低温铝诱导形成纳米硅的特性研究

采用玻璃／氢化非晶硅（a—Si：H）以吕结构，在低温（≤350℃）下，应用铝诱导晶化法（AIC），形成了纳米硅（nc-Si）．利用X射线衍射（XRD）光谱、拉曼（Raman）光谱和紫外可见近红外光谱（UVVis—NIR），研究了退火升温时间对a—Si：H薄膜的结构及其光学特性的影响．结果表明，随着退火升温时间的增加，廿Si：H膜的晶化率X。增加而硅晶粒尺寸基本不变，光吸收系数α增加．这主要是由于铝和氢化非晶硅膜之间的氧化层很薄以及退火升温导致Al—Si之间的互扩散增强，使硅的成核密度很高和扩散到a-Si：H膜中的铝浓度较高造成的。     

铝分层诱导晶化非晶硅的研究

铝诱导晶化(AIC)法是一种低成本、低温制备高质量多晶硅薄膜的方法.采用磁控溅射和自然氧化法在石英衬底上生长铝/三氧化二铝/非晶硅结构的材料,然后进行低温(低于硅铝共熔温度577℃)退火处理.通过共焦显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)和X射线衍射(XRD)手段进行表征.结果表明,退火后薄膜分为两层,上层是铝、非晶硅和多晶硅的连续混合膜,随退火时间增加,上层晶化率快速增加;下层形成了完全晶化的大尺寸多晶硅晶粒,晶粒结晶质量接近单晶硅;增加退火时间,下层晶粒增长很缓慢;降低退火温度,下层晶粒尺寸明显增大;形成的多晶硅薄膜均具有高度(111)择优取向.并且,进一步地对上述退火过程中样品的变化行为作出分析.     

铝膜沉积温度对非晶硅薄膜晶化的影响

采用磁控溅射(Magnetron Sputtering,MS)方法,研究了不同的退火温度及铝的沉积温度对非晶硅薄膜晶化的影响.通过扫描电子显微镜(SEM)对不同温度沉积的铝薄膜表面结构及形貌进行了分析;并利用光学显微镜,拉曼散射仪(RAMAN)对退火后的薄膜表面形态和结构进行了分析.实验结果表明:适当温度退火可以有效提高对非晶硅的诱导作用,提高铝膜的沉积温度对于非晶硅薄膜晶化有促进作用;在650℃的退火温度下增加铝的沉积温度可显著提高非晶硅的晶化效果.     

铝诱导晶化非晶硅薄膜研究

应用晶化非晶硅（a—Si）薄膜铝诱导方法，采用X射线衍射（X-ray diffraction，XRD）、光学显微镜（Optical Microscopy，OM）和原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM）等测试手段，研究了退火条件对样品晶化的影响．结果表明，样品在300℃下退火后仍为非晶态；退火温度为400℃时，样品开始晶化．随着退火时间的增加，薄膜晶化程度越来越高，晶粒越来越大，同时薄膜表面粗糙度增加．     

锆对Cr-Si-Al电阻薄膜微观结构和电性能的影响

研究了退火态Cr-Si-Al和Cr-Si-Al-Zr薄膜的微观结构和电性能。结果表明，溅射态非晶薄膜Cr-Si-Al和Cr-Si-Al-Zr在加热到700℃的过程中，主要折出2种晶化相：Cr(Al,Si)2和Si纳米晶化相，其中Cr-Si-Al-Zr薄膜中的晶化相Cr(Al,Si)2包含有少量Zr原子。Zr原子的加入抑制了晶化相的形核和长大，从而Cr-Si-Al-Zr薄膜与Cr-Si-Al薄膜相比，需更高的退火温度才能达到趋于零的电阻温度系数。因此，Cr-Si-Al-Zr薄膜具有更好的电学稳定性能。     

太阳能电池用低掺杂率多晶硅薄膜的制备

通过铝诱导晶化非晶硅(Aluminum-Induced Crystallization, AIC)制备的多晶硅薄膜具有较高的铝掺杂浓度(2×10¹⁸ cm^-3), 不适宜作为薄膜太阳能电池的吸收层. 我们提出了QCGE AIC法, 即: 硅原子的快速扩散; 冷却成核; 晶粒的慢速生长; 铝原子的向外扩散.通过精确控制AIC过程中退火温度及模式制备了掺杂率为2×10¹⁶ cm^-3的高品质多晶硅薄膜. 二次离子质谱(Secondary-Ion-mass Spectroscopy, SIMS)结果表明: 制备多晶硅薄膜中铝残留浓度依赖于退火的温度模式; 霍尔效应测试结果表明: 制备多晶硅薄膜的掺杂率依赖于退火的温度和退火模式; 拉曼光谱表明: 通过QCGE AIC 制备的多晶硅薄膜中包含有少量由小颗粒硅组成的区域.     

