Nc-Si∶H薄膜器件的研究

介绍了氢化纳米硅(nc-Si∶H)薄膜在电子学器件和光电转换器件(如隧道二极管、异质结二极管、变容二极管、单电子晶体管、太阳能电池、发光二极管)等方面的研究进展,分析了这些器件的性能与nc-Si∶H薄膜结构之间的关系,阐述了新型器件的优点。

氢化纳米硅薄膜光电性质及其应用研究进展

氢化纳米硅(nc-Si:H)薄膜具有室温下的高电导率、电致发光及光致发光等独特的性能,可应用于超大规模集成电路中,因而引起人们广泛的研究兴趣。简单地综述了国内外有关nc-Si:H薄膜的制备方法、导电机理、发光机理及其应用于量子功能器件等方面的研究工作。

nc-Si∶H薄膜的三阶非线性光学性质

用简并四波混频技术 (DFWM)研究了nc Si∶H薄膜的三阶非线性光学性质 ,观察到了这种纳米薄膜材料的位相共轭信号 ,测得晶态比为XC1 =15 %和XC2 =30 % 的二个样品在光波波长为 5 89nm处的三阶非线性极化率分别为 χ1(3 ) =3 8× 10 - 6 esu和 χ2(3 ) =4 3× 10 - 7esu 。

稳定、优质nc-Si/a-Si:H薄膜的研制和特性分析

利用等离子体增强化学气相沉积技术研制出了优质稳定的氢化非晶 纳米晶两相结构硅薄膜 .薄膜的光电导率相对于器件质量的非晶硅有两个数量级的提高 ;光敏性也较好 ,光、暗电导比可以达到 10 4,此外薄膜的光电导谱具有更宽的长波光谱响应 .更为重要的是薄膜的光致退化效应远小于典型的非晶硅薄膜 ,在光强为 5 0mW/cm2 的卤钨灯光照 2 4h后 ,光电导的衰退小于 10 % .这种薄膜优良的光电性能源于薄膜中的非晶母体的存在使其在光学跃迁中的动量选择定则发生松弛 ,因而具有大的光学吸收系数和较高的光敏性 ;相对于典型非晶硅而言 ,薄膜的中程有序度得到了较大的改善 ,并具有小的深隙态密度 ;薄膜中存在的纳米尺寸的微晶颗粒 ,提供了光生载流子的复合通道 ,在非晶母体中的电子空穴对可以转移到微晶颗粒中进行复合 ,这样抑制了非晶母体中的非辐射复合 。

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。

nc-Si:H薄膜的内应力特性研究

测试了采用PECVD生长的氢化纳米硅(nc-Si:H)薄膜的内应力。利用XRD、Raman、AFM、HRTEM研究了nc-Si:H薄膜的微结构,用全场薄膜应力测试仪测量了nc-Si:H薄膜的内应力。结果表明:nc-Si:H薄膜的内应力与薄膜的微结构密切相关,强烈依赖于制备工艺。压应力随掺杂浓度的提高而增加;在一定功率密度范围内掺磷nc-Si:H薄膜的压应力随功率密度增加而减少,并过渡为张应力;在373-523K之间,掺硼nc-Si:H薄膜的压应力随衬底温度升高而增加;nc-Si:H薄膜的压应力随氢气对硅烷稀释比的变化而变化。

基于不同单光子能量拉曼谱的氢化硅薄膜微观特性研究

用等离子体增强化学汽相沉积法(PECVD)在玻璃和单晶硅(c-Si)衬底上分别制备了氢化纳米硅(nc-Si:H)和非晶硅(a-Si:H)薄膜,用紫外、可见和近红外3种不同波长的激光线对不同形态的Si薄膜进行拉曼散射实验研究。研究发现,这些Si薄膜在不同的单光子能量的激光线激发下的拉曼谱线形也不同。进而通过对Si薄膜材料中光吸收系数、折射率、消光系数和穿透深度等的理论分析以及薄膜内部原子数密度及键能密度的计算,对实验结果进行了详细的解释。研究表明,在对Si薄膜微观特性的拉曼光谱研究中,应根据薄膜的具体厚度选择最合适的激发波长,才能对精细微结构获得更为深层次的认识。