沉积温度对等离子增强化学气相沉积法制备的SiN_x：H薄膜特性的影响

利用Centrotherm公司生产的管式等离子增强化学气相沉积(PECVD)设备在p型抛光硅片表面沉积SiNx:H薄膜,研究沉积温度对SiNx:H薄膜的组成及光学特性、结构及表面钝化特性的影响.然后采用工业化的单晶硅太阳电池制作设备和工艺制作太阳电池,研究不同温度制备的薄膜对电池电性能的影响.测试结果表明:SiNx:H薄膜的折射率随着沉积温度的升高而变大,分布在1.926-2.231之间,这表明Si/N摩尔比随着沉积温度的增加而增加;当沉积温度增加时,薄膜中Si-H键和N-H键浓度呈现减小趋势,而Si-N键浓度逐渐升高,薄膜致密度增加;随着沉积温度的升高,SiNx:H薄膜中的氢析出导致了钝化硅片的有效少子寿命先升高后降低,并且有效少子寿命出现明显的时间衰减特性.当沉积温度为450°C时,薄膜具有最优的减反射和表面钝化效果.采用不同温度PECVD制备的5组电池的电性能测试结果也验证了这一结果.

Al诱导a-Si:H薄膜的晶化

采用等离子体化学气相沉积方法在镀Al玻璃及单晶Si衬底上制备了氢化非晶硅 (a Si:H)薄膜 ,研究了样品在不同的热处理过程中Al对其晶化过程的影响。X射线衍射测量发现 ,由于Al的存在使a Si:H的晶化温度大幅度降低 ,并得到了有强烈 (111)结晶取向的多晶Si薄膜。X射线光电子能谱分析表明 ,热处理过程中Al向Si薄膜表面的扩散降低了Si的成核温度。

a-Si∶H薄膜固相晶化法制备多晶硅薄膜

利用固相晶化法获得多晶硅薄膜 (退火温度 70 0～ 80 0℃ ) ,采用XRD、Raman等分析手段进行了表征与分析 .研究结果表明 :晶粒平均尺寸随着退火温度的降低、掺杂浓度的减少、薄膜厚度的增加而增加 ;并且退火后薄膜暗电导率提高了 2～

用椭偏法研究掺磷a-Si∶H薄膜的光学特性

用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）方法制备了磷掺杂氢化非晶硅（a—Si：H）薄膜。分别以50°和70°为入射角，测试了样品在300-1000nm波长的椭偏光谱，得到了其膜厚和光学常数谱（折射率和消光系数随波长变化谱），并应用Tauc作图法推算出了薄膜的光学带隙。

γ辐照对a-C:H薄膜微观组织、力学性能及摩擦学性能的影响

近年来随着核能及其核装备的发展,辐照环境下高能粒子对润滑材料服役行为的影响受到越来越多的关注.本研究利用自行设计研制的磁控溅射系统制备a-C:H润滑薄膜,并对其进行伽马(γ)辐照处理.考察γ辐照康普顿效应对a-C:H薄膜微观组织、力学性能和摩擦学性能的影响.结果表明:经γ辐照后a-C:H薄膜存在由sp^(2)杂化C原子结构向sp^(3)杂化C原子结构转变的趋势,且辐照使得C-H键发生断裂,薄膜内H原子的键合能降低.伽马辐照使得aC:H薄膜的纳米机械性能显著提高,辐照样品的残余应力也随辐照剂量呈增加趋势.此外,γ辐照也使得a-C:H薄膜的摩擦系数和磨损率轻微增加.综合分析可知,γ辐照在测试剂量范围内对a-C:H薄膜的摩擦性能影响有限,但辐照诱发应力的增加是限制其在核环境中应用的主要因素.

Si:H薄膜的微结构及输运性质

用扫描电镜观察Si:H薄膜的剖面,发现用平板电极沉积的Si:H薄膜呈柱状结构,而用环形电极沉积的膜具有层状结构。喇曼谱和X射线谱表明,这两种结构对应于微晶相的存在。测定薄膜的暗电导与温度间的关系,发现薄膜的电导激话能为各向异性。联系耦合方式讨论了薄膜的生长机制。

硼掺杂对用于SHJ太阳电池的nc-Si∶H薄膜微结构的影响

采用RF-PECVD法在低温低功率密度下制备了p型nc-Si∶H薄膜,并系统地研究了硼掺杂对薄膜微结构及光电性能的影响。结果表明:由于"硼掺杂效应",随着掺硼比的增大,nc-Si∶H薄膜的晶化率逐渐降低,晶粒尺寸减小,薄膜的择优取向由[111]变为[220];光学带隙逐渐减小,电导率则先升后降;本实验中薄膜的最优掺杂比为0.3%。以优化后的p型nc-Si∶H薄膜做窗口层,SHJ太阳电池的性能得到明显改善,获得了效率为14.1%的电池。