铝诱导层交换的研究进展

铝诱导层交换是指铝-非晶硅双层膜经低温退火后,铝和非晶硅层的位置发生交换,导致在原来铝层的位置处形成一完整连续的多晶硅层.这一技术的应用将大幅度降低制备多晶硅薄膜的成本.本文针对近几年有关铝诱导层交换的研究进展,包括实验和理论研究两方面的进展,结合铝诱导层交换表征的一具体实例,对影响铝诱导交换的主要因素、层交换的动态过程及其机理作了一个综述.     

非晶硅薄膜的制备及晶化研究

采用磁控溅射技术首先在玻璃基片、单晶硅片上溅射非晶硅薄膜再在其表面溅射铝膜,并用快速退火炉在不同温度下进行退火。利用台阶仪、拉曼散射光谱(Raman)仪和X射线衍射(XRD)仪对薄膜进行性能表征。结果表明:在功率120W,气压1.5～2.5pa,时间为3.5～4.5h的条件下可制备得非晶硅薄膜,Al诱导能降低晶化温度,并在500～600℃间存在一最佳晶化温度。     

基于磁控溅射技术沉积光伏电池用硅基薄膜材料的研究

硅基薄膜太阳能电池是光伏电池领域最具有发展前景的组件.采用非平衡磁控溅射技术制备氢化硅薄膜和SiNx/Si纳米多层膜,并对其结构与性能进行了分析.结果表明,Si∶ H薄膜呈现出非晶硅和硅纳米晶颗粒复合结构;随着溅射混合气中氢气含量的增加,Si∶ H薄膜的晶化程度增强;Si∶ H薄膜的光学带隙均高于2.0eV.利用交替磁控溅射方法沉积的SiNx/Si纳米多层膜结构,其呈现出非晶相.     

高能球磨诱发Fe78Si13B9非晶合金纳米晶化的研究

利用X射线衍射和透射电子显微镜研究了高能球磨条件下Fe78Si13B9非晶合金的机械诱发纳米晶化过程中的结构变化和晶化动力学,利用Scherer公式计算了晶化的α-Fe颗粒的平均直径D,在球磨3 h之后开始形成α-Fe相晶粒,D为2～10 nm.晶化动力学通过X射线衍射数据给出的晶化体积分数来分析.由经典的Johnson-Mehl-Avrami(JMA)模型得到Avrami指数n=1.53,表明机械诱发纳米晶化过程中其形核机制为均匀形核,晶粒生长机制为从小尺寸晶核开始的三维生长.     

热退火条件下球状纳米硅晶粒成核势垒阈值研究

利用纳秒脉冲激光烧蚀(PLA)技术,在室温、真空环境中沉积制备了非晶Si薄膜,并通过热退火实现了薄膜样品的晶化.利用扫描电子显微镜(SEM)、X线衍射(XRD)仪和Raman散射(Raman)仪等技术对退火后的样品进行形貌表征和晶态成分分析,确定了非晶Si薄膜晶化的热退火阈值温度以及在该条件下所形成球状纳米Si晶粒的平均直径,结果分别为850℃和15nm.假定纳米Si晶粒为理想球体,结合固相晶化过程中的能量变化,计算得到了晶化形成直径15nm球状晶粒所需要的能量,即成核势垒阈值,量级约为10-11 mJ.     

在铝诱导下非晶硅薄膜低温快速晶化研究

在镀铝 (0 .5～ 4μm)的玻璃基底上用射频辉光放电化学气相沉积法沉积 1～ 4μm厚的α- Si薄膜 (基底沉积温度为 30 0℃ ,沉积速率为 1 .0μm/h) ,然后样品在共熔温度下、 N2 气保护中热退火 ,可使其快速晶化成多晶硅薄膜 .结果表明 :在铝薄膜的诱导下 α- Si薄膜在温度 550℃附近退火 5min即可达到晶化 ,X-射线衍射分析显示样品退火 30 min形成的硅层基本全部晶化 ,且具有良好的晶化质量 .     

氢等离子体退火对氢化非晶硅结构有序度的影响

室温下利用氢等离子体退火技术对氢化非晶硅(a-Si：H)薄膜进行处理，通过傅立叶红外、光吸收、拉曼光谱3种测试手段对非晶硅的微结构进行了分析，发现不同的退火时间对a—Si：H的微结构影响很大，氢等离子体在与薄膜的化学反应过程中主要表现为原子氢(H^0)与薄膜的反应．化学势很高的H^0能将Si—Si弱键转变成Si—Si强键．硅网络结构发生弛豫，使结构由无序向有序转变，从而能够降低晶化温度与退火时间．     

机械合金化制备Ti-Al-Si纳米金属间化合物

4种成分的Ti-Al-Si颗粒T3，T4，T5和T6通过球磨获得非晶．这些非晶在退火时的结构变化分为3个阶段：（1）球磨非晶的部分晶化并产生Ti5Si3；（2）其余非晶的完全晶化并依赖于颗粒中Ti和Al的组成产生钛铝金属间化合物，（3）粉末中各相的晶粒长大．晶化反应依粉末成分产生Ti3Al，TiAl和Al3Ti.Ti5Si3是晶化反应的唯一硅化物.低于800℃退火可获得纳米晶。     

