氮掺入对N型纳米硅薄膜微观结构及光电特性影响

采用等离子体增强化学气相沉积技术(PECVD)通过改变NH₃流量制备出不同含氮量N型富硅氮化硅硅薄膜。利用Raman散射、红外吸收、紫外-可见光分光光度计及暗态I-V测量等技术分析了氮掺入对薄膜微观结构以及光电特性的影响。结果显示,随着NH₃的增加,薄膜由微晶硅向纳米硅结构转变,薄膜中晶粒尺寸减少,晶化度降低,微观结构有序性降低,所对应薄膜光学带隙增大,而带尾分布变窄。同时,红外吸收谱分析表明,Si—N键合密度增加,P掺杂受阻。暗态I-V测量显示,薄膜电导率随着NH₃掺入整体较微晶硅降低,但随NH₃增加,电导率受到迁移率和载流子浓度等特征共同作用先降低后变大,揭示了影响薄膜电导率的机制存在一定的竞争,然而过高的非晶网络结构将增大载流子的复合导致薄膜电导率显著降低。     

Infrared Optical Characterization of PLT Thin Films for Applications in Uncooled Infrared Detectors

Lanthanum-modified lead titanate (PLT) thin films have been grown directly on Pt/Ti/SiO₂/Si (100) and LaNiO₃/Si (100) substrates by a modified sol-gel method. X-ray diffraction analysis shows that the PLT thin films are polycrystalline. The infrared optical properties of the thin films were investigated using infrared spectroscopic ellipsometry (IRSE) in the spectral range of 2.5–12.5 m. By fitting the measured ellipsometric parameter (tan and cos) data with a three phase model (air/PLT/Pt) for the PLT thin films on Pt/Ti/SiO₂/Si (100) and a four phase model (air/PLT/LNO/Si) for the PLT thin films on LaNiO₃/Si (100) substrates, and a derived classical dispersion relation for the thin films, the optical constants and thicknesses of the thin films have been simultaneously obtained. The refractive index and extinction coefficient of the PLT thin films on Pt/Ti/SiO₂/Si (100) substrates are slightly larger than those on LaNiO₃/Si (100) substrates. Given the infrared semitransparent metal of Nickel currently used, the absorption of the Ni/PLT/Pt and Ni/PLT/LNO/Si multilayer thin films in this study is very large around 3.0 m and 5.7 m wavelength range and decrease to 15% or 20% in the 8–12.5 m wavelength region.     

富硅氮化硅薄膜的制备及其光学带隙研究

采用双极脉冲磁控反应溅射法在不同参数条件下制备了一系列氮化硅薄膜。利用数字式显微镜和紫外-可见光光谱仪研究了沉积薄膜的表面形貌及其光学带隙,利用共焦显微拉曼光谱仪比较了硅衬底、氮化硅薄膜退火前后的拉曼光谱。结果表明,氮气流量对薄膜的光学带隙影响较大,制备的薄膜主要为富硅氮化硅薄膜。原沉积薄膜的拉曼光谱存在明显的非晶硅和单晶硅峰,退火处理后非晶硅峰减弱或消失,表明薄膜出现明显的结晶化;单晶硅峰出现频移现象,表明薄膜中出现硅纳米颗粒,平均尺寸约为6.6 nm。     

沉积压力对氢化非晶硅薄膜特性的影响

采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)系统,以乙硅烷和氢气为气源,普通钠钙玻璃为衬底制备了氢化非晶硅(a-Si∶H)薄膜,研究了沉积压力对非晶硅薄膜的沉积速率、光学带隙以及结构因子的影响。采用台阶仪、紫外可见分光光度计、傅里叶变换红外光谱仪和扫描电子显微镜等手段分别表征了a-Si∶H薄膜的沉积速率,光学带隙、结构因子和表面形貌。结果表明： 随着沉积压力的增加,沉积速率呈现先上升后下降的趋势,光学带隙不断下降。当沉积压力小于210 Pa时,以SiH键存在的H原子较多,而以SiH₂或SiH₃等形式存在的H较少; 当沉积压力大于210 Pa时,以SiH₂,(SiH₂)_n或SiH₃等形式存在的H较多。通过结构因子的计算,发现沉积压力在110～210 Pa的范围内沉积的薄膜质量较好。     

