β-FeSi_2/Si薄膜位向关系的计算

利用从固态相变产生的沉淀相惯习面总结出的Δg平行法则 ,计算了 β FeSi2 半导体薄膜和Si基体之间可能的择优取向关系。根据界面匹配和结构的分析 ,建议最优衬底基面的晶体学位向。预测的界面是一个无理面 ,含有原子尺度台阶 ,晶格间具有良好匹配关系。以该界面位向作为Si衬底的基面有可能导致高质量金属硅化物 β FeSi2

退火温度对蓝宝石衬底上Mg_(2)Si薄膜质量和光学性质的影响

采用磁控溅射法在蓝宝石衬底上制备了结晶良好的Mg2Si多晶薄膜,研究了退火温度(375~475℃)对薄膜晶体结构、表面形貌、拉曼光谱和光学性质的影响。X射线衍射(XRD)结果表明,当退火温度为400 ℃时Mg_(2)Si(220)衍射峰强度最强,样品结晶质量最好,未见明显可观测的MgO相。扫描电镜(SEM)结果表明,所有样品表面均呈现清晰可见的规则六边形,且退火温度对形貌影响较小。拉曼光谱结果显示所有样品均呈现出Mg_(2)Si薄膜的特征峰(256 cm^(-1)附近的F_(2g)振动模),同时出现345 cm^(-1)附近的F_(1u)(LO)声子模,表明生成样品均为结晶良好的Mg_(2)Si薄膜。对薄膜光学性质的研究结果表明,随着退火温度升高,样品光学带隙先增大后减小。

退火温度和β-FeSi2薄膜厚度对n-β-FeSi2/p-Si异质结太阳电池的影响

本文采用室温直流磁控溅射Fe-Si组合靶的方法,并通过后续退火温度的优化得到了单一相高质量的β-FeSi2薄膜。结果表明,在本实验条件下得到的未掺杂的β-FeSi2薄膜在室温下是n型导电的,其电学特性存在一个退火温度的最优点:800℃。而且在这个最佳温度点上,在Si(111)衬底上外延得到的薄膜载流子迁移率比在Si(100)上高出了一倍多。在上述研究的基础上,采用p-Si(111)单晶片作为外延生长β-FeSi2薄膜的衬底,并通过退火温度和薄膜厚度的优化制备出了国内第一个n-β-FeSi2/p-Si异质结太阳电池,其Jsc=7.90 mA/cm2,Voc=0.21V,FF=0.23,η=0.38%。

直流磁控溅射法制备单一相高质量β-FeSi_2薄膜

报道了在单晶Si(100)衬底上,采用室温直流磁控溅射Fe-Si组合靶的方法,并经过后续气氛退火来制备β-FeSi_2薄膜的结果。主要研究了退火时间、退火温度等实验条件对样品结构特性、光学特性和电学特性的影响,制备出了单一相高质量的β-FeSi_2薄膜。霍尔测试表明未掺杂薄膜是P型导电的,载流子浓度5.747×10^(16)cm^(-3),空穴迁移率168cm^2/Vs。由反射-透射法得到薄膜的禁带宽度为0.879eV,吸收系数在光子能量为1.0eV时达到了1.42×10~5cm^(-1)。基于以上优异的光电性能,β-FeSi_2薄膜可望用作太阳电池的有源层。

退火温度对磁控溅射制备的β-FeSi2薄膜的影响

采用磁控溅射的方法，在高真空条件下，沉积金属Fe到Si（100）衬底上，然后通过真空退火炉在不同温度条件下对样品进行热处理，直接形成了β-FeSi2薄膜．采用X射线衍射仪（XRD）对样品进行了晶体结构分析，利用卢瑟福背散射（RBS）对Fe-Si化合物的形成过程中的Fe原子和Si原子的互扩散机理进行了研究，利用扫描电镜（SEM）对样品表面的显微结构进行表征，结果表明，在900℃条件下退火能够得到质量很好的β-FeSi2薄膜，超过这一温度β相将开始向α相转化，到1000℃，β-FeSi2全部转化为α-FeSi2。

