纳米Si/SiO_2多层膜的结构表征及发光特性

采用等离子体化学气相沉积系统生长非晶硅薄膜并用原位等离子体氧化的方法制备出具有不同子层厚度的非晶Si/SiO2多层膜,然后利用限制性晶化原理使非晶硅层晶化生成纳米硅。利用Raman、TEM等手段对薄膜结构进行了系统表征,在室温下观测到了光致发光信号,其发光峰峰位在750nm附近。进而在样品上下表面蒸镀电极,构建了电致发光原型器件并观测到了室温下的电致发光谱,开启电压约为6V,有两个明显的发光带,分别位于在650nm和520nm处。初步探讨了纳米硅及纳米硅/二氧化硅界面态对发光特性的影响。

纳米硅薄膜制备及HIT太阳能电池

在较高工作气压（332.5-399Pa）下,采用等离子增强化学气相沉积（PECVD）工艺制备了优质的本征纳米硅薄膜及掺磷的纳米硅薄膜,并采用X射线衍射（XRD）、拉曼散射（Raman）测试技术对其进行了测试和分析。结果表明纳米硅薄膜的XRD谱中存在（111）（、220）和（331）峰位;Raman谱中显示出其薄膜中的晶粒的大小（2-5nm）符合纳米晶的要求。将制备的纳米硅薄膜初步用于栅极/ITO/n-nc-Si∶H/i-nc-Si∶H/p-c-Si/Al/Ag结构的异质结（HIT）太阳能电池,开路电压（Voc）达404mV,短路电流密度（Jsc）可达到34.2mA/cm^2（AM1.5,100mW/cm^2,25℃）。

沉积压力对磁控溅射纳米硅薄膜结构和性能影响

采用射频（RF）磁控溅射方法在玻璃衬底上制备了氢化纳米硅薄膜,研究了沉积压力（4-9 Pa）对薄膜结构和性能的影响。利用XRD、SEM、紫外-可见光分光光度计、傅立叶红外吸收光谱仪（FT-IR）及四探针电阻测试仪等对薄膜结构和性能进行了表征。结果表明：随着沉积压力的提高,薄膜结晶程度逐渐变差,晶粒尺寸降低;薄膜光学带隙在2.04-2.3 eV之间,且随着沉积压力的提高而增加;薄膜具有SiH、SiO、SiH2和SiH3振动吸收峰,随着沉积压力的增加,SiH、SiH2振动吸收峰向高波数移动,薄膜方块电阻在132-96Ω/□,且随着沉积压力的升高而降低。

工艺条件对硼掺杂纳米硅薄膜微结构及力学性能的影响

采用射频和直流偏压(RF+DC)双重激励源,在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统中成功制备了掺硼纳米硅薄膜。改变衬底温度、射频功率和退火温度几个关键工艺参数,利用拉曼(Raman)谱仪、薄膜测厚仪和原子力显微镜(AFM)对掺硼纳米硅薄膜的微结构进行了分析;应用纳米压痕法研究了工艺条件对薄膜弹性模量及硬度等力学性能的影响关系。结果表明:薄膜晶态比、平均晶粒大小随着衬底温度的升高均有增大趋势;射频功率对提高薄膜生长速率存在最优值条件;退火对本征和掺硼薄膜表面形貌特征有较大影响,退火后掺硼薄膜表面粗糙度增大明显。薄膜弹性模量及硬度很大程度上受射频功率和后序处理条件的影响,退火使薄膜的力学性能有所提高。针对实验现象,从薄膜结构方面进行了相关的理论阐释。

CeF_3掺杂增强纳米晶Si光致发光强度的研究

真空蒸发SiO粉末,在Si(100)基体上制备SiOx薄膜,后续氮气中1100℃退火制备镶嵌在SiO2基体中的纳米晶Si体系(nc-Si/SiO2),然后将该样品放入真空室,在其上沉积CeF3薄膜,不同温度下热处理使Ce3+扩散到nc-Si附近,实现对纳米晶Si的掺杂。通过改变CeF3薄膜厚度调节掺杂浓度,在一定的掺杂浓度下纳米晶Si的光致发光强度明显改善,激发光谱证实荧光增强机制是Ce3+通过强耦合过程对纳米晶Si的能量传递。