包埋于氮化硅薄膜中的硅团簇的光致发光特性

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,在低温下制备了富硅氢化氮化硅薄膜。利用红外吸收(IR)谱,光电子能谱(XPS)和光致发光(PL)谱,研究了在不同温度下退火的薄膜样品的结构和发光特性。在经过低温退火的薄膜中观测到一个强的可见发光峰。当退火温度较高时,随着与硅悬键有关的发光峰消失,可见发光峰位发生了蓝移。讨论了退火对薄膜中硅团簇的形成及其对发光的影响。根据Raman谱,计算了氮化硅薄膜中硅团簇的尺寸大小。通过实验结果和分析,我们认为PL谱中较强的室温可见发光峰来自于包埋于氮化硅中的硅团簇。     

Structural, Optical and Electrical Properties of Hydrogen-Doped Amorphous GaAs Thin Films

Amorphous CaAs films are deposited on substrates of quartz glass and sificon by rf magnetron sputtering technique in different gas ambient. First, the amorphous structure of the prepared samples is identified by x-ray diffraction. Second, analysis by radial distribution function and pair correlation function method is established to characterize the microstructure of the samples. Then, the content and bond type of hydrogen are analysed using Fourier transform infrared absorption spectroscopy. It is found that the bonded hydrogen content increases with increasing partial pressure PH of H2. However, the hydrogen content saturates at PH 〉 1 × 10^-1 Pa. Hydrogen addition shills the optical absorption edge to higher energy, decreases the dark conductivity and improves the photo-sensitivity. The optical gap, dark conductivity and photo-sensitivity of the films are dependent on the bonded hydrogen content. These results demonstrate that hydrogen has obvious passivation effects on rf sputtered amorphous GaAs thin films.     

共轭低聚物中光生分子间电荷转移态的第一性原理研究

本文基于第一性原理中的Heyd-Scuseria-Ernzerh方法研究了单层In_1-xGa_xN的电子结构和光学性质.计算得到单层In_1-xGa_xN的能带结构和态密度（DOS）,发现随着掺杂比例的变化,体系带隙的变化范围是1.8~3.8 eV,表明通过Ga的掺杂可以实现体系带隙值的调节.并且还研究了单层In_1-xGa_xN的介电函数,折射率和吸收系数等光学性质,结果表明随着Ga掺杂浓度的增加,介电函数谱的主峰和吸收谱发生了显著的蓝移.此外,基于能带结构和态密度图谱,对单层In_1-xGa_xN的光学性质进行分析,预测这种材料独特的光学性质在纳米电子学和光学器件中会有广泛的应用.     

532nm连续激光晶化非晶硅薄膜的原位拉曼光谱研究

用磁控溅射制备了非晶硅薄膜,用波长为532 nm的连续激光退火和显微Raman光谱原位测试技术和场发射扫描电子显微镜研究了非晶硅薄膜在不同激光功率密度和不同扫描速度下的晶化状态。结果表明,激光照射时间10 s,激光功率密度大于2.929×105W/cm2时,能实现非晶硅薄膜晶化。在激光功率密度为5.093×105W/cm2,扫描速度为10 mm/s时非晶硅开始向多晶硅转化。在5.093×105W/cm2的功率密度下,以1.0 mm/s的扫描速度退火非晶硅薄膜,得到的晶粒直径为740 nm。     

a-Si:H薄膜的表面光电压谱和光电化学特性研究

采用表面光电压谱和光电化学方法，对不同掺杂类型的氢化非晶硅(s-Si:H)薄膜的光伏响应和光电化学特性进行了研究，测定了a-Si:h薄膜的能带结构，为a-Si:H薄膜在太阳能电池上的应用提供了有用的基础数据和简单光伏测量方法。     

488 nm连续激光晶化本征非晶硅薄膜的喇曼光谱研究

利用等离子增强化学气相沉积系统制备了本征非晶硅薄膜,并选用488 nm波长的连续激光进行晶化.采用喇曼测试技术对本征非晶硅薄膜在不同激光功率密度和扫描时间下的晶化状态进行了表征,并用514 nm波长与488 nm波长对样品的晶化效果进行了比较.测试结果显示:激光照射时间60 s, 激光功率密度在1.57×10⁵ W/cm²时,能实现非晶硅向多晶硅的转变,在功率密度达到2.7 56×10⁵ W/cm²时,有非晶开始向单晶转变,随着激光功率密度的继续增加,晶化结果仍为单晶;在功率密度为2.362×10⁵ W/cm²下,60 s照射时间晶化效果较好;在功率密度为2.756×10⁵ W/cm²和照射时间为60 s的条件下,用488 nm波长比514 nm波长的激光晶化本征非晶硅薄膜效果较好,并均为单晶态.     

