分子动力学模拟H原子与Si的表面相互作用

通过分子动力学模拟了入射能量对H原子与晶Si表面相互作用的影响. 通过模拟数据与实验数据的比较, 得到H原子吸附率随入射量的增加 呈先增加后趋于平衡的趋势. 沉积的H原子在Si表面形成一层氢化非晶硅薄膜, 刻蚀产物(H₂, SiH₂, SiH₃和SiH₄)对H原子吸附率趋于平衡有重要影响, 并且也决定了样品的表面粗糙度. 当入射能量为1 eV时, 样品表面粗糙度最小. 随着入射能量的增加, 氢化非晶硅薄膜中各成分(SiH, SiH₂, SiH₃)的量以及分布均有所变化. 关键词： 分子动力学 吸附率 表面粗糙度 氢化非晶硅薄膜     

Ce:KNSBN晶体光扇效应的入射光强度阈值特性研究

采用非同时读出条件下的两波耦合实验装置,以单束光入射Ce:KNSBN光折变晶体,系统研究了Ce:KNSBN晶体中光扇效应随入射光偏振态、入射光强度、光入射角的变化情况.结果表明异常偏振光入射晶体时光扇效应明显,且存在明显的入射光强度阈值特性,入射光强度阈值为38.2 mW/cm2;相同光入射角下,稳态光扇强度随入射光强度的增强而明显变大;对应相同的入射光强度,稳态光扇强度随光入射角θ的增大而增大,当θ为15°时到达峰值,而后随θ的增大而逐渐减小.同时对光扇效应的入射光强度阈值特性以及稳态光扇强度随入射光偏振态、入射光强度、光入射角的变化作出了相应的物理解释.     

遮蔽效应对抛射沉积模型标度性质的影响

在表面粗糙化生长过程中粒子非垂直入射产生的遮蔽效应是一种长程相互作用, 实验发现非垂直入射时生长表面形貌和生长性质都受到遮蔽效应的影响. 本文通过模拟倾斜入射的抛射沉积模型得到了其标度指数、 表面统计的偏度和峰度以及生长体的多孔性与入射角度的关系, 模拟结果显示标度指数与入射角度的关系是非单调的, 而偏度和峰度的有限尺寸效应也取决于入射角度的大小. 同时本文对以上模拟结果进行了定性的分析.     

Ce∶KNSBN晶体光扇效应的入射光强度阈值特性研究

采用非同时读出条件下的两波耦合实验装置,以单束光入射Ce∶KNSBN光折变晶体,系统研究了Ce∶KNSBN晶体中光扇效应随入射光偏振态、入射光强度、光入射角的变化情况。结果表明异常偏振光入射晶体时光扇效应明显,且存在明显的入射光强度阈值特性,入射光强度阈值为38.2mW/cm2;相同光入射角下,稳态光扇强度随入射光强度的增强而明显变大;对应相同的入射光强度,稳态光扇强度随光入射角θ的增大而增大,当θ为15°时到达峰值,而后随θ的增大而逐渐减小。同时对光扇效应的入射光强度阈值特性以及稳态光扇强度随入射光偏振态、入射光强度、光入射角的变化作出了相应的物理解释。     

非晶硅纳米圆柱团超表面的双峰近完美吸收效应

利用非晶硅纳米圆柱团超表面,模拟实现了可见光波段的双峰近完美吸收效应.采用离散偶极子近似法,研究了电偶极、磁偶极和电四极对纳米圆柱团超表面散射截面的贡献.模拟分析了非晶硅纳米圆柱团超表面的透射、反射和吸收光谱和电场分布,调整电偶极、磁偶极和电四极米氏共振光谱使其重合并产生相干耦合作用,进而产生电场局域增强效应,实现可见光波段双峰近完美吸收效应,且其对入射角不敏感.非晶硅纳米圆柱团超表面双峰近完美吸收效应具有低损耗、角度不敏感等特性,有望被应用于光学隔离、能量采集等纳米光子学领域.     

ZnO薄膜的自组织设计及形貌控制

采用单源化学气相沉积(SSCVD)法,在Si(100)基片上通过改变前驱反应体与基片的入射角度,获得了可控柱状取向的ZnO薄膜.研究发现,入射角度的改变可使沉积薄膜中的柱状结构的生成方向倾斜.但X射线衍射(XRD)分析表明:ZnO薄膜的c轴(002)取向与入射角无关,且不沿ZnO柱状结构的生长方向取向.由于ZnO的(002)面为其表面自由能最低且原子密度高的晶面,ZnO薄膜的生长更易于在垂直于基片表面的方向c轴取向生长.     

