非均匀的纳米晶硅(nc-Si)薄膜的横向热伏效应

采用磁控溅射技术在石英衬底上沉积1层200nm厚的非晶硅(a-Si)薄膜,并用真空热蒸发在其上沉积两个横向接触的厚度不同(分别为50和100nm)的Al膜。将已沉积好的薄膜在N2气氛中600℃下退火45min,得到两个横向接触的具有不同晶化程度的纳米晶硅(nc-Si)薄膜。利用X射线衍射(XRD)、Raman光谱、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)研究了所制备样品的结构特性。由较厚Al膜诱导的nc-Si薄膜的Si晶粒平均尺寸为25nm,晶化率为56%;由较薄Al膜诱导的nc-Si薄膜的Si晶粒平均尺寸为15nm,晶化率为23%。实验发现在没有温度梯度的情况下,这两个不同晶化程度的nc-Si薄膜之间具有横向热伏效应。温度为273K时,其开路电压为1.2mV,短路电流为40nA;当温度达到373K时,其开路电压达到25mV,短路电流达到1.171μA。

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。

氢稀释对纳米晶硅薄膜晶化特性的影响及薄膜生长机理

以SiH4与H2作为前驱气体,采用射频等离子增强化学气相沉积技术制备了纳米晶硅薄膜.利用Raman散射和红外吸收光谱等技术,对不同氢稀释比条件下薄膜的微观结构和键合特性进行了研究.结果表明,随着氢稀释比增加,薄膜的晶化率明显提高,而氢稀释比过高时,薄膜晶化率呈现减少趋势.红外吸收光谱分析表明,纳米晶硅薄膜中氢的键合模式与薄膜的晶化特性密切相关.随着氢稀释比增加,薄膜中整体氢含量和SiH2键合密度明显减少,而在高氢稀释比条件下,氢稀释比增加导致薄膜中SiH2键合密度和整体氢含量增加.

射频PECVD法高压快速制备纳米晶硅薄膜

采用传统的射频等离子体增强化学气相沉积技术，在较高的工作气压（133～266Pa）下，以0．4nm／s速率制备出优质的氢化纳米晶硅薄膜。薄膜的晶化率约60％，平均晶粒尺寸约6．0nm，暗电导率为10^-3～10^-4／Ω·cm。红外吸收谱显示，薄膜中没有Si-O、Si-C、Si-N等杂质键，随晶化率的提高，Si-H键也逐渐消失。

衬底温度对低温制备纳米晶硅薄膜的影响

采用传统的射频等离子体增强化学气相沉积技术,在较高的工作气压130Pa和较高的射频功率70W下,在>100℃的低温下,以0.14nm/s速率制备出优质的纳米晶硅薄膜。研究结果表明,薄膜晶化率和沉积速率与衬底温度有密切关系。当衬底温度>100℃,薄膜由非晶相向晶相转化,随着衬底温度的进一步升高,薄膜晶化率增大,当温度为300℃时,薄膜的晶化率达82%,暗电导率为10-4Ω-1.cm-1数量级,激活能为0.31eV。当薄膜晶化后,沉积速率随衬底温度升高而略有增加。

纳米硅氮薄膜晶化研究

在等离子体化学气相沉积系统中，使用高氢稀释硅烷（ＳｉＨ＿４）和氮气（Ｎ＿２）为反应气氛制备了纳米硅氮（ｎｃ－ＳｉＮ＿ｘ：Ｈ）簿膜。本工作研究了Ｎ＿２／ＳｉＨ＿４比和衬底温度对ＳｉＮ薄膜的晶化和组分的影响。研究结果表明：随着Ｎ＿２／ＳｉＨ＿４比增加，薄膜中的Ｎ／Ｓｉ比增加，导致薄膜的晶态率下降直至非晶化；随着衬底温度下降，薄膜的晶态率下降直至非晶化。对ｎｃ－ＳｉＮ＿ｘ：Ｈ薄膜的生长机制和晶化机制进行了详细讨论。

氢化非晶硅薄膜退火形成的纳米硅及其光致发光(英文)

本文报道对氢化非晶硅 ( a-Si∶H)薄膜在 6 0 0～ 6 2 0℃温度下快速退火 1 0 s可以形成纳米晶硅 ( nc-Si) ,其 Raman散射表明 ,在所形成的 nc-Si在薄膜中的分布是随机的 ,直径在 1 .6～ 1 5nm范围内 ,并且在强激光辐照下观察了 nc-Si在薄膜中的结晶和生长情况 .经退火所形成的 nc-Si可见光辐射较弱 ,不能检测到它们的光致发光 ( PL) ,但用氢氟酸腐蚀钝化后则可检测到较强的红 PL,并且钝化后的 nc-Si在空气中暴露一定的时间后 ,其辐射光波长产生了蓝移 .文中就表面钝化和量子限制对可见光辐射的重要性作了讨论 .

