温度对快速热退火制备多晶硅薄膜结构与电学性能的影响

采用快速热退火方法对热丝CVD沉积的非晶硅薄膜进行了晶化处理.利用傅里叶红外光谱研究了非晶硅薄膜脱氢处理前后Si-Hx含量的变化;用X射线衍射(XRD),拉曼(Raman)光谱和扫描电子显微镜研究了硅薄膜的结构性能与退火温度的关系;利用电导率测试研究了硅薄膜的电学性能对退火温度的依赖性.研究发现,脱氢处理可以有效的抑制快速热退火引起的硅薄膜中微裂纹的出现.随着退火温度由700℃升高至1100℃,硅薄膜的结晶性逐渐升高,在1100℃下快速热退火15 s制备的多晶硅薄膜的晶化率高达96.7;.同时,硼掺杂硅薄膜的电导率也由700℃退火的1.39×10-6 S·cm-1提高至1100℃退火的16.41 S·cm-1,增大了7个数量级.     

硼掺杂对μc-Si:H薄膜微结构和光电性能的影响

采用射频等离子增强化学气相沉积(RF-PECVD)法制备了掺硼氢化微晶硅(μc-Si:H)薄膜,研究了硼掺杂对薄膜的结晶状况、沉积速率、暗电导率和光学带隙的影响.拉曼光谱、扫描电子显微镜、分光光度计和电导率测试结果表明:当掺硼比(B2H6/SiH4)由0.1;增加到0.75;时,硅膜的晶化率逐渐降低,并由微晶向非晶过渡;沉积速率随掺硼比的增加线性增大;暗电导率先升高后下降,当掺硼比为0.5;时,暗电导率最大;光学带隙随掺硼比的增加逐渐减小.     

P型微晶硅氧薄膜光电性能研究

本工作采用甚高频等离子体化学气相沉积(VHF-PECVD)技术制备了P型微晶硅氧窗口层薄膜,讨论了P型微晶硅氧的光电特性随硼烷掺杂率的变化.采用紫外-可见透射光谱,拉曼光谱,傅立叶变换红外吸收光谱(FTIR),暗电导测量对薄膜的光电特性进行了表征.结果表明,P型微晶硅氧材料均表现为微晶态,随着硼烷掺杂率增加,晶化程度逐步降低,暗电导率快速减小,光学带隙持续降低.该结果可归因于硼烷掺杂的增加抑制晶化使得非晶成分增多,有效掺杂率降低导致薄膜电导率下降,另一方面,对硅氧物相分离的阻碍作用导致薄膜带隙下降.硼烷掺杂率为0.4;样品的电导率高达0.158 S/cm且光学带隙为2.2 eV,兼具高透射性和良好电导率,可作为高效硅基太阳电池的窗口层.     

衬底温度对含硅量子点的SiCx薄膜结构及其光学特性的影响

采用磁控共溅射沉积法,以Si靶和SiC靶为靶材,单晶Si(100)和石英为衬底,在不同衬底温度下沉积了富硅SiCx薄膜.在氮气氛下于1100 ℃退火,得到包含硅量子点的SiCx薄膜.采用傅立叶变换红外吸收光谱、拉曼光谱、掠入射X射线衍射和吸收谱对退火后的SiCx薄膜进行了表征.结果表明:当衬底温度从室温(25℃)升至300℃时,薄膜的晶化率增至71.3;,硅量子点尺寸增至8.9 nm,而光学带隙则减至2.42 eV;随着衬底温度进一步升高,薄膜的晶化率降至63.1;,硅量子点尺寸减小至7.3 nm,而光学带隙却增加至2.57 eV;当衬底温度从室温(25℃)升至400℃时,薄膜的吸收系数呈先增大后减小趋势.在本实验条件下,最佳衬底温度为300℃.     

掺磷nc-Si:H薄膜的微结构与光电特性

采用常规射频等离子体增强化学气相沉积方法,以高氢稀释的SiH4为源气体和以PH3为掺杂剂,制备了磷掺杂的氢化纳米晶硅薄膜.结果表明,薄膜的生长速率随PH3/SiH4流量比(Cp)增加而显著减小.Raman谱的研究证实,随CP增加,薄膜的晶化率经历了先增大后减小的过程,当C,=1.0;,晶化率达到最大值45.9;.傅里叶变换红外吸收谱测量结果显示,薄膜中的H含量在CP=2.0;时达到最低值9.5;.光学测量结果表明,本征和掺P的氢化纳米晶硅薄膜在可见光谱范围呈现出良好的光吸收特性,在0.8 ～3.0 eV范围内,nc-Si (P):H薄膜的吸收系数显著大于c-Si.和α-Si:H薄膜相比,虽然短波范围的吸收系数较低,但是在hv＜1.7 eV区域,nc-Si(P):H薄膜的吸收系数要高两到三个量级,显示出优良的红光响应.电学测量表明,适当掺P会显著提高氢化纳米晶硅薄膜的暗电导率,当CP=0.5;时,薄膜的暗电导率可达5.4S·cm-1.     