碳掺杂β-FeSi_2薄膜的电子显微学研究

本文利用透射电子显微镜对离子注入合成的β FeSi2 和 β Fe(C ,Si) 2 薄膜进行了对比研究。电镜观察结果表明 ,选择C作为掺杂元素 ,能够得到界面平直、厚度均一的高质量 β相薄膜 ,晶粒得到细化 ,β FeSi2 层稳定性提高。尤其在 6 0kV、4× 10 1 7ions cm2 条件下注入直接形成非晶 ,在退火后会晶化为界面平滑、厚度均匀的 β FeSi2 薄膜。因此从微结构角度考虑 ,引入C离子有益于提高 β FeSi2

基于β-FeSi_2薄膜的太阳能电池研究

介绍了β-FeSi2的结构,β-FeSi2薄膜的光电特性以及β-FeSi2薄膜在太阳能电池方面的应用,指出了需要加强研究的方面.

β-FeSi_2和β-Fe(C,Si)_2薄膜的电子显微及X射线衍射研究

本文利用X射线衍射和透射电子显微镜对离子注入合成的 β FeSi2 和 β Fe(C ,Si) 2 薄膜进行了研究。对掺杂C前后样品的对比研究表明 ,选择C作为掺杂元素 ,能够得到界面平直、厚度均一的高质量 β相薄膜 ,晶粒得到细化 ,β FeSi2 层稳定性提高 ,因此从微结构角度考虑 ,引入C离子对于提高 β FeSi2 薄膜的质量是很有益处的。进一步进行光学吸收表征 ,发现C离子的引入对 β层的Edg 值没有产生明显影响。所以综合来说C离子的引入有利于得到高质量的 β FeSi2 薄膜。用掠入射X射线衍射和Celref程序精确地测量薄膜的晶格常数 ,当C/Fe的剂量比为 0 5 %时 ,尽管C的原子半径比Si的小 ,β相晶格却膨胀了 ,这可能是由于间隙固溶的原因。进一步增加掺杂量到一定的程度时 ,单胞体积会缩小 ,这是由于形成了置换固溶体 ,碳置换了

真空热处理制备β-FeSi2光电薄膜的研究

磁控溅射法沉积的Fe／Si多层膜和Fe单层膜经真空热处理后制备了β-FeSi2薄膜。[Fe1nm／Si3.2nm]60多层膜在〈880℃温度下真空热处理2h后，样品均呈现β（220）／（202）择优取向，而Fe单层膜制备的样品则易形成β-FeSi2与ε-FeSi相的混合物，且取向杂乱。在920℃真空热处理后，两种样品都形成了α-FeSi2薄膜。原子力显微镜分析表明，样品表面粗糙度随热处理温度升高而变大，最大表面均方根粗糙度约为16nm。卢瑟福背散射分析发现，Fe／Si多层膜样品热处理过程中元素再分布很小。根据光吸收谱测量，Fe／Si多层膜制备的β-Fesi2薄膜的禁带宽度为0．88eV。

β-FeSi_2半导体薄膜的研究进展

综述了半导体β-FeSi2薄膜的制备、薄膜的表征、能带的特点、电学、光学性质等方面的研究进展,讨论了几种用于Si衬底上外延生长β-FeSi2薄膜方法的优缺点,分析了制备高品质β-FeSi2薄膜所存在的理论和技术上的难题,展望了β-FeSi2薄膜作为新光电材料的应用前景.