用PECVD技术低温低氢稀释快速生长纳米晶硅薄膜的研究

以SiCl4和H2为气源,用等离子体增强化学气相沉积技术,在300℃的低温下,研究不同的氢流量对纳米晶硅薄膜生长特性的影响。实验发现,氢对薄膜生长特性的影响有异于SiH4/H2,在一定功率下,薄膜的晶化率随氢流量的减小而增加;而薄膜的生长速率也强烈依赖于氢流量,随氢流量的减小而增大,与氢流量对薄膜晶化度的变化关系一致。通过调控氢流量,在低氢流量条件下获得了生长速率高达0.35 nm/s,晶化度高达76%的晶化硅薄膜。

激光烧蚀制备掺铒纳米硅晶薄膜形貌研究

采用XeCl准分子激光器交替烧蚀单晶硅靶和铒靶, 通过调整辐照两靶的激光脉冲个数比来控制掺铒浓度, 在2×10^-4 Pa真空下沉积制备了掺铒非晶硅薄膜, 经900～1200 ℃热退火实现纳米晶化. 扫描电子显微镜图像显示, 铒掺杂影响着薄膜的表面形貌, 与不掺铒情况相比, 可以得到晶粒尺寸分布更均匀的薄膜, 并且晶化温度更低. 对于一个固定掺铒浓度的样品, 随着退火温度的增加, 薄膜由晶粒结构转化为迷津结构.

晶粒尺寸分布对纳米晶硅薄膜喇曼散射谱的影响

用热丝助化学汽相反应法沉积了nc－Si：H薄膜，测量了它的喇曼散射谱，由透射电子显微镜直接测量了晶粒的大小和分布．应用声子强限制模型和球形粒子假设，并考虑到纳米晶粒的分布对样品的喇曼散射谱进行了拟合．结果表明，在考虑到纳米粒子的尺寸分布后，采用指数权重函数比采用高斯型权重函数更接近于实验测量的喇曼谱．

反应磁控溅射沉积SiO_x薄膜制备镶嵌在二氧化硅介质中纳米晶硅不可行性研究

用射频磁控溅射法在纯氩气或氩气/氧气混合气体中溅射纯硅靶制备SiOx(x<2)薄膜。X射线光电子谱(XPS)分析证实,射频功率对x值起决定作用。当射频功率低时,所制备的薄膜是化学计量比的SiO2,通过调节氧气分压调节x值非常困难。只有当射频功率较高时,才可以通过调节氧分压调节x值。实验结果证实了射频反应磁控溅射不宜用于制备镶嵌在二氧化硅介质中纳米晶硅(nc-Si/SiO2)的前驱体SiOx膜。文中讨论了相关机制。

镍诱导纳米晶硅薄膜的生长

采用磁控溅射方法制备了含镍过渡层的富纳米晶硅二氧化硅薄膜.对薄膜退火后的微观结构和发光性能进行了试验分析.结果表明,在高温退火后,有Ni过渡层的富纳米晶硅薄膜较没有Ni过渡层的薄膜具有更高的纳米晶硅密度和更强的室温光致发光强度.对试验结果进行热力学分析后,认为NiSi2作为纳米晶硅的形核中心诱导了薄膜的分相和纳米晶硅生长.

利用射频PECVD技术低温制备纳米晶硅薄膜

利用射频等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术低温制备了氢化纳米晶硅(nc-Si:H)薄膜.通过优化沉积参数,得到晶粒尺度小于10 nm,晶态体积比为58%的nc-Si:H薄膜.对nc-Si:H薄膜的光电特性进行研究,结果表明,在100 mW/cm2的光照下,nc-Si:H薄膜的光电导率为1.5×10-3Ω-1.cm-1,室温暗电导率为8.4×10-4Ω-1.cm-1,光学带隙为1.46 eV.利用射频PECVD制备的nc-Si:H薄膜具有明显的量子点特征.

PECVD法低温制备纳米晶硅薄膜晶化特性的Raman分析

以SiH4与H2为气源,采用射频等离子体增强化学气相沉积技术,在较低的温度(200℃)和较高的压强(230 Pa)下,在普通的玻璃衬底上制备出沉积速率达8×10-10m/s,晶化率大于60%的纳米晶硅薄膜.利用Raman谱分析硅烷浓度和射频功率对纳米晶硅薄膜的晶化特性的影响.结果表明,薄膜的晶化率、沉积速率与硅烷浓度和射频功率存在着密切的关系.随着硅烷浓度的降低,即氢稀释率的提高,晶化率提高,而沉积速率随着射频功率的增大而增大.当硅烷体积浓度为1%、射频功率为70 W时,获得晶化率接近70%的优质纳米晶硅薄膜.