Ce∶KNSBN晶体中光扇效应的响应时间特性研究

以单束光入射Ce∶KNSBN晶体,系统研究了不同入射光波长下,Ce∶KNSBN晶体中光扇效应的响应时间随入射光强度及光入射角的变化情况.结果显示,相同的入射光强度及光入射角下,入射光波长较短时,光扇效应到达稳态的时间较短.相同的入射光强度下,随光入射角的增大,响应时间先减小后增大,但不同波长入射光下,最小值对应的光入射角不同,入射光波长为532 nm时,响应时间最小值对应的θ为15°;入射光波长为632.8 nm时,对应的θ为15.5°.同时研究发现,入射光强度逐渐增大的过程中,响应时间在逐渐减小.     

空间相机常用金属材料表面的BRDF特性

为保证空间相机热设计中表面辐射换热计算准确可靠,基于两种金属材料的光学常数,结合Monte Carlo射线跟踪法应用几何光学近似对其粗糙表面的双向反射分布函数(BRDF)进行了研究。分析了不同入射光波长、不同入射角度及不同表面粗糙度对金属铝和钛材料粗糙表面的BRDF的影响。结果表明,金属铝和钛材料粗糙表面的BRDF分布具有明显的镜反射特征,入射平面内的BRDF峰值随入射光波长增加而增大,在本文研究的波长范围内,钛表面的BRDF随入射光波长增大的增幅最高达到41.0%,远高于铝表面的8.7%。当表面粗糙度较大时,光子在粗糙表面内会经历多次散射,粗糙表面内多次散射光子数比例随着表面粗糙度的增大而增加,并且随着入射角度的增大具有增加的趋势。     

介质层厚度无序对Bragg微腔模式的影响

采用本征模展开法(EME)结合完全匹配层（PML）边界条件,研究了由TiO2和SiO2复合膜结构组成的平面光子晶体Bragg微腔的模式特性,分析了介质厚度无序对微腔模式的调制以及入射角对局域长度的影响.结果表明,若光束正入射,带边局域长度要大于禁带局域长度,随着无序度的增加光子通带的透过率逐渐降低,而禁带的透过率逐渐上升.当无序度较小时,局域长度随随机度的变化在带边和禁带内表现出相反的规律.当无序度较大时,局域长度不仅和随机度、带隙有关,还受到材料的影响;若光束斜入射,TE模的局域长度要远小于TM模对应的值,且其最小值向短波方向移动。此外,入射角和膜层数的变化都会导致局域长度的起伏.     

载能Ni原子斜入射Pt(111)表面的分子动力学模拟

采用嵌入原子方法的原子间相互作用势,利用分子动力学模拟,详细研究不同角度入射的载能Ni原子在Pt(111)基体表面的沉积过程.结果表明,随着入射角度θ从0°增加到80°,溅射产额、表面吸附原子产额、空位产额的变化情况均可按入射角度近似地分为θ≤20°,20° < θ < 60°和θ≥60°三个区域.当θ≤20°时,载能沉积对基体表面的影响与垂直入射时的情况类似,表面吸附原子的分布较为集中,入射原子容易达到基体表面第二层及以下,对基体内部晶格产生-定的影响;在20° < θ < 60°的范围内,入射原子的注入深度有所下降,对基体内部晶格的影响减小,表面吸附原子的分布较为均匀,有利于薄膜的均匀成核与层状生长;当θ≥60°时,所有入射原子均直接被基体表面反射,表面吸附原子产额、溅射产额、表面空位产额均接近0,载能沉积作用没有体现.     

