电子束蒸发硅薄膜的设计

硅在常温下性质稳定、红外透明区宽,所形成的硅薄膜质硬、红外区折射率高是一种较理想的红外光学薄膜材料。在红外相机、热成像仪、红外光谱仪、红外波片等方面得到广泛应用。本文分析了光学薄膜设计理论,研究了衬底材料和镀膜材料特性,通过TFCalc薄膜设计软件设计和优化石英玻璃和蓝宝石不同的衬底材料下薄膜厚度为900 nm的硅薄膜特性,设计结果表明在近红外波段薄膜消光系数1 × 10−3在700~1000 nm的厚度下模拟硅薄膜的光学性能不同。

高性能SOI基纳米硅薄膜微压阻式压力传感器的研究

针对高端领域对高性能微小量程压力传感器的迫切需求,设计并实现了一种应用于电子血压计的高性能SOI基纳米硅薄膜微压阻式压力传感器,并提出了相应的检测电路。根据小挠度弯曲理论设计了传感器方形敏感薄膜结构,确定了纳米硅薄膜压敏电阻的阻值大小和尺寸。采用ANSYS有限元分析(FEA)对所设计的传感器结构进行仿真,根据仿真结果确定了压敏电阻在膜片上的最佳放置位置。基于标准MEMS制造技术,在SOI基纳米硅薄膜上设计并实现了该压力传感器。实测结果表明,室温下,在0~40 kPa微压测量范围内所设计的传感器检测灵敏度可达0.45 mV/(kPa·V),非线性度达到0.108%F.S。在-40℃~125℃的工作温度范围内,温度稳定性好,零点温度漂移系数与灵敏度温度漂移系数分别为0.0047%F.S与0.089%F.S。所设计的压力传感器及其检测电路,在现代医疗、工业控制等领域具有较大的应用潜力。

金属诱导制备纳米晶硅薄膜的研究进展

纳米晶硅是纳米尺度无定形态的硅晶粒,具备体硅所不具有的新颖光电性能,具有显著的量子限域效应,是发光半导体、光伏发电等领域中的关键材料。实验上,非晶硅通过气氛退火获得晶化的纳米晶硅,本质上破坏了非晶硅中的Si-Si共价键,局域生核形成纳米晶硅,因此,晶化温度近达1000℃,晶化时间长达数小时。金属诱导法通过金属与非晶硅直接接触,促使Si与金属在400~600℃的低温条件下形成离子键,弱化了界面处的Si-Si键,为纳米晶硅提供成核位点,有效降低了纳米晶硅的晶化温度并缩短晶化时间。同时,不同诱导金属(如Ni、Pt、Pd、Cu、Au、Al和Ag)与界面处Si原子的结合方式不同,诱导非晶硅晶化的机制和晶化效果不同。基于此,本文归纳汇总了Ni、Al、Cu、Au、Co几种常见金属以及Ag-Cu和Ni-Cu两种合金诱导a-Si晶化的诱导机制、诱导特征及晶化条件,可为纳米晶硅薄膜的制备工艺提供有益参考。

纳米硅薄膜的电致发光和光致发光

对用ＰＥＣＶＤ方法控制生长条件制备的纳米硅薄膜材料的发光性质进行了初步研究．在膜的纵向加直流偏压，暗场环境下可清楚地看到材料的电致发光现象．在同一套测量系统中分别测量了纳米硅材料的电致发光光谱和光致发光光谱，并用Ｌａｍｂｄａ９紫外／可见／近红外分光光度计测量了样品的透射谱。

硅薄膜及其光学特性研究进展

本文主要介绍了硅薄膜的分类,及其硅薄膜制备的研究现况及进展。硅是最重要的半导体材料之一,如今在太阳能电池和集成电路领域有着广泛的应用,硅膜可分为非晶硅、多晶硅、单晶硅膜三类。非晶硅薄膜因其特殊的物性、易制备等特点,在大面积太阳能电池、大屏幕LCD、平板电视等领域有着广阔的应用前景,是目前国际上最受关注的领域之一。近年来,随着薄膜制造工艺的进步,氢化微晶硅、多晶硅等已被成功制造出来。该类薄膜具有比非晶硅、单晶硅更好的性能,而且在很低的温度下大面积生长,易于掺杂,且导电性能好,因此在太阳能电池、薄膜晶体管(TFT)等领域有重要的应用前景。

纳米硅薄膜界面结构的微观特征

对使用等离子体增强化学汽相沉积法（ＰＥＣＶＤ）制备的纳米硅薄膜（ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ），使用ＨＲＥＭ及ＳＴＭ技术观测了其显微结构，给出大量的界面结构图象．首次获得有关晶粒及界面区中原子的分布情况．使我们认识到ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ膜中界面区内的硅原子仍然是具有短程有序性并不是完全无序的．