纳米晶硅薄膜的量子尺寸效应研究

最近的一些研究指出，纳米晶硅薄膜具有量子点（ＱｕａｎｔｕｍＤｏｔ－Ｑ．Ｄ）特征。本文依据一些典型的理论模型，具体计算了纳米晶硅量子点（ｎｃ－Ｓｉ：ＨＱ．Ｄ）的量子化能级、激子的能量移动以及体系的库仑能量随纳米硅晶粒尺寸的变化，并结合我们自己，初步分析并讨论了这些能量参数对纳米晶硅量子点的共振隧穿、光致发光（ＰＬ）和库仑阻塞的影响。

低温高压快速生长纳米晶硅薄膜中氢的作用

以SiH4/H2为气源,用PECVD沉积技术,在低温(200℃)、高压下(230Pa)下制备出优质纳米晶硅薄膜。研究氢在高速生长纳米晶硅薄膜材料中的作用。实验表明,氢对纳米晶硅薄膜的高速生长起到非常关键的作用。随着氢稀释率由95%提高至99%,薄膜的晶化率由30%增大到70%,晶粒尺寸由3.0nm增大至6.0nm,而沉积速率却由0.8nm/s降低至0.3nm/s。

纳米晶硅多层薄膜的低温调控及其发光特性

采用单-双靶交替溅射法低温沉积了纳米晶硅多层薄膜(nc-SiO_x/a-SiO_x),通过改变a-SiO_x势垒层的厚度和化学成分比例,实现了纳米晶硅多层薄膜的低温过程控制。透射电子显微镜(TEM)结果显示,a-SiO_x层太薄,不能有效阻断纳米硅生长,导致多层周期结构在后期沉积过程中受到破坏;增加a-SiO_x层厚度,周期性结构生长得以实现,但仍有部分纳米硅穿透a-SiO_x势垒层;傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析表明,薄膜中的氧化反应以及活性氢对物相分离过程的促进作用均对纳米硅生长有影响。进而增加a-SiO_x层氧含量,纳米硅的纵向生长被成功阻断。在此基础上,通过调整nc-SiO_x层厚度实现了薄膜光学带隙调整和纳米硅粒度控制。光吸收谱分析显示,随nc-SiO_x层厚度的增加,薄膜光学带隙逐渐减小;光致发光谱表明,多层周期结构实现了纳米硅尺寸的调控,粒子尺寸为几个纳米的纳米硅表现出了较强的发光,发光机制为量子限制效应-缺陷态复合发光。

乙烯对纳米硅碳薄膜晶化的影响

在等离子体化学气相沉积系统中采用高氢稀释硅烷加乙烯法制备了ｎｃ－ＳｉＣｘ∶Ｈ薄膜。系统研究了Ｃ２Ｈ４／（Ｃ２Ｈ４＋ＳｉＨ４）（Ｘｃ）气体流量比对ｎｃ－ＳｉＧｘ∶Ｈ薄膜的晶化和其它光电性能的影响。Ｘｃ从０．１增加为０．４时，薄膜的晶态率从４５％下降为１０％，平均晶粒尺寸从１０ｎｍ下降为５．５ｎｍ，对应薄膜中的Ｃ含量从０．０３增加为０．１２。当Ｘｃ≥０．５，生成薄膜为非晶硅碳（ａ－ＳｉＣｘ∶Ｈ）薄膜。随着Ｘｃ从０．１增加为０．８，薄膜的暗电导率从８．５×１０－７（Ωｃｍ）－１下降为９×１０－１２（Ωｃｍ）－１，薄膜的光学能隙随Ｘｃ的增加而增加。

PECVD法制备纳米晶硅薄膜的研究进展

简要介绍了纳米晶硅薄膜的微结构表征方法,重点讨论了PECVD制备方法中工艺参数对薄膜结构的影响,并探讨了氢在薄膜形成和生长中的作用。通过优化氢稀释率、衬底温度、反应气压、激励功率和激发频率等工艺参数可提高纳米晶硅薄膜的晶化率并改善薄膜质量。结合喇曼光谱、X射线衍射谱、傅里叶红外光谱和高分辨透射电镜等表征方法可深入研究薄膜形成机理,对进一步探索薄膜光电特性有重要意义。分析了等离子体化学气相沉积(PECVD)制备方法中各工艺参数对薄膜质量和沉积速率的影响,指出其存在的问题,并探寻了今后的研究方向。

优质纳米晶硅薄膜的低温制备技术及其在太阳能电池中的应用进展

纳米晶硅薄膜是集晶体硅材料和氢化非晶硅薄膜优点于一体,可望广泛应用于薄膜太阳能电池、光存储器、发光二极管和薄膜晶体管等光电器件的一种新型功能材料.本文综述低温制备优质纳米晶硅薄膜技术的研究进展及其在薄膜硅太阳能电池上的应用.