脉冲激光晶化非晶硅薄膜的有限差分模拟

 根据热传导原理,建立了脉冲激光晶化非晶硅薄膜的理论模型。运用有限差分方法研究了不同激光波长、能量密度等因素对薄膜温度变化及相变过程的影响。计算了不同波长激光器对厚度500 nm非晶硅晶化的阈值能量密度。结果发现,准分子晶化的阈值能量密度最低,但是在同样的能量密度下,熔融深度却不及使用更长波长的激光器。计算并分析了升高衬底温度对结晶速度和晶粒尺寸的影响,模拟结果较好地验证了实验结论和规律。     

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。     

非晶硅薄膜的激光晶化及深度剖析喇曼光谱研究

利用共焦显微喇曼光谱仪，对采用PECVD方法制备的非晶硅薄膜进行了退火晶化。晶化后薄膜的喇曼光谱表明。薄膜由非晶硅结构转变为微晶硅结构，同时根据微晶硅结构的喇曼光谱的晶化峰位的移动。可以计算出晶化后微晶硅晶粒尺寸为5nm左右。在对晶化后的薄膜进行深度剖析喇曼光谱研究中，对光谱进行分峰拟合，根据晶化峰的积分强度和非晶峰的积分强度的深度剖析曲线。可以看出晶化程度最高的部分位于薄膜中央，也就是在薄膜上层和接近衬底底部材料结构仍是非晶硅结构。而位于薄膜中间的材料结构转变为微晶硅结构。     

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.     

488nm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/cm...     

非晶硅薄膜的低温快速晶化及其结构分析

在镀铝的廉价玻璃衬底上高速沉积的非晶硅薄膜在不同的温度下退火10min.退火温度为500℃时,薄膜表面形成了硅铝的混合相,非晶硅薄膜开始呈现了晶化现象 退火温度为550℃时,大部分(约80%)的非晶硅晶化为多晶硅,平均晶粒尺寸为500nm 退火温度为600℃时,几乎所有的非晶硅都转化为多晶硅,其平均晶粒尺寸约为15μm.     

脉冲激光诱导金属薄膜电离的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟研究了激光诱导金属薄膜的电离过程,对激光等离子体形成早期原子的运动轨迹、薄膜表面的温度变化以及原子的电离特性进行了详细分析,并探究了脉冲激光参数对原子电离过程的影响.结果表明,在激光照射过程中,薄膜表面先熔化而后又气化,气化的原子继续吸收激光能量继而电离.激光的峰值功率密度越大,原子电离速率越快,电离数目越多,薄膜表面的温度越高.脉冲宽度越小,原子电离速率越快,薄膜表面的温度越高,但原子的电离数目先增加后减小.     

非晶硅薄膜的低温快速晶化及其结构分析

在镀铝的廉价玻璃衬底上高速沉积的非晶硅薄膜在不同的温度下退火10min.退火温度为500℃时,薄膜表面形成了硅铝的混合相, 非晶硅薄膜开始呈现了晶化现象;退火温度为550℃时,大部分(约80%)的非晶硅晶化为多晶硅,平均晶粒尺寸为500nm;退火温度为600℃时,几乎所有的非晶硅都转化为多晶硅,其平均晶粒尺寸约为1.5μm.     

纳米Cu颗粒等温晶化过程的分子动力学模拟研究

采用分子动力学方法和镶嵌原子势,模拟了500个Cu原子(简称Cu₅₀₀) 组成的纳米颗粒的等温晶化过程.利用修正的均方位移、键对分析技术和内在结构(IS) 等方法对该过程中的结构和动力学行为进行分析研究.结果显示:与块体金属不同的是, Cu₅₀₀纳米颗粒在某一温度保温时,其晶化时间并不是一个定值, 而是存在一个统计分布,并且保温温度越低其晶化时间的分布范围越广, 最长晶化时间越长.在低温晶化时, Cu₅₀₀经历了一系列中间构型的转变才达到晶态, 表现出多步晶化的特征.文章作者研究了颗粒的初始构型对晶化进程的影响, 发现颗粒的初始结构特征和能量状态对其随后的晶化过程有着重要的影响, 同一温度下,颗粒初始构型的IS能量越低其晶化时间越长,这一点在低温时尤其明显.     