镶嵌纳米晶硅的氧化硅薄膜微观结构调整及其光吸收特性

采用等离子体化学气相沉积(PECVD)技术在不同N_2O流量条件下制备了镶嵌有纳米晶硅(nc-Si)的富硅氧化硅(SiOx)薄膜,利用透射电镜(TEM),X射线衍射分析(XRD),傅里叶变换红外(FTIR)和透射光谱技术研究了薄膜中的氢含量和氧含量变化及其对薄膜晶化度、薄膜键合结构和光吸收特性的影响。结果表明,薄膜由nc-Si粒子和非晶SiOx组成,为混合相结构。nc-Si的生长与氧化反应的竞争决定了薄膜微观结构、键合特性以及光吸收特性。随着N_2O流量的增加,薄膜的晶粒尺寸逐渐减小。晶界区过渡晶硅的比例减少,晶粒界面随之消失,带隙呈持续增加趋势。该实验结果为ncSi/SiOx薄膜在新型太阳电池中的应用提供了基础数据。

PECVD工艺参数对nc-Si∶H膜质量的影响

研究了ＰＥＣＶＤ生长ｎｃＳｉ∶Ｈ膜过程中ＳｉＨ４气体稀释比、平衡反应气压、衬底温度、等离子体射频功率和直流负偏压等各种工艺参数对生成膜层质量的影响。

纳米硅薄膜微结构变化对薄膜光电性质的影响

用退火的方法改变了纳米桂（nc－Si：H）薄膜的微结构。用Raman散射和共振核反应方法分析了薄膜的微结构变化。结果表明，薄膜的氢含量是影响薄膜光学带隙的主要因素，而薄膜的晶态体积比和晶粒尺寸是影响薄膜电导率的主要因素。

利用MEMS技术研制硅脉象传感器

利用MEMS技术在N型<100>晶向的单晶硅衬底上设计并制作了以纳米硅/单晶硅异质结为源极和漏极的P-MOSFETs脉象传感器。在方形硅膜上制作四个以纳米硅/单晶硅异质结为源极和漏极P-MOSFETs,并将P-MOSFETs的沟道电阻设计成惠斯通电桥结构,从而实现对微小脉象信号的准确检测。实验结果表明,该硅脉象传感器在恒压源-3.0V供电条件下,灵敏度为1.623mV/kPa,准确度为2.029%F.S。

PECVD生长nc-Si∶H膜的沉积机理分析

nc-Si∶H膜具有显著不同于α-Si∶H与μc-Si∶H膜的新颖结构与物性。从热力学反应的基元过程出发，定性地分析了本征nc-Si∶H与掺磷nc-Si(P)∶H膜的沉积机理。

PECVD法制备纳米硅薄膜材料

采用等离子增强化学汽相淀积（ＰＥＣＶＤ） 法制备了纳米硅薄膜材料， 研究了工艺参数， 如衬底温度、衬底直流偏压、反应气体流量比等对薄膜性能的影响。

纳米硅带尾态能量分布及其光学带隙

假定纳米硅的格点势远小于晶界组元所形成的散射势垒，用Ｋｒｏｎｉｇ－Ｐｅｎｎｅｙ模型对纳米硅的带尾态进行计算，发现纳米硅带尾态并不连续。利用计算结果解释了纳米硅和微晶硅、多晶硅及单晶硅相比有较宽的光学带隙和较小的电导的现象。

纳米硅薄膜复合阳极的绿色微腔式OLED的研究

采用甚高频增强型等离子体化学气相沉积技术,通过优化薄膜的沉积条件制备出高性能的P-nc-Si∶H薄膜材料(σ=5.86S/cm、Eopt>2.0eV).通过XRD测量计算出薄膜<111>、<220>和<311>三个晶向上的晶粒大小分别为15nm、17nm和21nm;通过Raman测量,计算出其晶化率为35%左右.实验中,将P型纳米硅薄膜与氧化铟锡一起构成有机电致发光器件的复合阳极,研究了他们的发光特性,结果表明:由于P-nc-Si∶H薄膜材料具有近似半反半透的光学特性,它与高反射率的阴极Al使有机电致发光器件产生了微腔效应,使其发光光谱窄化,半宽高由126nm窄化到33nm;发光光亮明显增强,最大亮度为47130cd/m2,最大发光效率为9.54383cd/A,与以ITO为阴极的无腔器件相比,提高了约127%.