纳米硅薄膜结构特性研究

在电容式耦合等离子体化学气相沉积系统中，使用高氢稀释硅烷为反应气体制备出了晶粒尺寸为２～１０ｎｍ的纳米微晶相结构的硅薄膜，使用高分辨电子显微镜（ＨＲＥＭ），Ｘ射线衍射谱（ＸＲＤ），Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）和红外光谱（ＩＲ）等结构分析手段检测了其结构特征．结果表明，纳米硅薄膜的晶格结构为畸变的金刚石结构．Ｘ射线衍射谱表明除了Ｓｉ（１１１）的２θ＝２８．５°和Ｓｉ（２２０）的２θ＝４７．３°处的衍射峰外，在２θ＝３２．５°处存在着一个强的异常峰．ＨＲＥＭ结果表明存在新的Ｓｉ结晶学结构与ＸＲＤ异常峰相关联．研究结果还表明随着功率增加，Ｓｉ薄膜网络结构的晶态成分增加．

纳米硅薄膜的Raman光谱

通过等离子增强化学气相沉积法 ,制备了本征和掺磷的氢化纳米硅薄膜 (nc- Si:H) ,研究了晶粒尺寸和掺杂浓度对纳米硅薄膜喇曼谱的影响 .结果表明晶粒变小和掺杂浓度增加都使纳米晶粒的 TO模峰位逐渐偏离声子限制模型的计算值 .X射线衍射和高分辨电镜像的结果表明晶粒变小导致硅晶粒应力增加 ,而掺杂使晶粒内部杂质和缺陷增多 ,这些因素破坏了晶粒内晶格的平移对称性 ,进一步减小声子的平均自由程 ,导致实验值偏离理论计算值 .晶格平移对称性的破缺还体现在 ,随晶粒尺寸减小或掺杂浓度增加 ,喇曼谱中 TA、LA振动模的相对散射强度增加 .

PECVD低温制备微晶硅薄膜的研究

实验采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法在玻璃衬底上制备了微晶硅薄膜。研究了氢稀释比、衬底温度、射频功率等因素对薄膜晶化的影响,得出在一定范围内随着衬底温度的升高、射频功率和氢稀释比的增大,薄膜的晶化率得到提高;但进一步提高沉积温度、射频功率反而会使薄膜晶化效果变差,并对晶化硅薄膜低温生长的机理进行了初步的探讨。

纳米硅薄膜分形凝聚模型

从分析纳米硅（ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ）薄膜生长过程的特点出发，提出与扩散限制凝聚（ＤＬＡ）模型不同的ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ薄膜分形凝聚模型：扩散与反应限制凝聚（ＤＲＬＡ）模型．获得的结果与实验结果符合得很好．ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ薄膜是利用等离子体增强气相淀积方法制备的．文中讨论了ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ薄膜的结构特点与分形凝聚之间的关系．

1nm/s高速率微晶硅薄膜的制备及其在太阳能电池中的应用

采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术,在相对较高气压和较高功率条件下,制备了不同硅烷浓度的微晶硅材料.材料沉积速率随硅烷浓度的增加而增大,通过对材料的电学特性和结构特性的分析得知:获得了沉积速率超过1nm/s高速率器件质量级微晶硅薄膜,并且也初步获得了效率达6.3%的高沉积速率微晶硅太阳电池.

VHF-PECVD制备不同氢稀释条件下硅薄膜特性分析

本文集中报导了不同硅烷浓度条件下,制备的系列硅薄膜电学特性和结构特性的分析研究。结果表明:随着硅烷浓度的逐渐减小,材料逐渐地由非晶向微晶转变。傅立叶变换红外吸收 (FTIR)的测试结果表明:微晶硅材料存在着自然的不稳定性,表现为氧含量随着时间的推移而增多。而且,微结构因子(IR)的结果给出:对于适用于电池有源层的微晶硅材料来说,其IR不能太大,也不能太小,本实验中相对好的微晶硅材料其IR为 31%。

工艺条件对硼掺杂纳米硅薄膜微结构及力学性能的影响

采用射频和直流偏压(RF+DC)双重激励源,在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统中成功制备了掺硼纳米硅薄膜。改变衬底温度、射频功率和退火温度几个关键工艺参数,利用拉曼(Raman)谱仪、薄膜测厚仪和原子力显微镜(AFM)对掺硼纳米硅薄膜的微结构进行了分析;应用纳米压痕法研究了工艺条件对薄膜弹性模量及硬度等力学性能的影响关系。结果表明:薄膜晶态比、平均晶粒大小随着衬底温度的升高均有增大趋势;射频功率对提高薄膜生长速率存在最优值条件;退火对本征和掺硼薄膜表面形貌特征有较大影响,退火后掺硼薄膜表面粗糙度增大明显。薄膜弹性模量及硬度很大程度上受射频功率和后序处理条件的影响,退火使薄膜的力学性能有所提高。针对实验现象,从薄膜结构方面进行了相关的理论阐释。

