,颗粒大小为20 nm左右,并具有高透过率(>85%)。IZO薄膜中的铟锌比对薄膜的电学性能和TFT器件特性影响显著,增加In含量有利于提高薄膜和器件的迁移率。当铟锌比为3∶2时,所获得的薄膜适合于作为薄膜晶体管的有源层,制备的IZO-TFT经过相对低温(300℃)退火处理具有较好的器件性能,阈值电压为1.3 V,载流子饱和迁移率为0.24 cm2·V-1·s-1,开关比(Ion∶Ioff)为105。     

InGaZnO薄膜晶体管泄漏电流模型

研究了非晶氧化锌镓铟薄膜晶体管(amorphous InGaZnO thin-film transistor,InGaZnO TFT)的泄漏电流模型.基于Poole-Frenkel热发射效应和热离子场致发射效应的泄漏电流产生机制,分别得到了高电场和低电场条件下的载流子产生-复合率.在此基础上推导得到了InGaZnO TFT的分段式泄漏电流-电压数学模型,并利用平滑函数得到了关断区和亚阈区连续统一的泄漏电流模型.所提出的泄漏电流模型的计算值和TCAD模拟值与实验结果较为吻合.利用所提出的InGaZnO TFT泄漏电流模型和TCAD模拟,讨论了InGaZnO TFT不同的沟道宽度、沟道长度和栅介质层厚度对泄漏电流值的影响.研究结果对InGaZnO TFT集成传感电路的设计具有一定参考价值.     

PLD方法制备的超硬非晶碳薄膜研究

 用脉冲激光沉积在不同条件下制备非晶碳超硬薄膜,研究了非晶碳超硬薄膜的表面形貌、结构、应力、硬度以及能谱等。原子力显微镜和扫描电镜图像显示,薄膜表面平整、致密且光滑,均方根粗糙度最大为0.877 nm。在高激光重复频率、高激光通量条件下,薄膜有很大的应力,致使膜层褶皱甚至破裂,小角X射线衍射表明薄膜为非晶态且最大残余应力达30 GPa以上,但300 ℃温度的原位退火可以有效降低残余应力;纳米压痕测试表明薄膜硬度大于20 GPa,弹性模量大于200 GPa;X射线光电子能谱表明薄膜中sp3的含量在39%~53%之间变化,并且与激光通量成正比。     

离子束溅射沉积Ti-Ni薄膜及其电化学性能的研究

利用离子束溅射沉积的方法在不同基片温度条件下制备了不同成分的Ti-Ni贮氢薄膜，研究了其电化学贮氢性能。结果表明：用离子束溅射沉积制备的Ti-Ni薄膜的结构为非晶状，薄膜对基片的附着力较强，在冲放电循环50次后仍为非晶态；在基片温度为350℃时制备的薄膜的结构为晶态，在多次放电循环后呈现非晶化趋势；Ti-Ni薄膜具有较高的电化学活性，晶化薄膜比晶态薄膜的最大放电容量高，但晶化薄膜的循环稳定性差。     

共溅射Al-Zr合金薄膜的非晶化及其力学性能

为研究合金薄膜非晶化后力学性能持续提高的原因,通过双靶磁控共溅射方法制备了一系列不同Zr含量的Al-Zr合金薄膜,采用EDS,XRD,TEM和纳米力学探针表征了薄膜的微结构和力学性能.结果表明:在溅射粒子高分散性和薄膜生长非平衡性的共同作用下,较低Zr含量的薄膜形成超过饱和固溶体,剧烈的晶格畸变使薄膜的晶粒纳米化,其硬度相应迅速提高.随Zr含量的进一步增加薄膜形成非晶结构,非晶薄膜的硬度因Al-Zr键数量的增加持续提高,并在含33.3 at.%Zr达到9.8 GPa后增幅减缓.研究结果揭示了非晶薄膜中Al-Zr键对薄膜力学性能的显著作用.     

Sn1-x(In1-yCuy)xO薄膜的合成

利用真空反应蒸发技术,在氧分压约为8.5×10-2Pa、衬底温度为400℃条件下蒸发高纯度的铟、锡和铜,在玻璃衬底上制备出Sn1-x(In1-yCuy)xO薄膜.研究了蒸发源材料质量比不同的样品的薄膜结构、透过率、薄膜的方块电阻和电阻率与温度的关系.实验结果表明,Sn1-x(In1-yCuy)xO透明导电薄膜具有优良的光电特性,而且制备出的Sn1-x(In1-yCuy)xO薄膜中In的含量大大减少,可以成为ITO薄膜的潜在替代材料.     

