热丝CVD法在单晶硅衬底上低温外延生长Si和Ge薄膜的研究

采用热丝CVD法在单晶Si衬底上进行了Si和Ge 薄膜的低温外延生长,用XRD和Raman谱对其结构性能进行了分析.结果表明:在衬底温度200 ℃时,Si(111)单晶衬底上外延生长出了Raman峰位置为521.0 cm-1;X射线半峰宽(FWHM)为5.04 cm-1.结晶质量非常接近于体单晶的(111)取向的本征Si薄膜;在衬底温度为300 ℃时,在Si(100)单晶衬底上异质外延,得到了Raman峰位置为300.3 cm-1的Ge薄膜,Ge薄膜的晶体取向为Ge(220).研究表明热丝CVD是一种很好的低温外延薄膜的方法.     

Al_2O_3-TiO_2复合薄膜晶相及形貌研究

本文以钛酸正四丁酯为前驱体采用溶胶凝胶法制备了稳定的TiO2溶胶,以可溶性的硝酸铝作为掺杂剂制备了Al2O3-TiO2复合薄膜。采用XRD分析了薄膜的晶相组成,AFM表征了薄膜表面粗糙度随着Al2O3添加量的增加而变化的趋势。XRD测试结果表明,随着Al2O3添加量的增加,薄膜中TiO2晶粒的平均尺寸逐渐减小;而AFM测试结果表明,薄膜表面粗糙度呈现减小的趋势,但是当Ti/Al比例增加到1∶0.12时,颗粒尺寸比1∶0.06时有所增大,这主要是由于包覆在TiO2晶粒表面的Al2O3非晶相增多导致颗粒聚集生长严重所致。     

热壁外延制备InAs/Si(211)薄膜及其电学性能研究

采用热壁外延(Hot Wall Epitaxy,HWE)沉积系统在单晶Si(211)衬底表面制备了InAs薄膜,研究了不同生长温度(300℃、350℃、400℃、450℃和500℃)对薄膜材料结构及其电学性能的影响.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、霍尔(Hall)测试等,对InAs/Si(211)薄膜的晶体结构、表面形貌及电学参数进行了测试分析.结果表明:采用HWE技术在Si(211)衬底表面成功制备了InAs薄膜,薄膜具有闪锌矿结构并沿(111)方向择优生长.随着生长温度从300℃升高到500℃,全峰半高宽(FWHM)先减小后增大,生长温度为400℃时薄膜的晶粒尺寸最大为73.4 nm,载流子浓度达到1022 cm-3,霍尔迁移率数值约为102 cm2/(V·s),说明优化生长温度能够降低InAs薄膜的缺陷复合,使薄膜结晶质量和电学性能得到提高.SEM及AFM的测试结果显示由于较高的晶格失配及Si衬底斜切面(211)的特殊取向,在Si(211)衬底上生长的InAs薄膜主要为三维层加岛状(S-K)生长模式,表面粗糙度(Ra)随温度的升高先减小后增大,400℃时薄膜的平均表面粗糙度Ra为48.37 nm.     

纳米硅增强纳米纤维薄膜的制备与研究

利用纳米硅粉和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的乙醇混合溶液,通过静电纺丝和碳化制备了Si/C纳米纤维薄膜.通过XRD、SEM、XPS、拉伸测试和TG法对样品进行表征.结果表明,纤维直径、薄膜表面元素含量、碳化薄膜强度可以通过控制Si与PVP含量而调节;当Si与PVP的质量比为0.2时,碳化薄膜拉伸强度最高其值为(6.1±0.3)MPa,继续增加硅的含量其薄膜强度明显降低.     

Ge覆盖层诱导晶化多晶Si薄膜的晶化特性研究

采用电子束蒸发技术在衬底温度为180℃条件下生长具有Ge覆盖层的非晶Si薄膜,并于500℃、600℃、700℃真空退火5h.采用Raman散射、X射线衍射(XRD)、全自动数字式显微镜等对所制备薄膜的晶化特性进行研究.结果表明,Ge覆盖层具有诱导非晶Si薄膜晶化的作用,且随着退火温度的升高a-Si薄膜晶化越显著.具有Ge覆盖层非晶薄膜经500℃退火5h沿Si(400)方向开始晶化,对应晶粒尺寸约为4.9 nm.将退火温度升高到700℃时,非晶硅薄膜几乎全部晶化,晶化多晶Si薄膜在Si(400)方向表现出很强的择优取向特性,晶粒尺寸高达23.3μm.与相同条件下制备的无Ge覆盖层的非晶Si薄膜相比,晶化温度降低了300℃.     