β-FeSi_2薄膜制备与发光研究的进展

过渡金属硅化物β-FeSi2因其原料价格低廉且利于环保而成为理想的硅基发光材料之一。探讨了β-FeSi2的发光机理,介绍了几种β-FeSi2薄膜制备方法并比较了不同制备方法的特点,总结了最近几年来β-FeSi2的研究进展和主要研究结果。结合作者已经取得的结果和积累的经验,提出了提高材料发光性能方法,认为良好的结晶质量和尽可能减少缺陷是β-FeSi2高效发光的基础,因此有必要探索新的制备方法并改善已有的制备工艺。另外,尝试在β-FeSi2薄膜中应用其它元素,也有可能增大发光效率;而有效激发β-FeSi2的p-i-n结构也是提高发光效率的方法之一。最后,讨论了β-FeSi2的发展趋势,展望了该种材料的发展前景。

Si和6H-SiC衬底上β-FeSi_2薄膜的制备

以6H-SiC(0001)Si面和Si(100)为衬底,采用磁控溅射Fe-Si合金靶和Si靶两靶共溅射的方法,并经过后续的快速退火成功制备了β-FeSi2薄膜。通过X射线衍射(XRD)、拉曼(RAMAN)和电子扫描电镜(SEM)研究了不同衬底对薄膜生长过程的影响。结果表明:与Si衬底不同,6H-SiC为衬底所生长的FeSix薄膜与衬底之间很难产生相互扩散,导致薄膜中的Si原子主要来源于靶材。同时分析不同退火温度对6H-SiC衬底和Si衬底上的FeSix薄膜的影响,并相比较。结果表明:不同衬底Si(100)和6H-SiC(0001)Si面所生长的薄膜经900℃退火时皆完全转化为多晶β-FeSi2相,其择优取向皆为(220)/(202),且随温度从500℃到900℃的不断上升,(220)/(202)衍射峰的强度增强,半高宽变小,得到900℃下的半高宽为0.33°。

含金属Mg相的Mg_(2)(Sn,Si)薄膜的微观结构与热电性能

利用高真空磁控溅射设备,采用Mg-Sn-Si合金靶材和纯Mg靶进行顺序沉积,在表面含有500 nm厚氧化硅的单晶Si(100)衬底上制备了不同Mg含量的Mg-Sn-Si薄膜。沉积Mg-Sn-Si薄膜的相组成、化学成分、表面和横截面形貌和热电性能被系统的测量、观察和分析。结果表明,制备的Mg-Sn-Si薄膜由Mg_(2)(Sn,Si)固溶体和金属Mg相组成。随着金属Mg相含量的增多,沉积薄膜载流子浓度升高,迁移率降低。沉积薄膜的电导率随着金属Mg相含量的增多而增大,而Seebeck系数降低。沉积薄膜的金属Mg相含量增加,虽然电导率增加,但因Seebeck系数急剧下降,最终导致功率因子下降。在所研究的金属Mg含量范围内,Mg_(2)(Sn,Si)固溶体薄膜含有部分金属Mg相,对提高复合薄膜的功率因子是不利的。

Fe/Si多层膜亚层厚度比对β-FeSi_2薄膜结构和表面形貌的影响

采用射频磁控溅射方法,在Si(111)和石英衬底上制备了Fe/Si亚层厚度比不同的多层膜。多层膜的总厚度为252nm,Fe/Si亚层厚度比分别为1nm/3.2nm、2nm/6.4nm和20nm/64nm。在850℃,Ar气气氛中退火2h后,Si衬底上的多层膜完全生成了β-FeSi2相。但石英衬底上同样Fe/Si亚层厚度比的多层膜除了生成β-FeSi2相,还生成了少量的ε-FeSi相。通过增加Si亚层的厚度至Fe/Si亚层厚度比为2nm/7.0nm,在石英衬底上也获得了单相的β-FeSi2薄膜,其光学带隙为0.87eV,表面均方根粗糙度为2.34nm。