P型微晶硅薄膜材料性能的研究

本文讨论了P型微晶硅薄膜性能随硅烷浓度(SC)的变化.采用X射线衍射仪(XRD),拉曼光谱仪和傅立叶变换红外吸收光谱仪(FTIR)对薄膜的结构进行了表征.随硅烷浓度的增加,微晶硅薄膜材料的生长速率和暗电导率(σd)逐渐增大,光学带隙逐渐降低.当硅烷浓度为2.0;时,硅基薄膜材料是以非晶硅为主并有散落的微晶硅颗粒的非晶硅结构.当硅烷浓度为1.5;时,硼的掺杂效率最大,同时可观察到硼抑制薄膜晶化的现象.     

用快速光热退火制备多晶硅薄膜的研究

用等离子体增强型化学气相沉积先得到非晶硅(a-Si:H)薄膜,再用卤钨灯照射的方法对其进行快速光热退火(RPTA),得到了多晶硅薄膜.然后,进行XRD衍射谱、暗电导率和拉曼光谱等的测量.结果发现,a-Si:H薄膜在RPTA退火中,退火温度在750℃以上,晶化时间需要2min,退火温度在650℃以下,晶化时间则需要2.5h;晶化后,晶粒的优先取向是(111)晶向;退火温度850℃时,得到的晶粒最大,暗电导率也最大;退火温度越高,晶化程度越好;退火时间越长,晶粒尺寸越大;光子激励在RPTA退火中起着重要作用.     

ECR-PECVD制备n型微晶硅薄膜的研究

用电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积(ECR-PECVD)的方法制备了磷掺杂微晶硅薄膜材料.通过Hall,Raman光谱和XRD的测试分析,研究了衬底温度和磷烷流量对掺杂薄膜组织结构和电学性能的影响.根据AFM照片分析了薄膜的表面形貌,进而推测了薄膜的内部组成.实验发现:衬底温度在250 ℃时,磷烷的加入会大大降低薄膜的晶化率.衬底温度提高到350 ℃后这种影响明显下降.薄膜的载流子浓度和电导率受薄膜晶化率影响明显,衬底温度的升高对薄膜电学性能提高有较大帮助.     

从P-a-SiC:H到P-μc-Si:H过程中材料特性的变化

采用RF-PECVD方法,在P-a-SiC:H薄膜沉积技术基础上,通过逐步减小碳、硼的掺杂浓度,增大氢稀释率,使材料从非晶态向微晶态转变,在获得本征微晶材料之后,再逐步增大硼掺杂浓度,得到P型微晶硅薄膜材料(暗电导率为5.22×10-3S/cm,光学带隙大于2.0eV).在这个过程中可以明显观察到碳、硼抑制材料晶化的作用.     

PECVD沉积硅薄膜退火性质的分析

利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)制备硅薄膜,对硅薄膜进行退火处理.通过X射线衍射谱,拉曼光谱以及傅里叶变换红外吸收光谱,研究了退火温度在550～ 700℃范围内,硅薄膜退火过程中的生长特性.实验表明:多晶硅的晶粒尺寸并不随着退火温度的提高而持续增大,当退火温度在550～650℃范围内,硅薄膜始终表现出(111)方向的择优生长取向.当退火温度高于650℃时,氧原子活性增强,硅-氧键增加.对于存在应变、已结晶的薄膜,由于内部应力的累积,薄膜更容易随着退火温度的升高而脱落.     

利用快速热退火法制备多晶硅薄膜

为了制备优质的多晶硅薄膜,该论文研究了非晶硅薄膜的快速热退火(RTA)技术.先利用PECVD设备沉积非晶硅薄膜,然后把其放入快速热退火炉中进行退火.退火前后的薄膜利用X射线衍射(XRD)仪、Raman光谱仪及扫描电子显微镜(SEM)测试其晶体结构及表面形貌,利用电导率测试设备测试其暗电导率.研究表明退火温度、退火时间以及沉积时的衬底温度对非晶硅薄膜的晶化都有很大的影响.     