碳化硅薄膜脉冲激光晶化特性研究

采用XeCl准分子激光对非晶碳化硅(a-SiC)薄膜的脉冲激光晶化特性进行了研究.通过原子力显微镜（AFM）和Raman光谱技术对退火前后薄膜样品的形貌、结构及物相特性进行了分析.结果表明，选用合适的激光能量采用激光退火技术能够实现a-SiC薄膜的纳米晶化.退火薄膜中的纳米颗粒大小随着激光能量密度的增加而增大；Raman谱分析结果显示了退火后的薄膜的晶态结构特性并给出了伴随退火过程存在的物相分凝现象.根据以上结果并结合激光退火特性，对a-SiC的脉冲激光晶化机理进行了讨论. 关键词： 激光退火 晶化 碳化硅     

非晶Ti3Al合金的变形晶化机理的原子模拟

利用分子动力学方法研究了非晶Ti₃Al合金拉伸过程中的晶化行为，模拟结果表明局部塑性变形导致非晶合金晶化.从微观结构演化的角度分析了拉伸过程中的晶化机理，局部剪切导致拉伸过程中晶粒发生成核与合并，最终生成的晶粒具有面心立方结构.晶核的生长过程伴随着应力强化现象，非晶相中的纳米晶粒能提高非晶合金材料的强度. 关键词： 非晶合金 变形晶化 分子动力学     

Nickel-disilicide-assisted excimer laser crystallization of amorphous silicon

Polycrystalline silicon (poly-Si) thin film has been prepared by means of nickel-disilicide (NiSi多晶硅 受激准分子激光器结晶 结晶化 界面晶粒生长polycrystalline silicon, excimer laser crystallization,Ni-disilicide, Ni-metal-induced lateral crystallization, two-interface grain growthProject supported by the National High Technology Development Program of China (Grant No 2002AA303250) and by the National Natural Science Foundation of China (Grant No 60576056).9/7/2005 12:00:00 AM3/6/2006 12:00:00 AMPolycrystalline silicon （poly-Si） thin film has been prepared by means of nickel-disilicide （NiSi2） assisted excimer laser crystallization （ELC）. The process to prepare a sample includes two steps. One step consists of the formation of NiSi2 precipitates by heat-treating the dehydrogenated amorphous silicon （a-Si） coated with a thin layer of Ni. And the other step consists of the formation of poly-Si grains by means of ELC. According to the test results of scanning electron microscopy （SEM）, another grain growth model named two-interface grain growth has been proposed to contrast with the conventional Ni-metal-induced lateral crystallization （Ni-MILC） model and the ELC model. That is, an additional grain growth interface other than that in conventional ELC is formed, which consists of NiSi2 precipitates and a-Si. The processes for grain growth according to various excimer laser energy densities delivered to the a-Si film have been discussed. It is discovered that grains with needle shape and most of a uniform orientation are formed which grow up with NiSi2 precipitates as seeds. The reason for the formation of such grains which are different from that of Ni-MILC without migration of Ni atoms is not clear. Our model and analysis point out a method to prepare grains with needle shape and mostly of a uniform orientation. If such grains are utilized to make thin-film transistor, its characteristics may be improved.     

激光干涉结晶法制备一维周期结构的纳米硅阵列

利用激光干涉结晶方法,采用周期为400 nm的一维(1D)移相光栅掩模调制KrF准分子激光器的脉冲激光束斑的能量分布,在不同厚度的超薄氢化非晶硅(a-Si:H)膜内直接制备1D有序纳米硅(nc-Si)阵列.拉曼散射谱表明,样品上呈条状分布的受辐照区域发生晶化.原子力显微镜和透射电子显微镜测试结果表明：1D的nc-Si阵列的周期和移相光栅掩模一样.随着a-Si:H膜厚度从10nm降至4nm,通过控制激光的能量密度,每个周期中nc-Si条状分布区宽度可达到30nm.nc-Si条状分布区的高分辨电子显微镜照片显 关键词： 纳米硅 激光干涉结晶 移相光栅 定域晶化     

