基于SOI材料α-Si:H TFTs的制作和特性研究（英文）

采用RF-PECVD系统在SOI材料上制作α-Si:H TFT,纳米非晶硅薄膜厚度为98nm,沟道长宽比为10μm/40μm。用扫描电子显微镜、X射线衍射和拉曼光谱等检测方法对不同退火温度下的氢化非晶硅薄膜形貌进行了表征。采用CMOS工艺、各向异性腐蚀溶液EPW、射频溅射技术和等离子体刻蚀等工艺实现α-Si:H TFT的制作。在给出一般α-Si:H TFT特性分析和实验结果的基础上,又采用建模方式对α-Si:H TFT出现的负阻特性进行研究。提取纳米氢化非晶硅薄膜与栅氧化层界面处能带图的结果表明,在靠近漏端0.5μm范围内,漏压由6V增加到30V时,随漏压的增加,价带能量逐渐下降。研究结果表明,距离漏端0.5μm范围内的压降导致负阻特性产生。     

非晶硅薄膜晶体管沟道中阈值电压及温度的分布

基于氢化非晶硅薄膜晶体管(a-Si:H TFT)沟道中陷阱态的双指数分布, 区分了带尾陷阱态和深能级陷阱态的特征温度.利用源端、漏端串联电阻及沟道电阻, 将源端和漏端特征长度与有源层接触长度、SiO₂/氢化非晶硅 (a-Si:H)界面陷阱态及a-Si:H薄膜内陷阱态联系起来. 由串联电阻上电流密度相等解出沟道势. 通过泊松方程和高斯定理 得出a-Si:H TFT沟道各点的阈值电压表达式, 结果表明 沟道中某一点的阈值电压随着该点与源端距离的增大而减小. 在此基础上, 研究了自加热效应引起沟道各点温度的变化, 结果显示a-Si:H TFT在自加热效应下, 从源端到漏端各点温度变化先增大后减小, 沟道中心的温度变化最大.     

PECVD分层结构对提高氢化非晶硅TFT迁移率的影响

为了进一步提高氢化非晶硅薄膜晶体管 (a-Si:H TFT) 的场效应电子迁移率, 研究了批量生产条件下对欧姆接触层和栅极绝缘层进行多层 制备, 不同的工艺参数对a-Si:H TFT场效应电子迁移率的影响. 研究表明随着对欧姆接触层 (n⁺层) 分层数的增加, 以及低速生长的栅极绝缘层 (GL层) 和高速生长的栅极绝缘层 (GH 层) 厚度比值提高, a-Si:H TFT的场效应迁移率得到提升. 当n⁺层分层数达到 3层, GL层和GH层厚度比值为4:11 时, 器件的场效应电子迁移率达到0.66 cm²/V·s, 比传统工艺提高了约一倍, 显著改善了a-Si:H TFT 的电学特性, 并在量产线上得到了验证. 关键词： 非晶硅薄膜晶体管 电子迁移率 欧姆接触层 栅极绝缘层     

微量掺碳nc-SiC:H薄膜用于p-i-n太阳电池的窗口层

采用等离子增强化学气相沉积方法(PECVD)制备了微量掺碳的p型纳米非晶硅碳薄膜(p-nc-SiC：H)，反应气体为硅烷和甲烷，掺杂气体采用硼烷，沉积温度分别采用333K，353K和373K.测量结果表明随着沉积温度增加和碳含量的增加，薄膜的光学带隙增加；薄膜具有较宽的带隙和较高的电导率，同时有较低的激活能(0.06eV).Raman和XRD测量结果表明薄膜存在纳米晶.优化的p型纳米非晶硅碳薄膜作为非晶硅p-i-n太阳电池的窗口层，使得太阳电池的开路电压达到0.94V. 关键词： 光学带隙 纳米硅 薄膜 太阳能电池     

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。     

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.     

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.     

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.     

