利用快速退火法从非晶硅薄膜中生长纳米硅晶粒

报道了一种从非晶硅薄膜中生长纳米硅晶粒的方法 .含氢非晶硅薄膜经过快速热退火处理后 ,用拉曼散射和 X射线衍射技术对样品进行分析 .实验结果表明 :纳米硅晶粒不但能在非晶硅薄膜中形成 ,而且所形成的纳米硅晶粒的大小随着热退火过程中升温快慢而变化 .在升温过程中 ,若单位时间内温度变化量较大 (～ 10 0℃ / s) ,则所形成纳米硅粒较小 (1.6～ 15 nm) ;若单位时间内温度变化量较低 (～ 1℃ / s) ,则纳米硅粒较大 (2 3～ 4 6 nm) .根据晶体生长理论和计算机模拟 。

不同能量密度对脉冲激光沉积纳米硅晶粒尺寸的影响

在室温条件下保持Ar环境气体压强不变,采用脉冲激光沉积(PLD)技术,通过改变激光能量密度,在与烧蚀羽辉轴线垂直放置的衬底上沉积了一系列纳米硅晶薄膜,利用扫描电子显微镜(SEM)和拉曼(Raman)散射光谱对样品进行特性分析.结果表明,在能量密度为2～4J/cm2时,衬底上沉积的纳米硅晶粒尺寸和面密度基本不变.结合纳米晶粒成核生长动力学,对结果进行了定性解释.

掺杂nc-Si:H薄膜中纳米硅晶粒的择优生长

发现PECVD生长的系列掺杂氢化纳米硅 (nc Si:H)薄膜中纳米硅晶粒 (nc Si)有择优生长的趋势 .用Raman、XRD、AFM、HRTEM等方法研究其微观结构时发现 :掺磷的nc Si:H薄膜XRD峰位的二倍衍射角约为 33°.掺硼nc Si:H薄膜的XRD峰位的二倍衍射角约为 47°.用自由能密度与序参量的关系结合实验参数分析得到 :较高的衬底温度引起序参量改变 ,使掺磷nc Si:H薄膜中nc Si的晶面择优生长 .适当的电场作用引起序参量改变 ,导致掺硼nc Si:H薄膜在一定的自由能密度范围内nc

外加电场下脉冲激光烧蚀制备纳米硅晶粒成核生长

采用脉冲激光烧蚀技术,在引入垂直于烧蚀羽辉轴线外加直流电场的前后,分别在1,3,5Pa的室温氩气环境下沉积制备了一系列纳米硅晶薄膜,其中衬底与羽辉轴线平行.扫描电子显微镜(SEM)的检测结果表明,在同一直流电压下制备的纳米Si晶粒平均尺寸和面密度均随气体压强的增加而增大.保持气压不变,引入电场后所制备的纳米Si晶粒平均尺寸相对于无外加电场时增大,而面密度减小.结合纳米晶粒气相成核生长动力学,对实验结果进行了定性分析.

混合环境气体配比对纳米硅晶粒角度分布的影响

为了研究混合环境气体配比对脉冲激光烧蚀制备纳米硅(Si)晶粒角度分布的影响,采用XeCl准分子激光器,烧蚀高阻抗单晶Si靶,改变混合环境气体配比(He/Ar=4∶1、1∶10、1∶1、1∶4、1∶2),在半圆环衬底上成功制备了一系列纳米Si晶薄膜。使用扫描电子显微镜(SEM)图像、X射线衍射谱(XRD)和拉曼光谱(Raman)对其进行表征分析。结果表明,在五种配比下,纳米Si晶粒的平均尺寸均随着偏离羽辉轴向夹角的增大而减小;各个角度处,纳米Si晶粒的平均尺寸均随着混合环境气体平均原子质量的增加而呈现先减小后增大的趋势。从传输动力学角度,对结果进行了定性分析。

外加氩气流下脉冲激光烧蚀制备纳米硅晶粒成核生长动力学研究

为研究纳米硅晶粒成核生长动力学过程,采用脉冲激光烧蚀(PLA)技术,在室温,50～200 Pa的氩气氛围中,通过引入垂直于烧蚀羽辉轴线的外加气流,在水平放置的衬底上沉积了一系列纳米Si晶薄膜。扫描电子显微镜(SEM)、拉曼(Raman)散射和X射线衍射(XRD)检测结果表明,未引入气流时,衬底上相同位置处晶粒尺寸随气体压强的增大逐渐减小;在距靶1～2 cm范围内引入气流后,尺寸变化规律与未引入气流时相反。通过分析晶粒尺寸及其在衬底上的位置分布特点,结合流体力学模型和热动力学方程,分析得出在激光能量密度一定的条件下,环境气体压强、烧蚀粒子温度和密度共同影响着纳米晶粒的成核生长。

脉冲激光沉积纳米硅晶粒流体模型的推广

Yoshida等人提出的惯性流体模型只能解释脉冲激光烧蚀制备纳米硅晶粒平均尺寸随环境气压的变化规律.在此模型基础上,考虑到烧蚀粒子的初始速度分布(Maxwell分布),得到了纳米硅晶粒尺寸分布的解析表达式,数值模拟结果与Yoshida等人在不同环境氦气压下制备样品的晶粒尺寸分布的实验统计数据基本相符.还利用修正后的模型对不同环境气体种类(氦、氖、氩)中制备的纳米Si晶粒尺寸分布进行了模拟,模拟结果与实验数据相符.结论可为实现纳米硅晶粒尺寸的均匀可控提供理论依据.