Ellipsometry,FTIR, Raman and X-Ray Spectroscopy Analysis of PECVD a-Si1-xCx:H Film

Hydrogenated amorphous silicon carbide (a-Si_1-xC_x:H) films were deposited by RF plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) and subsequently annealed in N₂ atmosphere at different temperatures. Systematic investigations of the deposition temperature and annealing effect on the film's properties, including film thicknesses, optical bandgap, refractive indexes, absorption coefficient (α), chemical bond configurations, stoichiometry and crystalline structures, were performed using ellipsometry, FTIR absorbance spectroscopy, Raman spectroscopy, XPS, and XRD. All of the results indicate that the structural and optical properties of the a-Si_1-xC_x:H film can be effectively engineered by proper annealing conditions. Moreover, molecular vibrational level equation was introduced to explain the peak shift detected by FTIR and Raman spectroscopy.     

Cu掺杂Ga2O3薄膜的光学性能

采用射频磁控溅射和N₂气氛退火处理制备了多晶Ga₂O₃薄膜和Cu掺杂Ga₂O₃薄膜.用X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计、荧光光谱仪对Ga₂O₃薄膜和Cu掺杂Ga₂O₃薄膜的结构和光学性能进行了表征.结果表明,Cu掺杂后Ga₂O₃薄膜的结晶质量变差,透过率明显降低,吸收率增加,光学带隙减小.本征Ga₂O₃薄膜在紫外、蓝光和绿光出现了发光带,Cu掺杂后紫外和蓝光发射增强,且在475 nm 处出现了一个新的发光峰.     

RF-PECVD掺溴非晶碳氢膜的Raman光谱分析

在室温条件下,以溴乙烷为单体、氢气为载气,用13.56 MHz射频等离子体化学气相淀积方法(RF-PECVD)在硅片衬底上生长了掺溴非晶碳氢薄膜(a-C:Br:H).通过对其进行Raman光谱分析,研究了工作气压对薄膜结构的影响.结果显示:随着气体工作压力从20 Pa下降至5 Pa,样品D峰强度增强,I_D/I_G值逐步由1.18增加至1.36,G峰的位置向高频轻微移动;与此同时,薄膜生长方式逐步转为低能态形式生长,薄膜中sp~2C逐步由链式结构向环式结构转化.     

超薄氢化非晶锗膜的结构与光电性质

通过PECVD制备出了不同厚度的a-Ge∶H膜,采用Raman光谱对样品进行了结构表征,由椭圆偏振光谱仪得到样品的厚度和光学常数,并计算了样品的光学带隙。由变温电导率分析了薄膜的电学输运性质,结果表明,载流子的传输机制为扩展态电导。进而利用变温PL谱研究了薄膜的发光性能,发现其发光峰在1.63 μm处;随着膜厚的减小,峰位和峰形都有改变,且强度明显提高。进一步分析发现,随着膜厚的减小非辐射复合跃迁的激活能增大,从而导致辐射复合过程增强。     

MBE生长ZnO薄膜的结构和光学特性的研究

用等离子体源辅助分子束外延(P-MBE)方法在蓝宝石(0001)面上生长出了高质量的ZnO薄膜,并对其结构和发光特性进行了研究。在XRD中只观察到ZnO薄膜的(0002)衍射峰,其半高宽(FWHM)值为0.18°;而在共振Raman散射光谱中观测到1LO(579 cm-1 )和2LO(1 152 cm-1 )两个峰位,这些结果表明ZnO薄膜具有单一c轴取向和高质量的纤维锌矿晶体结构。在吸收光谱中观测到自由激子吸收和激子-LO声子吸收峰,这表明在ZnO薄膜中激子稳定的存在于室温,并且两峰之间能量间隔为71.2 meV,与文献上报道的ZnO纵向光学声子能量(71 meV)相符。室温下在光致发光光谱(PL)中仅观测到位于376 nm处的自由激子发光峰,而没有观测到与缺陷相关的深能级发射峰,表明ZnO薄膜具有较高的质量和低的缺陷密度。     