低温铝诱导晶化制备纳米晶硅薄膜的物相和光学性能研究

采用射频磁控溅射镀膜系统,在玻璃衬底上制备了非晶硅(α-Si)/铝(Al)复合薄膜,结合氮气(N₂)气氛中低温快速光热退火制备了纳米晶硅(nc-Si)薄膜;利用光学显微镜、共焦光学显微仪、X射线衍射(XRD)仪、拉曼散射光谱(Raman)仪和紫外-可见光-近红外分光光度计(UV-VIS-NIR)对纳米晶硅薄膜的表面形貌、物相及光学性能进行了表征,研究了退火工艺对薄膜性能的影响。结果表明： 300 ℃,25 min光热退火可使α-Si/Al膜晶化为纳米晶硅薄膜,晶化率为15.56%,晶粒尺寸为1.75 nm;退火温度从300 ℃逐渐升高到400 ℃,纳米晶硅薄膜晶粒尺寸、晶化率、带隙逐渐增加,表面均匀性、晶格畸变量逐渐减小;退火温度从400 ℃逐渐升高到500 ℃,纳米晶硅薄膜的晶粒尺寸、晶化率继续增加,带隙则逐渐降低;采用纳米晶硅薄膜的吸光模型验证了所制备的纳米晶硅薄膜的光学特性,其光学带隙的变化趋势与吸光模型得出的结果一致。     

激光晶化形成纳米硅材料的场电子发射性质研究

利用KrF准分子激光退火超薄非晶硅膜,并结合热退火技术制备了单层纳米硅薄膜并研究了薄膜的场电子发射性质.在晶化形成的纳米硅薄膜中可以观测到稳定的场电子发射现象,其开启电场从原始淀积的非晶硅薄膜的17V/μm降低到8.5V/μm,而场发射电流密度可以达到0.1mA/cm².激光晶化后形成的纳米硅材料的场电子发射特性的改善可以从薄膜表面形貌的改变以及高密度纳米硅的形成所导致的内部电场增强作用来解释. 关键词： 纳米硅 场发射 激光晶化     

不同退火温度下晶化硅薄膜的电学输运性质

采用等离子体化学气相沉积技术制备氢化非晶硅薄膜,经过不同温度下的热退火处理,使薄膜由非晶结构向晶化结构转变,得到含有纳米晶粒的晶化硅薄膜.在晶化过程中,采用Raman技术对样品的结构进行表征.通过变温电导率的测试,对薄膜的电学输运性质进行了分析.研究结果表明：退火温度为700 ℃时,样品中开始有纳米晶形成,随着退火温度的增加,样品的晶化比增大,在1000 ℃时,薄膜的晶化比达到90%以上.在700 ℃退火时,薄膜中晶化成分较低,载流子的传输特性主要受到与硅悬挂键有关的缺陷态影响,表现为带尾定域态的跳跃电导 关键词： 氢化非晶硅 退火 纳米硅 电输运     

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     

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。     

镶嵌在氢化氮化硅中纳米非晶硅粒子光吸收的模拟

采用量子限制效应模型对镶嵌有纳米非晶硅粒子的氢化氮化硅薄膜的光吸收进行了理论模拟,探讨了由吸收谱分析给出该结构薄膜光学参数的方法,并通过对不同氮含量样品的讨论给出了量子限制效应和纳米硅粒子表面的结构无序对薄膜光吸收特性的影响规律。分析结果表明,随氮含量的增加,薄膜有效光学带隙增大,该结果与薄膜中纳米硅粒子平均尺寸的减小引起的量子限制效应的增强相关,而小粒度纳米硅粒子比例增加所引入的较高微观结构无序度和较多缺陷将会导致薄膜低能吸收区吸收系数增加。     

Tl-2212本征约瑟夫森结型负阻器件及负阻放大器

我们利用Tl-2212超导薄膜制作出了的本征约瑟夫森结型负阻器件.对于4 μm长3 μm宽的微桥型负阻器件,峰值电压为0.09V,峰值电流为1.44mA,谷值电压为0.75V,谷值电流为1.05mA,线性区间内负阻阻值约为-1400Ω.利用这种器件,制作了简单的负阻并联式电流放大器.实验证明它确实对信号具有电流放大作用,放大倍数可以通过改变负载电阻的大小来改变.     