溅射功率对ZnO∶Si透明导电薄膜性能的影响

采用直流磁控溅射法在室温玻璃基片上制备出了掺硅氧化锌(ZnO∶ Si)透明导电薄膜.研究了溅射功率对ZnO∶ Si薄膜结构、形貌、光学及电学性能的影响.结果表明,溅射功率对ZnO∶ Si薄膜的生长速率、结晶质量及电学性能有很大影响,而对其光学性能影响不大.实验制备的ZnO∶Si薄膜为六方纤锌矿结构的多晶薄膜,且具有垂直于基片方向的c轴择优取向.当溅射功率从45 W增加到105 W时,薄膜的晶化程度提高、晶粒尺寸增大,薄膜的电阻率减小;当溅射功率为105 W时,薄膜的电阻率达到最小值3.83×10-4 Ω·cm,其可见光透过率为94.41;.实验制备的ZnO∶ Si薄膜可以用作薄膜太阳能电池和液晶显示器的透明电极.     

p-ZnO薄膜及其异质结的光电性质

采用射频磁控溅射法,在不同的Ar∶O2条件下,以高掺磷n型Si衬底为磷掺杂源制备了p型ZnO薄膜和p-ZnO/n-Si异质结.对ZnO∶P薄膜进行了光致发光谱(PL)、霍尔参数、Ⅰ-Ⅴ特性、扫描电镜(SEM)和X射线衍射谱(XRD)等测试.结果表明,获得的ZnO∶P薄膜沿(0002)晶面高取向生长,以3.33 eV近带边紫外发光为主,伴有2.69 eV附近的深能级绿色发光峰,空穴浓度为8.982 × 1017/cm3,空穴迁移率为9.595 cm2/V·s,p-ZnO/n-Si异质结I-V整流特性明显,表明ZnO∶P薄膜具有p型导电特性.     

溶胶-凝胶法制备ZnO薄膜的特性研究

采用Sol-gel法,在普通载玻片上使用旋转涂覆技术生长了具有c轴择优取向生长的ZnO薄膜.用热分析、XRD、SEM等手段对薄膜样品进行了表征.热分析结果表明:二水醋酸锌-乙醇胺-乙二醇甲醚体系Sol-gel的热分解过程与纯二水合乙酸锌的分解过程大相径庭.ZnO薄膜的Sol-gel分解趋于在较窄的温度范围内一步完成.在Si(111)衬底和玻璃衬底上生长了ZnO薄膜,都表现出明显的c轴择优取向生长.对比了不同涂覆层数对ZnO薄膜结构及表面形貌的影响,ZnO薄膜的c轴择优取向生长特性随着涂覆层数的增加而减弱,这是由于ZnO薄膜的生长模式由层状生长向岛状生长转变所致.ZnO薄膜在可见光范围的透光率超过85;.     

衬底温度对nc-Si∶H薄膜微结构和氢键合特征的影响

采用射频等离子体增强型化学气相沉积(RF-PECVD)技术,以H2和SiH4作为反应气体源,在不同的衬底温度下沉积了nc-Si∶H薄膜.采用Raman散射、X射线衍射、红外吸收等技术分析了薄膜的微结构和氢键合特征.结果表明,随衬底温度的升高,nc-Si∶H薄膜的沉积速率不断增大,晶化率和晶粒尺寸增加,纳米硅颗粒呈现出Si(111)晶面的择优生长趋势.键合特性显示,薄膜中的氢含量随衬底温度升高而逐渐减小,薄膜均匀性先增大后减小.     

激光退火实现非晶Si晶化的成核势垒研究

采用脉冲激光烧蚀技术,在真空条件下沉积了一系列非晶Si薄膜,并对薄膜样品进行不同能量密度的激光退火处理.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、Raman散射仪(Raman)等手段对退火后的薄膜进行形貌、晶态成分表征,确定了非晶Si薄膜晶化的激光能量密度阈值(85 mJ/cm2).结合激光晶化机理进行定量计算.结果显示:形成一个18 nm的Si晶粒所需要的能量,即成核势垒大小约为1.4×10-9 mJ.