水对Tl2Ba2CaCu2O8外延薄膜超导电性的影响

我们研究了水对Ｔｌ２Ｂａ２ＣａＣｕ２Ｏ８外延薄膜超导电性的影响。将不同条件下生长的薄膜直接浸泡在水中，分别进行Ｔｃ和Ｊｃ测量。实验结果表明，结晶很好的外延薄膜的超导电性在水中非常稳定。而薄膜在水中受腐蚀的主要原因是薄膜中存在ＣａＯ和ＢａＯ组成的非晶夹杂物所致。同时还发现，薄膜受到光刻胶、银胶、铟或银电极的污染后，都会使薄膜加速受到水的腐蚀。     

相变区硅薄膜拉曼和红外光谱分析

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术制备了一系列不同氢稀释率下的硅薄膜,采用拉曼散射光谱和傅里叶红外光谱技术研究了非晶/微晶相变区硅薄膜的微观结构变化,将次晶结构(paracrystalline structure)引入到非晶/微晶相变区硅薄膜结构中,提出了次晶粒体积分数(f_p),用来表征硅薄膜中程有序程度。结果表明,氢稀释率的提高导致硅薄膜经历了从非晶硅到微晶硅的相变过程,在相变区靠近非晶相的一侧,硅薄膜表现出氢含量高、结构致密和中程有序度高等特性,氢在薄膜的生长中主要起到表面钝化作用。在相变区靠近微晶相的一侧,硅薄膜具有氢含量低、晶化率高和界面体积分数小等特性,揭示了氢的刻蚀作用主控了薄膜生长过程。采用扫描电子显微镜对样品薄膜的表面形貌进行分析,验证了拉曼散射光谱和傅里叶红外光谱的分析结果。非晶/微晶相变区尤其是相变区边缘硅薄膜结构特性优良,在太阳能电池应用中适合用作硅基薄膜电池本征层。     

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利用微波电子回旋共振等离子体增强型化学气相沉积(ECR-PECVD)采用一步法直接在K9玻璃上低温沉积制备了多晶硅薄膜.研究了不同实验参数对薄膜沉积的影响,采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、扫描电子显微镜(SEM)等实验分析方法对不同条件下制备的样品进行了晶体结构和表面形貌分析,并讨论了多晶硅薄膜沉积的最佳条件.实验结果表明,玻璃衬底上多晶硅薄膜呈柱状生长,并有一定厚度的非晶孵化层;较高氢气比例和衬底温度有利于结晶,薄膜的结晶率达到了62％;晶粒团簇的最大尺寸约为500nm.     

生长条件对脉冲激光沉积制备ZnO：Al薄膜光电性能的影响

本文研究了脉冲激光沉积(PLD)生长过程中, 铝掺量、氧压及衬底温度等实验参数对ZnO:Al(AZO)薄膜生长的影响, 并利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射、霍尔效应、光透射光谱等实验手段对其透明导电性能进行了探讨. 变温霍尔效应和光透射测量表明, 当靶材中铝掺量大于0.5 wt%时, 所制备AZO薄膜中铝施主在80 K时已完全电离, 因Bernstein-Moss (BM) 效应其带隙变大, 均为重掺杂简并半导体. 进一步系统研究了氧压和衬底温度对AZO薄膜透明导电性能的影响, 实验发现当氧压为1 Pa, 衬底温度为200 ℃时, AZO 导电性能最好, 其霍尔迁移率为28.8 cm²/V·s, 薄膜电阻率最小可达2.7×10^-4 Ω·cm, 且在可见光范围内光透过率超过了85%. 氧压和温度的增加, 都会导致薄膜电阻率变大. 关键词： 脉冲激光沉积法 ZnO：Al薄膜 透光性 导电性     

氢退火的BZO前电极对非晶硅薄膜太阳能电池性能的影响

采用低压化学气相沉积方法在玻璃衬底上制备了B掺杂的ZnO（BZO）薄膜,通过氢退火对BZO进行处理,然后作为前电极进行了非晶硅薄膜太阳能电池的制备及性能研究。结果表明：在氢气气氛下退火后,BZO薄膜的载流子浓度基本无变化,但Hall迁移率显著提高,这使得BZO薄膜的导电能力提高;当采用厚度较小、透光率较高的BZO薄膜进行氢退火后作为前电极结构时,非晶硅薄膜太阳能电池的短路电流密度提高0.3~0.4 mA/cm²,电池的转化效率提高0.2%。实验结果可为通过优化前电极结构来提高非晶硅薄膜太阳能电池转化效率提供一种简易的方法。     

氢稀释对FTS沉积a-Si:H薄膜结构特性的影响

采用对靶磁控反应溅射技术,以氢气作为反应气体在不同的氢稀释比条件下制备了氢化非晶硅薄膜.利用台阶仪、傅里叶红外透射光谱、Raman谱和紫外-可见光透射谱测量研究了不同氢稀释比对氢化非晶硅薄膜生长速率和结构特性的影响.分析结果发现,利用对靶磁控溅射技术能够实现低温快速沉积高质量氢化非晶硅薄膜的制备.随着氢稀释比不断增加,薄膜沉积速率呈现先减小后增大的趋势.傅里叶红外透射光谱表明,氢化非晶硅薄膜中氢含量先增大后变小.而Raman谱和紫外-可见光透射谱分析发现,氢稀释比的增加使氢化非晶硅薄膜有序度和光学带隙均先增大后减小.可见,此技术通过改变氢稀释比R能够实现氢化非晶硅薄膜结构的有效控制.     