在SiO2衬底上生长多晶Ge薄膜的结晶机制研究

在低温条件下生长的多晶Ge薄膜在光伏器件和电子器件领域具有非常广泛的应用。在实验研究中,利用Al诱导结晶的生长方法在200℃的低温条件下,在SiO_2衬底上生长出结晶质量很好的多晶Ge薄膜。实验中,特意在Al薄膜和非晶Ge薄膜之间生长了一层很薄的GeO_x扩散控制层。研究发现,在Al/a-Ge双层薄膜样品中,当Al薄膜与非晶Ge薄膜完成层交换后,生长出的多晶Ge薄膜的晶向得到了有效控制。在非晶Ge薄膜转变为多晶Ge薄膜的结晶过程中,通过进一步控制Ge晶颗粒的成核位置和密度以及二维生长的速率就可以制备出微米量级大小的Ge晶颗粒和(111)晶向较好的多晶Ge薄膜。     

掺磷氢化纳晶硅薄膜的晶粒尺寸和晶格畸变的研究

采用等离子增强化学气相沉积在玻璃衬底上制备了掺磷氢化纳晶硅薄膜,并利用X射线衍射谱(XRD)和拉曼散射谱研究了PH3浓度(GFR=[PH3]/[Si H4])对薄膜平均晶粒尺寸和晶格畸变的影响.结果显示磷弱掺杂有利于晶化,而重掺杂抑制晶化.随着GFR的增大,Si(111)方向上的平均晶粒尺寸呈现出先减小后增大的趋势,而对应的晶格畸变则呈现了相反的变化趋势,小的晶粒尺寸诱导了大的晶格畸变.该结果可归结于与平均晶粒尺寸相关的表面增强效应.在掺磷氢化纳晶硅薄膜的制备过程中,PH起了关键的有效掺杂作用.     

Si衬底上生长ZnO薄膜成熟化的研究

用电子束反应蒸发(REBE)方法在Si和白宝石衬底上低温生长了ZnO晶体薄膜.测量结果表明ZnO晶粒具有类柱状的生长特性,并且首次发现Si基ZnO外延层生长的Ostwald"成熟化"(ripening)过程.研究结果还表明这种"成熟化"出现和衬底结构有关,而且"成熟化"并不影响薄膜的生长取向;光荧光激发光谱(PLE)测量显示,在330～350 nm区域有一个较宽的荧光激发峰,该宽峰跟掩埋在外延层内部的2种尺寸的ZnO量子点有关.     

YIG磁性薄膜低温集成工艺

为使YIG磁性薄膜应用到Si集成电路中,利用Sol-Gel技术晶化温度低的特点,结合快速热处理(RTP)工艺在Si基上制备了Y2.97Bi0.03Fe5O12薄膜.讨论了Sol-Gel工艺薄膜制备条件的优化,使用原子力显微镜(AFM),X射线衍射仪(XRD)和交变梯度磁强计(AGM)研究了RTP工艺对薄膜样品表面形貌、晶相结构及静态磁性能的影响.结果显示:Sol-Gel技术有效降低了薄膜晶化温度,RTP热处理工艺对Y2.97Bi0.03Fe5O12薄膜结晶温度、晶相结构没有影响,对表面形貌影响较大,从而使薄膜静态磁性能略有降低,但通过低温退火可有效改善RTP工艺对薄膜磁性能的影响.     

氧化层对硅片上生长Au膜微结构的影响

采用 X-射线衍射与扫描电镜观察相结合研究了中间氧化层对硅片上沉积 Au- As合金薄膜的微结构的影响 .结果表明 :氧化层一方面影响 Au- As合金膜的成核生长 ,使其晶粒细化和生长速率下降 ;另一方面 ,氧化层降低了 Au- Si界面扩散反应的程度 ,阻止新的 Si-Au合金相的生成 .     

偏高岭石基磷酸硅铝分子筛的合成及催化性能

以偏高岭土兼作Al、Si源,H3PO4作磷源,十六烷基三甲基溴化铵(三乙醇胺为复合模板剂,采用分步晶化和一步晶化的方法制备磷酸硅铝分子筛.利用X射线衍射分析、扫描电镜、XPS及NH3-TPD等手段对产物进行了表征.结果表明:分步晶化法制备的磷酸硅铝分子筛晶粒规整,呈柱状,且晶粒尺寸较大,约为20μm×5μm×5μm,其晶体结构中P∶Al∶Si摩尔比达1∶1.19∶0.67,硅含量较高;采用分步晶化法制备的SAPO-5分子筛的总酸量更高,达578.0μmol/g;采用分步晶化法制备的SAPO-5分子筛的催化正丁烷异构化反应初始活性可达到24.8%,远高于一步晶化法制备的SAPO-5分子筛的初始活性(14.1%).