In_2O_3:Sn中间层改善B掺杂ZnO薄膜的性能及其应用研究

金属有机化学气相沉积(MOCVD)法生长的掺硼氧化锌(BZO)薄膜,具有天然的"类金字塔"绒面结构,作为硅基薄膜太阳电池的前电极具有良好的陷光效果.但直接获得的BZO薄膜表面形貌过于尖锐,影响后续硅基薄膜材料生长质量及太阳电池的光电转换效率.本文设计了以一层超薄In2O3:Sn(ITO)薄膜(～4 nm厚度)作为中间层的多层膜,并通过对顶层BZO薄膜的厚度调制,改善BZO薄膜的表面特性,薄膜结构为:glass/底层BZO/ITO/顶层BZO.合适厚度的顶层BZO薄膜有助于获得类似"菜花状"形貌特征,尖锐的表面趋于"柔和",而较厚的顶层BZO薄膜仍然保持"类金字塔状"结构."柔和"的BZO薄膜表面结构有助于提高后续生长薄膜电池的结晶质量.将获得的新型"三明治"结构多层膜应用于p-i-n型氢化微晶硅(μc-Si:H)薄膜太阳电池,相比传统的BZO薄膜,电池的量子效率QE在500—800 nm波长范围提高了～10%,并且电池的Jsc和Voc均有所提高.     

Influence of Boron doping on microcrystalline silicon growth

Microcrystalline silicon (μc-Si:H) thin films with and without boron doping are deposited using the radio-frequency plasma-enhanced chemical vapour deposition method. The surface roughness evolutions of the silicon thin films are investigated using ex situ spectroscopic ellipsometry and an atomic force microscope. It is shown that the growth exponent β and the roughness exponent α are about 0.369 and 0.95 for the undoped thin film, respectively. Whereas, for the boron-doped μc-Si:H thin film, β increases to 0.534 and α decreases to 0.46 due to the shadowing effect.     

高氢稀释制备微晶硅薄膜微结构的研究

采用高氢稀硅烷热丝化学气相沉积方法制备氢化微晶硅薄膜.其结构特征用Raman谱，红外透射谱，小角X射线散射等来表征.结果表明微晶硅的大小及在薄膜中的晶态比χ_c随氢稀释度的提高而增加.而从红外谱计算得到氢含量则随氢稀释度的增加而减少.小角X射线散射结果表明薄膜致密度随氢稀释度的增加而增加.结合红外谱和小角X射线散射的结果讨论与比较了不同相结构下硅网络中H的键合状态.认为随着晶化的发生和晶化程度的提高H逐渐移向晶粒表面，在硅薄膜中H的存在形式从以SiH为主向SiH₂ 关键词：     

氢化非晶硅叠层薄膜对单晶硅表面钝化研究

采用等离子体增强化学气相沉积法生长的单层本征氢化非晶硅薄膜对单晶硅片进行钝化,结果表明增加氢稀释比有利于减少薄膜中的缺陷,增强钝化效果,过量的氢稀释比会导致非晶硅在硅片表面的外延晶化生长,降低钝化效果。退火导致非晶硅晶化程度增加,降低了钝化效果,同时退火提升了薄膜的质量,改变了H键合方式,增强了钝化效果。因此,单层氢化非晶硅只有在合适的氢稀释比和退火温度才可以获得最佳钝化效果。为了提高非晶硅薄膜对硅片的钝化效果,采用具有高低氢稀释比的叠层本征非晶硅薄膜对硅片进行钝化。因此将高氢稀释比沉积的非晶硅薄膜叠层生长于低氢稀释比的薄膜之上,避免非晶硅在硅片表面的外延生长。在退火过程中,高氢稀释比薄膜中的氢扩散到低氢稀释比薄膜中,有效地钝化了非晶硅中和单晶硅表面的悬挂键,改善了非晶硅/硅片的界面质量,叠层钝化后硅片的少子寿命为7.36 ms,隐含开路电压为732 mV。     

倾斜沙漏流与颗粒休止角研究

本文发现在测量误差内颗粒物质的下列三个临界角度相等: 1)从直径为D的倾斜孔洞流出的Beverloo颗粒流的流量开始停止的临界倾角θ_c 向大孔径极限线性外推θ_c∞≡θ_c(D→∞) 的补角θ_s∞= 180°-θ_c∞;2) 从靠近堆顶的点源向光滑底板缓慢下落颗粒形成的圆锥形堆的休止角θ_r; 3) 直接剪切矩形颗粒固体测得的库仑内摩擦角φ. 该结果倾向支持倾斜孔洞和颗粒堆自由表面的固-液转变与颗粒固体内部的库仑屈服均来自材料的同一临界性质. 由于三种情况样品的内部应力和变形等都是目前还远不能定量分析的复杂非均匀分布, 我们仅从定性角度对此给出一些讨论.     

