氢稀释对nc-Si∶H薄膜结构和光致发光的影响

基于X射线衍射仪、喇曼散射、光致发光(PL)和傅里叶红外吸收光谱等技术,详细研究了氢稀释比对纳米晶硅(nc-Si∶H)薄膜结构和光致发光性能的影响。随着氢稀释比的增加,所沉积薄膜的纳米晶硅尺寸单调减小,而晶化率提高。键合结构分析表明,随着氢稀释比增加,nc-Si∶H薄膜中氢含量和Si—H键密度均减小。综合在不同氢稀释比下纳米晶硅尺寸变化、PL峰位移动及PL峰强度变化等特征,nc-Si∶H室温PL光谱被归因于纳米晶硅的量子限制效应。当氢稀释比由96%增大至97%时,氢的钝化作用使PL峰强度升高;当进一步增加氢稀释比至98.5%时,由于H2的生成,使氢的钝化效果显著降低,导致PL峰强度降低。

纳米晶硅薄膜中氢含量及键合模式的红外分析

采用传统射频等离子体化学气相沉积技术在100—350℃的衬底温度下高速沉积氢化硅薄膜.傅里叶变换红外光谱和Raman谱的研究表明,纳米晶硅薄膜中的氢含量和硅氢键合模式与薄膜的晶化特性有密切关系,当薄膜从非晶相向晶相转变时,氢的含量减少了一半以上,硅氢键合模式以SiH2为主.随着衬底温度的升高和晶化率的增加,纳米晶硅薄膜中氢的含量以及其结构因子逐渐减少.

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Si H4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/Si H4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Cp=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 e V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hν〈1.7 e V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5.4 S·cm-1。