退火时间对铝诱导非晶硅薄膜晶化过程的影响

基于铝诱导非晶硅薄膜固相晶化方法,利用直流磁控溅射离子镀技术制备了Al/ Si…Al/ Si/ glass周期性结构的薄膜.采用真空退火炉对Al/ Si多层薄膜进行了500℃退火实验,通过透射电子显微镜(TEM)分析了不同退火时间下Al/ Si多层薄膜截面形貌的变化规律,并结合扩散过程探讨了退火时间对铝诱导非晶硅薄膜晶化过程的影响机理.研究结果表明:在铝诱导非晶硅薄膜固相晶化过程中,在退火过程的初期,晶态硅薄膜的生长主要来源于因Al的存在而形成的硅初始品核数量增加的贡献.随退火时间的延长,晶态硅薄膜的生长主要是依靠临界浓度线已推进区域中未参与形核的硅原子扩散至初始品核位置并进行外延生长来实现的.经500℃退火1 h后,Al/ Si薄膜的截面形貌巾出现了沿Si(111)晶面生长的栾品组织.     

磷/硼共掺杂纳米硅的微观结构与光电性质

采用射频(RF)等离子体增强化学气相沉积系统制备了硅/二氧化硅多层膜样品,在异质结限制性晶化作用下得到了尺寸均匀的磷/硼共掺杂纳米硅。通过拉曼光谱(Raman)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)研究了磷/硼共掺杂纳米硅/二氧化硅多层膜的微观结构和杂质的分布特点。低温电子顺磁共振(EPR)结果表明,磷、硼杂质可以改变纳米硅的表面化学结构并充分钝化表面处的非辐射复合缺陷。Hall效应测试发现磷和硼杂质可替位式地掺入到纳米硅的内部,且磷杂质具有更高的掺杂效率;通过改变磷硼杂质的掺杂比例可以调控纳米硅的导电类型和载流子浓度。在小尺寸磷/硼共掺杂纳米硅中获得了1 200 nm处满足光通信波段的近红外发光,并通过调控磷的掺杂浓度实现了近红外发光的增强。通过时间分辨荧光光谱测试,结合EPR结果探讨了磷掺杂对纳米硅内部辐射复合和非辐射复合过程的调控使1 200 nm发光增强的物理机制。     

不同衬底制备硅薄膜的微结构研究

本文用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,在普通玻璃衬底、未织构的氧化锌掺铝(AZO)覆盖的普通玻璃衬底和石英衬底上室温下制备了微晶硅薄膜.然后用快速光热退火炉(RTP)在600℃下对样品进行了7min的退火处理, 借助Raman和SEM对退火前后硅薄膜微结构进行了研究,并用声子限域理论和纳晶表面效应对实验现象进行了分析.结果表明:(1) 薄膜沉积过程中,衬底结构对薄膜微结构有重要影响,相对来说石英衬底上沉积的硅薄膜最容易晶化,其次是玻璃衬底,再其次是未织构的AZO覆盖的玻璃衬底.初步分析认为,主要是因为衬底的无序结构与硅的晶体结构的失配程度不同造成的影响;(2)退火后,薄膜晶粒尺寸均增大.进一步推测, AZO薄膜微结构随退火的变化将导致硅薄膜微结构受到牵连影响.     

Ti掺杂的CrSi2纳米薄膜的微结构和热电性能

利用高真空磁控溅射设备并顺序沉积Cr、Ti和Si层并随后在500℃真空退火6h,在Si(100)衬底上,获得不同Ti掺杂量的CrSi2薄膜.场发射扫描电镜观察表面形貌显示,沉积薄膜具有7～8 nm的晶粒且尺寸比较均匀,Ti含量增加,晶粒尺寸略有增加;X射线衍射谱显示沉积薄膜具有单一CrSi2点阵(111)晶面择优取向,在1.16at;到1.74at;的Ti含量范围内,随Ti含量的增加,CrSi2纳米薄膜的(111)择优取向的程度下降,同时,Ti含量增加,薄膜CrSi2点阵常数增加,这表明Ti在CrSi2晶体中以替位形式存在.随着Ti含量增加,沉积薄膜的霍尔系数降低,空穴浓度增加,同时薄膜空穴载流子的迁移率和Seebeck系数单调下降;受空穴浓度增加和迁移率降低的影响,随Ti含量增加,沉积薄膜电导率和功率因子呈现先增加达到最大值后又下降的趋势.     