PECVD生长掺磷纳晶硅薄膜的电导特性研究

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,在玻璃衬底上低温沉积了优质本征纳晶硅(nc-Si:H)薄膜和掺磷纳晶硅(nc-Si(P):H)薄膜。通过拉曼散射谱和XRD衍射谱分别研究了PH3浓度对nc-Si(P):H薄膜的晶化率(Xc)和晶格微观畸变(Ls)的影响,结果显示随着PH3浓度的增加,Xc和Ls均呈现了先增加后减小的相似趋势,暗示二者之间存在紧密的关联;利用四探针法测量了nc-Si(P):H薄膜的电导率(σ),结果表明,nc-Si(P):H薄膜的σ比nc-Si:H薄膜提高了约5个数量级,且随着PH3浓度的增大而单调增大。该变化可以从Xc、Ls的角度得到合理解释。

纳米硅镶嵌氮化硅薄膜的制备与光致发光特性

为研究氮化硅薄膜发光材料的制备工艺及其光致发光机制,实验采用射频磁控反应溅射技术与热退火处理制备了纳米硅镶嵌氮化硅薄膜材料。利用红外光谱(IR)、X射线衍射谱(XRD)、能谱(EDS)和光致发光谱(PL),对不同工艺条件下薄膜样品的成分、结构和发光特性进行研究,发现在制备的富硅氮化硅薄膜材料中形成了纳米硅颗粒,并计算出其平均尺寸。在510 nm光激发下,观察到纳米硅发光峰,对样品发光机制进行了讨论,认为其较强的发光起因于缺陷态和纳米硅发光。

测试温度对nc-Si∶H膜光致发光特性的影响

利用常规等离子体化学气相沉积（ＰＥＣＶＤ）工艺制备了ｎｃ－Ｓｉ∶Ｈ膜，并对其光致发光（ＰＬ）特性从１０～２５０Ｋ温度范围内进行了变温测量．实验结果指出，随着测试温度升高，ＰＬ峰值能量发生了５４ｍｅＶ的红移，ＰＬ强度在Ｔ＞８０Ｋ后呈指数下降趋势．ＰＬ峰值能量的红移起因于带隙的收缩，而ＰＬ强度的减弱则是由于非辐射复合起了主导作用．

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。

纳米硅镶嵌氮化硅薄膜的制备及非线性光学性质研究

采用射频磁控反应溅射法结合热退火处理技术制备纳米硅镶嵌氮化硅(nc-Si/SiNx)复合薄膜。通过X射线能谱(EDS)、红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)及紫外-可见吸收光谱(UV-vis)的测定,对薄膜进行了组分、键合状态、结构及光学带隙的表征。采用皮秒激光运用单光束Z扫描技术开展了对该复合薄膜的非线性光学性质的研究,测得其三阶非线性折射率系数和非线性光吸收系数分别为10-8esu和10-8m/W量级,并将薄膜这种三阶光学非线性增强的原因归因于量子限域效应。

nc-Si∶H薄膜的制备及特性表征

利用等离子体化学气相沉积技术制备纳米硅(nc-Si∶H)薄膜材料,并用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、Raman光谱仪对成膜的状态进行了表征。用红外吸收光谱仪对不同工艺薄膜的结构进行了分析,研究了偏压对薄膜结构的影响,为纳米硅薄膜在光电子方面的应用提供可靠的依据。

低温铝诱导晶化制备纳米晶硅薄膜的物相和光学性能研究

采用射频磁控溅射镀膜系统,在玻璃衬底上制备了非晶硅(α-Si)/铝(Al)复合薄膜,结合氮气(N2)气氛中低温快速光热退火制备了纳米晶硅(nc-Si)薄膜;利用光学显微镜、共焦光学显微仪、X射线衍射(XRD)仪、拉曼散射光谱(Raman)仪和紫外-可见光-近红外分光光度计(UV-VIS-NIR)对纳米晶硅薄膜的表面形貌、物相及光学性能进行了表征,研究了退火工艺对薄膜性能的影响。结果表明:300℃,25min光热退火可使α-Si/Al膜晶化为纳米晶硅薄膜,晶化率为15.56%,晶粒尺寸为1.75nm;退火温度从300℃逐渐升高到400℃,纳米晶硅薄膜晶粒尺寸、晶化率、带隙逐渐增加,表面均匀性、晶格畸变量逐渐减小;退火温度从400℃逐渐升高到500℃,纳米晶硅薄膜的晶粒尺寸、晶化率继续增加,带隙则逐渐降低;采用纳米晶硅薄膜的吸光模型验证了所制备的纳米晶硅薄膜的光学特性,其光学带隙的变化趋势与吸光模型得出的结果一致。