低能离子对高温超导YBa_2Cu_3O_(7-δ)薄膜的表面改性和机理

低能氩离子束轰击并后退火处理的离子束表面改性,会影响高温超导薄膜的表面结构和超导特性,但是其中的深刻微观机理不清楚.本文通过连续改变离子束轰击时间,系统研究了离子束表面改性对于超导膜结构和临界电流密度的影响.通过扫描电子显微镜、X射线衍射、J_(c-scanning)测试表征样品的结构特性和超导特性,并得出内应变、氧空位缺陷等参量.研究表明,经过表面改性的钇钡铜氧(YBa_2Cu_3O_(7-δ),YBCO)薄膜,随轰击时间增加表面形貌会变得更加均匀致密,a轴晶粒消失,并且临界电流密度有了显著的提高.由化学键收缩配对模型分析得出,临界电流密度的提高与薄膜内应变增大和引发的局部YBCO结构中Cu—O键收缩有关.     

等离子增强原子层沉积低温生长GaN薄膜

采用等离子增强原子层沉积技术在低温下于单晶硅衬底上成功生长了Ga N多晶薄膜,利用椭圆偏振仪、低角度掠入射X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪对薄膜样品的生长速率、晶体结构及薄膜成分进行了表征和分析.结果表明,等离子增强原子层沉积技术生长Ga N的温度窗口为210—270?C,薄膜在较高生长温度下呈多晶态,在较低温度下呈非晶态;薄膜中N元素与大部分Ga元素结合成N—Ga键生成Ga N,有少量的Ga元素以Ga—O键存在,多晶Ga N薄膜含有少量非晶态Ga_2O_3.     

薄膜硅/晶体硅异质结电池中本征硅薄膜钝化层的性质及光发射谱研究

本文采用甚高频等离子体化学气相沉积技术 (VHF-PECVD) 制备薄膜硅/晶体硅异质结电池中的本征硅薄膜钝化层, 光发射谱 (OES) 测量技术研究了硅薄膜沉积过程中等离子体发光谱随时间的变化. 结果表明: 在实验优化条件下等离子体发光谱很快达到稳定 (大约25 s), 并且SiH^*/H_α^* 的比值随时间变化较小, 避免了生长过程中硅薄膜结构的不均匀性, 这主要是SiH₄没有完全耗尽避免了SiH₄的反向扩散. 进一步研究了沉积参数对稳态发光谱和硅薄膜性质的影响, 结果表明: 随着硅烷浓度增加, H_α^*峰强度减小, SiH^*峰强度增加, 薄膜从微晶转变成非晶, 非晶硅薄膜钝化效果好; 随着沉积气压增大, H_α^*和 SiH^*峰强度先增加后减小, 高气压下H_α^*和 SiH^*峰强度下降主要是反应前驱物的聚合形成高聚合物, 不利于形成高质量的硅薄膜, 因此钝化效果下降; 随着反应功率密度增加, H_α^*和 SiH^*峰强度增大, 当功率密度为150 mW/cm² 趋于饱和, 硅薄膜的致密度和钝化效果也开始下降, 50 mW/cm²的低功率密度下硅薄膜钝化效果差可能是由于原子H 浓度低, 不能完全钝化单晶硅表面的悬挂键. 关键词： 薄膜硅 异质结 光发射谱 钝化     

外加磁场对磁控溅射制备氮化硅陷光薄膜的影响

在基底与靶材之间放置磁性强弱不同的永久磁铁来研究外加磁 场对磁控溅射制备氮化硅陷光薄膜的影响. 通过X射线衍射、原子力显微镜 (AFM) 以及紫外分光光度计分别测试了外加磁场前后所制备薄膜的组织结构、表面形貌和光学性能. 结果表明, 外加磁场后, 氮化硅薄膜依然呈现非晶结构; 但是表面形貌发生明显改变, 中心磁场1.50 T下, 薄膜表面为特殊锥状尖峰结构"类金字塔"的突起, 而且这些突起颗粒垂直于基底表面; 在 可见光及近红外范围内, 中心磁场1.50 T 下的薄膜样品平均透射率最大, 平均透射率达到90% 以上, 比未加磁场的样品提高了近1 倍, 具有很好的陷光特性. 关键词： 外加磁场 磁控溅射 氮化硅薄膜 陷光效应