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。     

脉冲溅射功率对含硅量子点SiC_x薄膜的结构和光学特性的影响

采用射频和脉冲磁控共溅射法并结合快速光热退火法制备了含硅量子点的SiC_x薄膜.采用掠入射X射线衍射、喇曼光谱、紫外-可见-近红外分光光度计和透射电子显微镜对薄膜进行表征.研究了脉冲溅射功率对薄膜中硅量子点数量、尺寸、晶化率和薄膜光学带隙的影响.结果表明:当溅射功率从70 W增至100 W时,硅量子点数量增多,尺寸增至5.33nm,晶化率增至68.67%,而光学带隙则减至1.62eV;随着溅射功率进一步增至110 W时,硅量子点数量减少,尺寸减至5.12nm,晶化率降至55.13%,而光学带隙却增至2.23eV.在本实验条件下,最佳溅射功率为100 W.     

N掺杂对非晶C薄膜的电子结构与光学性质的影响

用直流磁控溅射法制备了非晶C薄膜及N掺杂非晶C(a-C∶N)薄膜,用紫外-可见分光光谱仪、椭圆偏振仪、俄歇电子能谱(AES)等对薄膜进行了检测。结果表明：随源气体中N气含量的增加,透过率和折射率变小, 而光学带隙先增大后减小; 当薄膜中N的含量很少,N的掺入对sp3杂化C起稳定作用,使得薄膜光学带隙E_g增大。而较高量N的掺入抑制了sp3杂化C的形成,提高了薄膜中sp2键含量,使得薄膜光学带隙变小。参数D定义为俄歇电子能谱(AES)中最大正峰和最低负峰之间的距离,用俄歇电子能谱中的D值来计算薄膜的sp2键的百分含量,俄歇电子能谱(AES)表征也表明：较高量的N的掺入抑制了sp3杂化C的形成。所以应该考虑在较低N分压条件下掺N来改善非晶C薄膜的光学性能。     

Effects of Annealing Temperature on Structural and Optical Properties of ZnO Thin Films

The effects of annealing temperature on the structural and optical properties of ZnO films grown on Si （100） substrates by sol-gel spin-coating are investigated. The structural and optical properties are characterized by x-ray diffraction, scanning electron microscopy and photoluminescence spectra. X-ray diffraction analysis shows the crystal quality of ZnO films becomes better after annealing at high temperature. The grain size increases with the temperature increasing. It is found that the tensile stress in the plane of ZnO films first increases and then decreases with the annealing temperature increasing, reaching the maximum value of 1.8 GPa at 700℃. PL spectra of ZnO films annealed at various temperatures consists of a near band edge emission around 380 nm and visible emissions due to the electronic defects, which are related to deep level emissions, such as oxide antisite （OZn）, interstitial oxygen （Oi）, interstitial zinc （Zni） and zinc vacancy （VZn^-）, which are generated during annealing process. The evolution of defects is analyzed by PL spectra based on the energy of the electronic transitions.     

PbI2厚膜的结构、形貌与光谱性质研究

毫米级厚度碘化铅(PbI2)膜是制造下一代阵列高能辐射探测器的关键材料。采用近空间升华法制备了PbI2厚膜,研究升华源温度对制备样品晶体结构、表面形貌及光谱性质的影响。结果表明,随着源温度的升高,样品厚度由1 000μm下降到220μm。X射线衍射测试表明,厚膜为沿(002)晶面择优取向生长的六方相多晶结构,其晶粒尺寸、位错密度及生长应力与源温度密切相关。扫描电子显微镜测试显示,样品由六方片状颗粒堆积而成,其颗粒直径约为248μm,厚约32.7μm,有明显的层状结构。解谱拟合发现,样品的拉曼光谱有147,169,217和210cm-1等4个散射峰,前三个峰对应于4H晶型PbI2晶体的纵光学波振动模式,210cm-1来源于衬底SnO2的相关振动模式。随源温度的升高,147cm-1拉曼峰有明显变化,其峰强高于225℃时出现大幅度的下降,峰形展宽。在340nm光激发下,样品的室温光致发光谱在2.25,2.57和2.64eV附近出现弱的发光峰,来源于与缺陷和激子相关的复合。综合结构表征与光谱测试结果,200℃时沉积的PbI2厚膜具有最佳的结晶质量,其厚度约为659μm。