掺硼nc-Si:H薄膜中纳米硅晶粒的择优生长

利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)生长的系列掺硼氢化纳米硅(nc-Si:H)薄膜中纳米硅晶粒(nanocrystallinesilicon,简称nc-Si)有择优生长的趋势。用HRTEM、XRD、Raman等方法研究掺硼nc-Si:H薄膜的微观结构时发现:掺硼nc-Si:H薄膜的XRD只有一个峰,峰位在2θ≈47o,晶面指数为(220),属于金刚石结构。用自由能密度与序参量的关系结合实验参数分析掺硼nc-Si:H薄膜择优生长的原因是:适当的电场作用引起序参量改变,导致薄膜在适当的自由能范围内nc-Si的晶面择优生长。随着掺硼浓度的增加,nc-Si:H薄膜的晶态率降低并逐步非晶化。nc-Si随硅烷的稀释比增加而长大,但晶态率降低。nc-Si随衬底温度升高而长大,晶态率提高。nc-Si随射频功率密度的增大而长大,晶态率增大的趋势平缓。但未发现掺硼浓度、稀释比、衬底温度、射频功率密度的变化引起薄膜中nc-Si晶面的择优生长。

硅纳米晶粒基MOSFET存储器的荷电特征研究

本文研究了硅纳米晶粒MOSFET存储器的荷电特征 .器件阈值电压偏移达 1 8V以上 ,并随着沟道宽度的变窄而增加 ,而与沟道长度基本无关 .同时 ,阈值涨落也随宽度的变窄而增大 .在 2 0～ 30 0K测量温度范围内 ,器件阈值偏移和电荷的存储特性几乎不随温度变化 ,说明荷电过程主要由直接隧穿决定 .进一步 ,在最窄沟道器件中观察到单电荷的荷电过程 .

界面陷阱对硅纳米晶粒基MOS电容的电荷存储特性的影响

利用电容 电压 (C V )测量研究了界面陷阱对于硅纳米晶粒基金属 氧化物 半导体(MOS)电容结构的电荷存储特性的影响 .研究表明硅纳米晶粒的界面陷阱与SiO2 /Si衬底界面态对电荷存储有着不同的影响作用 .长时间存储模式下的电荷存储行为主要由存储电荷从深能级陷阱直接隧穿到SiO2

硅纳米晶粒的发光特性及其应用

硅纳米晶粒具有独特的光致发光(PL)和电致发光(EL)特性,在纳米光电子器件中具有巨大的潜在应用价值。通过近年来硅纳米晶粒的研究成果,总结了影响硅纳米晶粒发光特性的各种因素和各种条件下的发光机制,并综合评述了硅纳米晶粒在发光二极管、激光器等纳米发光器件及荧光粉等方面的应用,指出了未来硅纳米晶粒的研究方向。

激光能量对沉积纳米Si薄膜晶粒尺寸的影响

为了制备纳米硅薄膜,采用脉冲激光沉积系统,保持靶材和衬底间距不变,在不同激光能量条件下,得到一系列纳米Si薄膜。利用喇曼散射光谱和X射线衍射谱对晶粒尺寸进行了计算和分析,取得了几组数据。结果表明,改变脉冲激光能量时,纳米Si晶粒平均尺寸均随能量的增强先增大后减小;在单脉冲能量为300mJ时制备的纳米Si晶粒平均尺寸最大,为8.58nm。这一结果对纳米硅薄膜制备的研究有积极意义。

硅纳米线的PECVD生长研究

本文以硅烷(SiH4)为反应气体,利用等离子体化学气相沉积(PECVD)方法在硅(100)衬底上生长硅纳米晶体、纳米线。应用扫描电镜观察不同条件下生长的样品表面,发现衬底条件对硅纳米结构的影响十分显著。在温度、压强等其它条件相同的情况下,对硅衬底应用Fe3+催化剂处理后,呈纳米线状结构生长,而无Fe催化剂涂覆情况下,基本呈纳米晶体状生长,说明催化剂对Si纳米线的生成起了重要的促进生长作用。通过进一步研究硅纳米晶体、纳米线的等离子增强化学气相生长机理,发现它们以气-液-固(VLS)机制生长。

非单晶硅基薄膜光致发光特性的研究

非单晶硅氢基薄膜材料，经高温退火及高温氧化可制备纳米尺寸的晶粒，室温下发出可见光。发光强度强烈依赖于晶粒大小和结晶体在网络中的体积比。发光来源于量子尺寸效应和表面发光中心。

离子注入制备量子光电材料的研究

对由量子限域效应引起的硅纳米晶粒的强烈光致发光现象、离子注入技术制备量子光电材料及其在光电子器件应用领域的优势和前景作了评述和探讨．