Nanocrystalline silicon films prepared by laser—induced crystallization

The excimer laser-induced crystallization technique has been used to investigate the preparation of nanocrystalline silicon (nc-Si) from amorphous silicon ($\al$-Si) thin films on silicon or glass substrates. The $\al$-Si films without hydrogen grown by pulsed-laser deposition are chosen as precursor to avoid the problem of hydrogen effluence during annealing. Analyses have been performed by scanning electron microscopy, atomic force microscopy, Raman scattering spectroscopy and high-resolution transmission--electron microscopy. Experimental results show that silicon nanocrystals can be formed through laser annealing. The growth characters of nc-Si are strongly dependent on the laser energy density. It is shown that the volume of the molten silicon predominates essentially the grain size of nc-Si, and the surface tension of the crystallized silicon is responsible for the mechanism of nc-Si growth.     

脉冲激光气相沉积法制备的非晶CH薄膜特性分析

采用脉冲激光气相沉积(PLD)法,研究了氢气压强对非晶CH薄膜性能的影响。原子力显微镜图和白光干涉图显示,薄膜表面平整致密,随着氢气压强增大,粗糙度变大。拉曼光谱分析表明,氢气压强增加,G峰和D峰位置都在向高波数方向移动。傅里叶变换红外光谱分析显示,薄膜中存在sp3—CH2和sp2—CH等基团。最后,采用PLD漂浮法在最优参数氢气压强为0.3 Pa下,成功制备了不同厚度（100~300 nm）、满足一定力学强度、无明显宏观缺陷的自支撑CH薄膜。     

金刚石表面无定形碳氢薄膜生长的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟方法研究了CH₂基团轰击金刚石(111)面所形成的无定形碳氢薄膜(a-C:H)的生长过程. 结构分析表明, 得到的无定形碳氢薄膜中碳原子的局域结构(如C–C第一近邻数)与其中氢原子的含量密切相关. CH₂ 基团入射能量的增加会导致得到的薄膜的氢含量降低, 从而改变薄膜中类sp³成键碳原子的比例.     

Heterogeneous crystallization of amorphous silicon expedited by external force fields: a molecular dynamics study

Applying a molecular dynamics simulation technique with the Tersoff potential, we investigate the isothermal crystallization processes of amorphous silicon (a-Si). To obtain a realistic amorphous structure, a rapid quenching process from liquid-phase at 3500 K to solid-phase at 500 K is simulated at a rate of 10¹² K/s and the Voronoi analysis is conducted to observe atomic structural changes during this cooling process. This amorphous structure is utilized to simulate the crystallization processes at various process temperatures with and without external force fields. While homogeneous crystallization of a-Si could not be achieved readily, it is shown that the heterogeneous crystallization can be significantly accelerated by external force fields. This enhancement is owing to increased molecular jumping frequencies associated with the molecular potential energies being increased by external excitations, rather than due to thermal mechanisms normally found in conventional solid-phase crystallization processes.     

非晶硅薄膜太阳能电池的紫外激光刻蚀工艺

为提高电池的光电转换效率,通过改善激光刻蚀工艺,采用355 nm紫外纳秒激光分别进行了ZnO：Al薄膜（AZO）刻蚀（P1）、非晶硅薄膜（-Si）刻蚀（P2）和背电极刻蚀（P3）研究。采用万用表测量P1隔离电阻,采用电子扫描显微镜（SEM）和三维激光扫描仪测量刻槽的微结构和三维成像,激光拉曼散射光谱检测非晶硅薄膜刻蚀边缘的晶化。实验结果表明,当刻蚀速度600 mm/s,重复频率40 kHz,功率1.74 W的紫外激光刻蚀ZnO：Al薄膜时,刻槽的隔离效果最佳,达20 M; 紫外激光刻蚀能够有效地减小激光热效应引起的热影响和刻槽边缘的晶化范围,提高非晶硅薄膜电池的性能。