基于动力学标度法的a-C:H薄膜表面微观形貌的演变机理研究

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法在Si(111)基底上制备a-C:H薄膜,利用原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)对a-C:H薄膜的表面形貌与表面粗糙度进行表征,并从动力学标度法角度出发讨论a-C:H薄膜表面粗糙度的演变机理。研究结果表明:a-C:H薄膜表面微观形貌为自仿射分形表面,可用分形维数来评价薄膜的表面粗糙度;随着H_2流量的增加,薄膜表面粗糙度先减小后增大,在T_2B与H_2流量比为0.2/6时,a-C:H薄膜的表面粗糙度R_q为2.2nm,相对于其他条件下生长的薄膜的表面粗糙度低,薄膜表面较光滑,致密性良好。

H_2流量对直流磁控溅射制备a-Si∶H薄膜微观结构及光学性能的影响

采用直流磁控溅射法在不同H2流量的条件下制备了a-Si∶H薄膜,研究了H2流量对薄膜微观结构以及光学性能的影响。结果表明:随H2流量的增加,a-Si∶H薄膜的沉积速率有所下降,但其原子排列的有序度上升,并出现了细小的纳米晶粒,使得薄膜的无序结构得到了一定改善。同时,薄膜的光学性能也表现出明显变化,其中透过率持续上升,而光学带隙则呈现出先增大后减小的趋势。最终得到制备a-Si∶H薄膜的最优H2流量为15 sccm。

基体温度对线性离子束技术制备α-C∶H薄膜结构和性能的影响

采用线性离子束镀膜技术在YG6硬质合金上沉积氢化类金刚石(α-C∶H)薄膜,通过原子力显微镜、Raman光谱仪、球磨仪和洛氏压力仪等研究了基体温度对α-C∶H薄膜微观结构、表面形貌、耐磨性以及膜基结合性能的影响。结果表明:随着基体温度升高,薄膜中sp3键含量和耐磨性能先降低后提高,表面粗糙度先减小后增大;基体温度在80℃时,制备的薄膜最为光滑,而sp3键含量最低,薄膜耐磨性最差;基体温度对膜基结合性能没有明显的影响。

Al/a-Si∶H复合薄膜的电导性能

采用真空热蒸发与PECVD方法 ,在经特殊设计的“单反应室双沉积”设备中沉积了Al/a Si∶H复合薄膜 ,并利用扫描电子显微镜、X射线衍射、Raman及X射线光电子谱等方法对复合薄膜在不同Al层厚度和不同温度退火后的晶化及电导行为进行了研究 .结果表明 ,Al/a Si∶H复合薄膜在不高于 2 5 0℃的退火条件下即开始出现硅的晶体相 .退火温度越高 ,Al层越厚 ,形成多晶硅的量越多 .Al/a Si∶H复合薄膜的电导率受Al原子在a Si∶H中掺杂效应的影响 ,比纯a Si∶H薄膜的大 .随着硅晶体相在复合薄膜中的生成 ,复合薄膜的电导率受晶相比控制 ,晶相比增加 ,电导率增大 .

直流反应磁控溅射沉积a-C:H薄膜的微结构和摩擦磨损行为

采用直流的反应磁控溅射技术,以高纯石墨为溅射靶材和CH_4为反应气体,调节CH_4流量,在p(100)单晶硅和不锈钢基底上成功制备出系列的含氢a-C:H薄膜.利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)、Raman光谱、纳米压痕仪、CSM划痕测试仪、摩擦磨损试验机等测试手段对所制备含氢a-C:H薄膜的微结构、力学性能和摩擦磨损行为进行系统表征.结果表明:随着CH_4流量的增加,含氢a-C:H薄膜的致密度呈现出微弱的先增加后减小的趋势;薄膜的沉积速率随着CH_4流量的增加逐渐增加,但增幅呈现出逐渐减小趋势;随着CH_4流量的增加,薄膜中sp^3杂化键含量及其纳米硬度和杨氏模量也呈现出先增加后减小的规律;摩擦实验结果表明当CH_4流量为8 sccm,所制备的含氢a-C:H薄膜的摩擦学性能最佳,摩擦系数为0.20,磨损率为6.48×10^(-7)mm^3/(N·m).

a-SiN_x∶H薄膜的室温光致发光

研究了a SiNx∶H薄膜中不同氮含量样品的室温光致发光。当x≥ 0 .5时 ,在室温下观察到了较强的室温荧光 ,而且随氮含量增加 ,发光峰能量与强度不断增加。首次发现在富硅 (x≤ 1.3)样品中存在两种荧光机制 ,其临界值位于x =0 .8。当x≤ 0 .8时 ,样品表现为与a Si∶H类似的荧光特性及温度特性 ;当x >0 .8时 ,荧光强度和峰位均有大的增加 ,归一化后的低温和室温的荧光谱几乎完全重合。最后 ,采用量子限制模型并结合渗流理论解释了实验现象。