脉冲激光沉积(PLD)法生长高质量ZnO薄膜及其发光性能

采用脉冲激光沉积(PLD)法在单晶Si(100)衬底上生长ZnO薄膜,以X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和透射电镜(TEM)等手段分析了所得ZnO薄膜的晶体结构和微观形貌。优化工艺(700℃,20Pa)下生长的ZnO薄膜呈c轴高度择优取向,柱状晶垂直衬底表面生长,结构致密均匀。室温光致发光(PL)谱分析结果表明,随着薄膜生长时O₂分压的增大,近带边紫外发光峰与深能级发光峰之比显著增强,表明薄膜的结晶性能和化学计量比都有了很大的改善。O₂分压为20Pa时所生长的ZnO薄膜具有较理想的化学计量比和较高的光学质量。     

氢稀释对FTS沉积a-Si∶H薄膜结构特性的影响

采用对靶磁控反应溅射技术,以氢气作为反应气体在不同的氢稀释比条件下制备了氢化非晶硅薄膜.利用台阶仪、傅里叶红外透射光谱、Raman谱和紫外-可见光透射谱测量研究了不同氢稀释比对氢化非晶硅薄膜生长速率和结构特性的影响.分析结果发现,利用对靶磁控溅射技术能够实现低温快速沉积高质量氢化非晶硅薄膜的制备.随着氢稀释比不断增加,薄膜沉积速率呈现先减小后增大的趋势.傅里叶红外透射光谱表明,氢化非晶硅薄膜中氢含量先增大后变小.而Raman谱和紫外-可见光透射谱分析发现,氢稀释比的增加使氢化非晶硅薄膜有序度和光学带隙均先增大后减小.可见,此技术通过改变氢稀释比R能够实现氢化非晶硅薄膜结构的有效控制.     

制备温度对TiO2基膜表面非晶态ZnO薄膜发光特性影响的研究

利用电子束热蒸发镀膜的方式，以高纯度的ZnO和TiO₂颗粒为原料，以Si为基底在有氧的气氛中制备ZnO/TiO₂复合薄膜。研究制备温度对ZnO/TiO₂薄膜的结构以及发光性能的影响。通过拉曼(Raman)谱和X射线衍射(XRD)谱分析了ZnO/TiO₂薄膜的结构，表明所制备的ZnO薄膜为非晶态。用光致发光 (PL) 谱表征了它的发光特性，数据表明在250℃时制备的非晶态ZnO薄膜在波长389nm处具有极强的紫外光发射，在波长431nm处发出很强的紫光，在波长519nm处发出较强的黄绿光。     

氢气稀释比例对多晶硅薄膜微观结构和沉积特性的影响

利用电感耦合等离子体增强化学气相沉积法(ICP-PECVD)直接在普通玻璃衬底上低温沉积多晶硅薄 膜,主要研究了不同氢气稀释比例对薄膜沉积特性和微观结构的影响。采用 X 射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪和 扫描电子显微镜(SEM)表征了在不同氢气比例条件下所制备多晶硅薄膜的微结构、形貌,并对不同条件下样品的 沉积速率进行了分析。实验结果表明：随着混合气体中硅烷比例的增加,薄膜的沉积速率不断增加;晶化率先增 加,后减小;当硅烷含量为4.8%时,晶化率达到最大值67.3%。XRD 和 SEM 结果显示多晶硅薄膜在普通玻璃衬 底上呈柱状生长,且晶粒排列整齐、致密,这种结构可提高载流子的纵向迁移率,有利于制备高效多晶硅薄膜太阳能电池。     

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Polycrystalline silicon thin film formation from inductively coupled plasma enhanced chemical vapor deposition system was studied. The dilution effect of H₂ on film deposition was discussed. The X-ray diffractometry, Raman spectra and scanning electron microscope measurement were carried out to analyze the influence of H₂ on the microstructures and the topography of polycrystalline silicon thin films. The optimum conditions for polycrystalline silicon thin films deposition were also discussed. The results indicated that polycrystalline silicon thin films with columnar structure crystals were fabricated on glass substrate. The deposition rate exhibited monotonic increase with Silane ratio R, a maximum deposition rate of 0.65nm⋅s^-1 was obtained. However, the crystal volume fraction of polycrystalline silicon thin films initially increased from 60.5% to 67.3%, and then slightly decreased with the increase of R. Therefore, the crystal has a maximum value of 67.3% at R=4.8%. The polycrystalline silicon thin films had a compact and well-arranged structure at this ratio. This structure can also increase carrier mobility and improve the efficiency of solar cells.