沉积温度对等离子体化学气相沉积制备硅氧薄膜微结构的影响

利用13.56 MHz的射频等离子体化学气相沉积设备(RF-PECVD)在不同沉积温度(50～400℃)下制备了一系列氢化硅氧(SiOx:H)薄膜材料,并研究了薄膜材料性能与微结构的变化规律.随着沉积温度的增加,薄膜内的氧含量(CO)下降,晶化率(XC)也下降,折射率(n)上升,此外,薄膜的结构因子(R)下降,氢含量(...     

退火温度对Co掺杂CeO2稀磁氧化物薄膜的结构和铁磁性能的影响

采用溶胶-凝胶法,在Si(100)和石英玻璃衬底上制备了3;Co掺杂CeO2稀磁氧化物薄膜,研究了不同退火温度(500 ℃, 600 ℃和700 ℃)对薄膜结构和铁磁性能的影响.XRD 和拉曼光谱结果表明,随着退火温度的升高,薄膜晶化度明显提高.不同退火温度下的3;Co掺杂CeO2薄膜为多晶薄膜,且未破坏CeO2原有的结构.随着退火温度的升高, 晶粒尺寸逐渐增大.另外,3;Co掺杂CeO2薄膜在可见光范围内都有很好的透射率,其室温下的光学带隙Eg随退火温度增加而减小.超导量子干涉磁强计(SQUID)测量表明所有样品都表现出室温铁磁性,随着退火温度的升高,饱和磁化强度和矫顽力增大,700 ℃退火的薄膜具有最大的饱和磁化强度和最大的矫顽力.不同退火温度导致样品的磁性有了明显的变化,这源于磁性产生的不同机理.可见薄膜的结构最终影响了其铁磁性能.     

高硼硅玻璃薄膜的磁控溅射沉积及性能研究

本文采用射频磁控溅射法,以高硼硅玻璃为靶材,在高硼硅玻璃基底上制备高硼硅玻璃薄膜。探讨磁控溅射法与熔融法制得的高硼硅玻璃的性能差异,研究磁控溅射功率对高硼硅玻璃薄膜质量的影响。通过X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜(SEM)、台阶仪、紫外可见(UV-Vis)分光光度计和纳米压痕仪器等对薄膜的物相结构、成分、沉积速率、透光率,以及纳米硬度和杨氏模量进行表征与分析。结果表明:本实验所制备的高硼硅玻璃薄膜为非晶态结构;当工作气压为0.6 Pa时,薄膜的沉积速率随溅射功率上升不断增加;对比不同溅射功率下的透光率,发现高硼硅玻璃薄膜对基体的透光性影响较小,当溅射功率为150 W,可见光透光率损失仅为2%;不同溅射功率下获得薄膜的纳米硬度和杨氏模量随溅射功率先增大后减小,在120 W时达到最大峰值,相较于原玻璃基底分别提升3%和3.5%。     

电化学共沉积法制备GaAs纳米结构薄膜及表征

以含一定比例Ga与As2O3的酸性溶液(pH=2.5)作为前驱溶液,以Pt片为对电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极,室温下利用三电极电化学站在Ti衬底上恒压沉积GaAs薄膜.然后对GaAs薄膜进行退火处理.利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM),以及荧光光度计(PL)分别对不同沉积电压下所制备的薄膜的晶体结构,薄膜形貌以及光学性能进行分析表征.结果表明:沉积电压以及退火过程对GaAs薄膜的形貌、晶体结构、薄膜质量有很大影响,所制备的GaAs薄膜退火前晶化程度较低,部分粒子表现出不均匀团聚.光致发光峰为红光发射,且单色性好.退火后的GaAs薄膜为面心立方晶型,呈纳米颗粒状,薄膜的光电性能明显提高.     

基于PECVD制备多晶硅薄膜研究

基于PECVD以高纯SiH4为气源研究制备多晶硅薄膜,在衬底温度550℃、射频(13.56MHz)电源功率为20W直接沉积获得多晶硅薄膜.采用X射线衍射仪(XRD) 和场发射扫描电子显微镜(SEM) 对多个样品薄膜的结晶情况及形貌进行分析,薄膜结晶粒取向均为<111>、<220>、<311>晶向.对550℃沉积态薄膜在900℃、1100℃时进行高温退火处理,硅衍射峰明显加强.结果表明,退火温度越高,退火时间越长,得到多晶硅薄膜表面晶粒趋于平坦,择优取向为<111>晶向,晶粒也相对增大.