掺铒a-Si∶H,O薄膜1.54μm光致发光和微结构

采用等离子化学气相淀积方法 ,改变 Si H4 和 N2 O的流量比制备含有不同氧浓度的 a- Si∶ H,O薄膜 .用离子注入方法掺入铒 ,经 30 0— 935℃快速热退火 ,在波长 1 .54μm处观察到很强的室温光致发光 .氧的加入可以大大提高铒离子的发光强度 ,并且发光强度随氧含量的变化有一个类似于高斯曲线的分布关系 ,不是单调地随氧含量的增加而增强 .研究了掺铒 a- Si∶ H,O薄膜和微结构 ,讨论了发光强度与薄膜微结构的关系 .

低碳含量a-Si_(1-x)C_x∶H薄膜的化学键结构

利用两种不同激发波长进行 Ram an测量 ,研究了低碳含量 a- Si1 - x Cx∶ H (～ <2 0 at.% )薄膜的结构特征 .采用 6 47.1nm激发时 ,由于激发光能量接近于各样品的光学带隙 ,因而在样品中具有较大的穿透深度 ;而采用488nm激发时 ,激发光被样品表面强烈吸收 .探测深度的变化造成了两种激发下 Raman谱出现较大的差异 .实验结果表明样品体内存在硅团簇结构 ,样品的自由表面存在一层高浓度的缺陷层 .这两种空间的不均匀性造成了高能激发时 Raman谱的 TO模频率和半高宽比低能激发时有大的红移和展宽 .以上结果证明不同激发波长将造成Ram an测量结果的差异 .

PECVD法SiN_x:H薄膜减反钝化特性研究

利用射频等离子体增强化学气相沉积法制备了在太阳电池中用作表面钝化和减反层的SiN_x:H薄膜。制备的折射系数分布在1.72～2.55范围内的一系列薄膜对电阻率为10Ω·cm的p型衬底硅片具有较好的钝化效果。研究给出了SiH_4/NH_3流量比和衬底温度对薄膜折射系数和钝化效果的影响规律,当衬底温度为300℃,SiH_4/NH_3流量比低于50/15时,制备的SiN_x:H薄膜具有优良的减反钝化效果。

a-Si:H薄膜太阳电池的改性研究进展

a-Si:H薄膜太阳电池由于成本低,适于大规模工业化生产而成为现阶段研究的热点,然而其转换效率低于晶体硅太阳电池。介绍了a-Si:H薄膜太阳电池的结构及原理,总结了目前国内外a-Si:H薄膜太阳电池的改性研究进展,并对未来发展前景进行了展望。

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 (a- 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-

a-C∶F∶H薄膜的化学键结构

使用CF4和CH4为源气体,利用射频等离子体增强化学气相沉积法,制备了a-C∶F∶H薄膜样品。采用拉曼光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、X射线光电子能谱仪(XPS)对薄膜的结构进行了测试和分析。研究发现:该膜呈空间网状结构,膜内碳与氟、氢的结合主要以sp3形式存在,而sp2形式的含量相对较少;在薄膜内主要含有C—Fx(x=1,2,3)、C—C、C—H2、C—H3等以及不饱和C C化学键;同时,薄膜中C—C—F键的含量比C—C—F2键的含量要高。在不同功率下沉积的薄膜,其化学键结构明显不同。

不同金属基体上W-C：H溅射薄膜的摩擦学性能

采用非平衡磁控溅射技术在40Cr、9Cr18、GCr15、TC4及LY12等5种金属基体上沉积了钨掺杂含氢类金刚石（W-C：H）薄膜.采用Raman光谱仪、扫描电子显微镜、纳米硬度计及纳米划痕仪分别测试了薄膜的微结构、厚度、硬度及附着力,采用球-盘摩擦试验机及光学轮廓仪分别在干摩擦和PFPE脂润滑条件下评价了5种金属材料基体上薄膜的摩擦磨损性能.薄膜性能测试结果显示,该厚度为1μm的薄膜具有典型的类金刚石结构,硬度与弹性模量分别为11.56和128.34 GPa,附着力为645 mN;摩擦试验结果显示,在干摩擦条件下几种金属基体表面W-C：H薄膜的摩擦因数和磨损率差别比较显著,而在脂润滑条件下基体材料的影响较小;与干摩擦条件相比,脂润滑条件下薄膜的磨损可减少60％ ～75％;在干摩擦与脂润滑条件下,9Cr18与40Cr基体上的W-C：H薄膜摩擦体系分别具有最小的磨损率1.71×10-7 mm3/（N·m）及4.55×10-8 mm3/（N·m）.