氢化非晶硅薄膜的热导率研究

采用铂电极为加热电阻,研究了厚度为300—370nm等离子体化学气相沉积(PECVD)工艺制备的氢化非晶硅(a-Si：H)薄膜的热导率随衬底温度的变化规律.用光谱式椭偏仪拟合测量薄膜的厚度,得到了沉积速率随衬底温度变化规律,傅里叶红外(FTIR)表征了在KBr晶片衬底上制备的a-Si：H薄膜的红外光谱特性,SiH原子团键合模的震动对热量的吸收降低了薄膜热导率.从动力学角度分析了薄膜热导率随平均温度升高而增大的原因,并比较了声子传播和自由电子移动在a-Si：H薄膜热导率变化上的作用差异. 关键词： 非晶硅 热导率 薄膜 热能     

渐变带隙氢化非晶硅锗薄膜太阳能电池的优化设计

利用一维微电子-光电子结构分析软件(AMPS-1D)在AM1.5G(100 mW/cm2)、室温条件下模拟和比较了有、无渐变带隙氢化非晶硅锗(a-SiGe:H)薄膜太阳能电池的各项性能.计算结果表明:渐变带隙结构电池具有较高的开路电压(V oc)和较好的填充因子(FF),转换效率(E ff)比非渐变带隙电池提高了0.477%.研究了氢化非晶硅(a-Si:H)、氢化非晶碳化硅(a-SiC:H)和氢化纳米晶硅(nc-Si:H)三种不同材料的窗口层对a-SiGe:H薄膜太阳能电池性能的影响.结果显示:在以nc-Si:H为窗口层的电池能带中,费米能级E F已经进入价带,使得窗口层电导率及电池开路电压有所提高,又由于ITO与p-nc-Si:H的接触势垒较低,使得接触处的电场降低,更有利于载流子的收集.另一方面,窗口层与a-SiGe:H薄膜之间存在较大的带隙差,在p/i界面由于能带补偿作用形成了价带势垒(带阶)?E v,阻碍了空穴的迁移,因此我们在p/i界面引入缓冲层,使得能带补偿作用得到释放,更有利于空穴的迁移和收集,得到优化后单结渐变带隙a-SiGe:H薄膜结构太阳能电池的转换效率达到了9.104%.     

甚高频等离子体增强化学气相沉积法沉积μc-Si∶H薄膜中氧污染的初步研究

对不同的本底真空条件下,采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术沉积的氢化微晶硅（μc_Si∶H）薄膜中的氧污染问题进行了比较研究.对不同氧污染条件下制备的薄膜样品的x射线光电子能谱与傅里叶变换红外吸收光谱测量结果表明：μc_Si∶H薄膜中,氧以Si—O，O—O和O—H三种不同的键合模式存在,不同的键合模式源自不同的物理机理.μc_Si∶H薄膜的Raman光谱、电导率与激活能的测量结果进一步显示：沉积过程中氧污染程度的不同,对μc_Si∶H薄膜的结构特性与电学特性产生显著影响；而不同氧污染对μc_Si∶H薄膜电学特性的影响不同于氢化非晶硅（a_Si:H）薄膜. 关键词： 氢化微晶硅薄膜 甚高频等离子体增强化学气相沉积 氧污染     

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     

a—Si：O：H薄膜微结构及其高温退火行为研究

以微区Raman散射、X射线光电子能谱和红外吸收对等离子体增强化学气相沉积（PECVD）法制备的氢化非晶硅氧（a-Si:O:H)薄膜微结构及其退火行为进行了细致研究。结果表明a-Si:O:H薄膜具有明显的相分离结构,富Si相镶嵌于富O相之中,其中富Si相为非氢化四面体结构形式的非晶硅（a-Si),富O相为Si,O,H三种原子随机键合形成的SiOx:H(x≈1.35)。经1150℃高温退火,薄膜中的H全部释出;SiOx:H(x≈1.35)介质在析出部分Si原子的同时发生结构相变,形成稳定的SiO2和SiOx(x≈0.64);在析出的Si原子参与下,薄膜中a-Si颗粒固相晶化的成核和生长过程得以进行,形成纳米晶硅（nc-Si),研究发现此时的薄膜具有典型的壳层结构,在nc-Si颗粒表面和外围SiO2介质之间存在着纳米厚度的SiOx(x≈0.64)中间相。