脉冲激光沉积法制备β-FeSi_2半导体薄膜

采用脉冲激光沉积(PLD)法在p型Si(100)衬底上制备了β-FeSi2半导体薄膜,并在沉积系统中进行了800℃、3h的原位高温退火过程,最后采用X射线衍射仪、3D显微镜、原子力电子显微镜、荧光光谱仪分析了实验样品的晶体结构、表面形貌、元素组成、红外吸收和光致发光特性。分析实验结果发现,制备的单相β-FeSi2多晶半导体薄膜结晶质量良好,β-FeSi2在Si(100)衬底上沿(202/220)方向择优生长,且在常温下测得了β-FeSi2半导体薄膜的光致发光谱。

溅射时间对脉冲激光沉积制备β-FeSi_2薄膜的影响

本文基于脉冲激光沉积(PLD)方法及热退火处理方式,利用输出波长为1064 nm的Nd:YAG脉冲激光器在P型Si(100)衬底上生长了均匀的单相β-FeSi2薄膜。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)分析技术,研究了β-FeSi2薄膜的结构、组分、结晶质量和表面形貌。结果发现,在其他相同沉积条件下,随着溅射时间的增加,薄膜晶化程度、颗粒大小和形状、表面粗糙度都发生规律性变化,通过分析比较得出,在本实验条件下溅射时间为40 min制备的β-FeSi2薄膜结晶质量较好。

聚焦离子束在二维多孔Si/Al_(2)O_(3)/SiC薄膜透射电镜截面微观结构表征中的应用

二维多孔Si/Al_(2)O_(3)/SiC薄膜材料的透射电镜截面微观结构表征中,存在薄膜易脱落、脆性大、耐磨性差,以及选区制备难度大、制样效率低、成功率低等问题。采用聚焦离子束技术,成功地进行了二维多孔Si/Al_(2)O_(3)/SiC薄膜的透射电镜截面微观形貌的表征。结果表明,聚焦离子束技术是一种可以有效减少二维多孔薄膜样品制备过程中的损伤,进行高质量进行透射电镜截面微观结构表征的方法。

离子束溅射沉积Fe/Si多层膜法合成β-FeSi_2薄膜的研究

采用离子束溅射沉积Fe/Si多层膜的方法在石英衬底上制备了β-FeSi2薄膜,研究了不同厚度比的Fe/Si多层膜对β-FeSi2薄膜的结构性能、形貌及光学性能的影响。结果表明,厚度比为Fe(2nm)/Si(7.4nm)的多层膜在退火后完全生成了β-FeSi2相,表面致密均匀,其光学带隙为0.84eV,能量为1.0eV光子的吸收系数>105cm-1。

β-FeSi_2半导体薄膜与Si基体取向关系的研究

利用近似重位点原理研究了离子注入法制备的 β FeSi2 半导体薄膜和Si基体之间的取向关系(OR)。透射电子显微镜分析结果表明膜基之间最常见的取向关系为 (2 0 0 )β (2 0 0 ) Si,[0 1 0 ]β [0 1 1 ] Si,但是该平行关系并不精确满足。对 β FeSi2 Si的最佳取向的理论计算结果表明 β FeSi2 和Si要在上述取向关系基础上经过三维小角度旋转调整后才能达到最佳取向 ,此时 β FeSi2 和Si中不存在严格平行的晶面 ,因而在Si基体上生长高质量的 β FeSi2 单晶薄膜存在本质困难 ;计算结果还表明掺杂C离子后β FeSi2 晶格常数的微量调整对最佳取向关系影响不大 ;当 β FeSi2 和Si处于最佳取向时 ,它们之间可能的最佳界面是 (0 0 1 )β (0 2 2 ) Si或 (1 1 0 )β (1 1 1 ) Si。

环境友好半导体β-FeSi2薄膜的制备方法研究

分析了制备和热处理过程中薄膜沉积方法和沉积条件、沉积速率、薄膜厚度、热处理方法和热处理条件等因素对β-FeSi2相的形成的影响，结果表明，影响β-FeSi2相形成的决定性因素是热处理的温度和时间，此外薄膜的沉积方法和薄膜厚度对β-FeSi2相也有重要的影响。