微晶硅薄膜纵向不均匀性的Raman光谱和AFM研究

本文研究了采用VHF PECVD技术制备的微晶硅薄膜的纵向均匀性。喇曼测试结果显示 :微晶硅薄膜存在着生长方向的结构不均匀 ,随厚度的增加 ,材料的晶化率逐渐变大 ;不同衬底其非晶孵化点是不一样的 ,对于同一种衬底 ,绒度大相应的晶化率就大 ,对应着孵化层的厚度小 ;AFM测试结果明显的给出

纳米硅薄膜光学性质的测定与研究

通过测定纳米硅薄膜的透射谱,建立计算模型计算得出薄膜样品的折射率、厚度、吸收系数和光能隙。计算结果表明这种半导体材料在620 nm波长附近的折射率约为3.4,计算得到的厚度与用台阶仪测量的结果吻合很好。在620 nm波长附近的吸收系数介于吸收系数较小的晶体硅与吸收系数较大的非晶硅之间,光能隙约为1.6 eV,两者都随晶态含量增大而呈减小趋势。

纯化器对VHF-PECVD制备的不同结构硅薄膜特性的影响

本文采用VHF PECVD技术制备了不同结构的硅薄膜 ,分析研究了有、无纯化器对制备薄膜特性的影响。电学特性和结构特性测试结果表明 :在 10W的功率条件下 ,使用纯化器时制备的薄膜是光敏性满足非晶硅电池要求的材料 ,而在不使用纯化器时制备的材料是适用于太阳能电池有源层的纳米硅材料 ;在 30W时 ,不使用纯化器制备薄膜的晶化明显增大 ,光敏性也相应的降低 ,5 0W的条件表现出相类似的结果 ,初步分析是氧引起的差别 ;激活能的测试结果也表明 ,使用纯化器会降低材料中的氧含量 ,即表现激活能相对大 ;另外 ,沉积速率的测试结果也给出

掺磷微晶硅薄膜的微结构及光学性质的研究

本文采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,在普通玻璃上制备了本征和掺磷的氢化微晶硅(μc-Si∶H)薄膜。利用Raman散射谱,计算了表征其薄膜微结构的晶化率(Xc)和平均晶粒尺寸(d)。结果表明随着磷烷(PH3)浓度的增加,其Xc和d均呈现了先增加后减小的相似趋势;利用测得的透射谱和反射谱,并利用Tauc公式拟合了μc-Si∶H薄膜的光学带隙(Egopt)。研究表明,μc-Si∶H薄膜的Egopt与Xc具有相反的变化趋势。该结果可利用Kronig-Penney模型和表征函数F(x)作出合理解释。

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7m in的退火处理,借助Ram an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。

氢稀释对纳米晶硅薄膜微结构的影响

采用电感耦合等离子体化学气相沉积技术制备了氢化纳米硅薄膜,利用Raman散射、X射线衍射、红外吸收等技术对不同氢稀释条件下薄膜的微观结构和键合特性变化进行了研究。结果表明,较高的氢稀释比导致薄膜从非晶硅到纳米晶硅的结构转化,随着氢稀释比的增加,所沉积薄膜的晶化度及纳米晶硅的晶粒尺寸单调增加,纳米硅颗粒呈现在(110)方向的择优生长趋势。键合特性分析显示,随氢稀释比增加,薄膜中整体键合氢含量减小,而SiH2键合比例呈现显著增加趋势,该结果反映了氢原子刻蚀和纳米硅界面面积比的同时增强。光学吸收谱分析表明,通过改变反应气体的氢稀释比,可实现从1.72～1.84eV光学带隙可调的纳米硅薄膜制备。

电极结构对硅薄膜生长过程及材料特性的影响

在制备硅薄膜材料的PECVD系统中,分别采用普通平行板电极和网状电极,在相同的工艺条件下研究了电极结构对硅薄膜材料均匀性、电学性能以及微结构的影响.发现采用网状电极使薄膜(400～500nm)均匀性得到明显改善,在20cm×20cm内不均匀性从±12.6%下降到±2.1%.等离子体发光光谱的测试表明,网状电极可大大提高硅烷的利用率,因而在相同工艺条件下,生长微晶硅材料需要更高的功率密度.文中对实验结果进行了详细的讨论.