纳米硅薄膜的拉曼谱研究

通过等离子增强化学汽相沉积法,制备了本征和掺磷的氢化纳米硅薄膜（ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ）研究了晶粒尺寸和掺杂浓度对纳米硅薄膜拉曼谱的影响。结果表明晶粒变小和掺杂浓度增加都使纳米晶粒的ＴＯ模峰位逐渐偏离声子限制模型的计算值。Ｘ－射线衍射和透射电镜像的结果表明晶粒变小导致硅晶粒应力增加,而掺杂使晶粒内部杂质和缺陷增多,这些因素破坏了晶粒内晶格的平移对称性,进一步减小声子的平均自由程,导致实验值偏离理论计算值,     

CeO2掺杂ZnO薄膜制备和紫外吸收性能

 研究射频磁控溅射技术制备的CeO2掺杂ZnO薄膜的结构及紫外光吸收性能。结果显示,ZnO（002）晶面的晶面间距增大,由于晶格畸变的增加导致薄膜中的内应力也相应增加,随着CeO2掺入量的增加,引起ZnO晶格的进一步松弛,因此ZnO将呈混晶方式生长;由于ZnO的晶粒同时有多个生长方向,因而抑制了ZnO晶粒（002）取向生长度的速度,导致了晶粒尺寸的逐渐降低,薄膜的C轴择优取向性随CeO2含量的升高而降低。CeO2掺杂样品与纯ZnO薄膜的吸收谱的形状没有大的改变,吸收峰形基本一致,掺CeO2使薄膜的紫外吸收显著增强,吸收边明显向短波方向移动,吸收边的斜率有微小提高,吸收峰宽度略微增大,吸收强度增加。     

nc-Si:H薄膜的微结构特征与光学特性

利用射频等离子体增强型化学气相沉积(RF-PECVD)工艺,以SiH4和H2作为反应气体源,在玻璃和石英衬底上制备了氢化纳米晶硅(nc-Si:H)薄膜.采用Raman散射谱、原子力显微镜(AFM)、透射光谱方法对在不同衬底温度与不同H2稀释比条件下沉积生长薄膜的微结构和光学特性进行了实验研究.结果表明,nc-Si:H薄膜的晶粒尺寸为2.6～7.0nm和晶化率为45%～48%.在一定反应压强、衬底温度和射频功率下,随着H2稀释比的增加,薄膜的沉积速率降低,但晶化率和晶粒尺寸均有所增加,相应光学吸收系数增大.而在一定反应压强、射频功率和H2稀释比下,随着衬底温度的增加,沉积速率增加,薄膜晶化率提高.     

掺杂纳米硅薄膜微结构的研究

采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)方法成功地沉积出掺杂(主要是磷、硼)纳米硅(nc-Si:H)薄膜.利用高分辨电子显微镜(HREM)、Raman散射、X射线衍射(XRD)、Auger电子谱(AES)和共振核反应(RNR)等手段对掺入不同杂质后的纳米硅薄膜的微结构进行了系统的研究.实验结果表明,随着掺磷浓度的增加,掺杂纳米硅薄膜的晶粒尺寸减小,晶态比和晶粒密度增加.而随着掺硼浓度的增加,掺杂纳米硅薄膜的晶粒尺寸没有变化,晶态比减小,掺硼浓度达到一定程度时,则变成了非晶硅薄膜.     

缓冲气体对激光烧蚀制备掺 Er 纳米 Si 晶薄膜结构特性的影响

采用 XeCl 脉冲准分子激光器,保持激光脉冲比为1:3,分时烧蚀Er靶和高阻抗单晶Si靶,在10 Pa的Ne气环境下沉积了掺Er非晶Si薄膜. 在氮气保护下,分别在1 000℃,1 050 ℃和1 100℃温度下进行30 min热退火处理. 对所得样品的Raman谱测量证实,随着退火温度的升高,薄膜的晶化程度提高;利用扫描电子显微镜观测了所制备的掺Er纳米Si晶薄膜的表面形貌,并与相同实验参数、真空环境下烧蚀并经热退火的结果进行了比较. 结果表明,Ne气的引入,使形成轮廓明显的掺Er纳米Si晶粒的退火温度降低,有利于尺寸均匀的晶粒的形成.     

散射电场对激光烧蚀制备纳米Si晶粒分布和尺寸的影响

在10 Pa的氩气环境下采用了脉冲激光烧蚀技术(PLA),通过引入散射电场沉积制备了纳米Si晶粒薄膜.X线衍射谱(XRD)和Raman谱测量均证实了在薄膜中已经形成了纳米Si晶粒;利用扫描电子显微镜(SEM)对所制备的薄膜进行了形貌表征.结果表明,纳米Si晶粒的分布以及其平均尺寸均相对于轴向呈对称分布,加入散射电场后纳米Si晶粒的分布范围增大,其平均尺寸最大值所对应与靶的轴向夹角变大.利用MATLAB对烧蚀颗粒在散射电场的运动过程进行数值模拟,得到与实验结果一致的规律.     

微晶硅薄膜的等离子增强化学气相沉积生长特征

本文采用27.12 MHz等离子增强化学气相沉积(PECVD)技术制备了氢化微晶硅薄膜材料,通过Raman散射谱、X射线衍射、扫描电子显微镜、原子力显微镜和傅立叶变换红外谱等表征方法研究了生长条件参数对薄膜结构及生长速率的影响,对薄膜的生长机制进行了讨论,特别分析了孵化层形成和演化、以及对晶化率、柱状晶粒生长的作用特征.实验测量分析表明,在薄膜生长的初期阶段,形成一个嵌入大量小晶粒的非晶孵化层,并随着薄膜厚度的增加其非晶成份减少,晶化率不断提高,晶粒开始长大并结聚成团,形成大的晶粒,沿生长方向上形成横向尺寸为百纳米级的柱状晶粒.红外透射谱的结果证实2 100 cm-1附近吸收来源于位于晶界区或微孔内表面团簇化的SiH键的吸收.同时,适当的等离子能量在薄膜生长过程中有利于抑制氧的影响.目前的研究加深了对薄膜PECVD生长过程和生长机制的理解,有利于加强对太阳电池用的硅薄膜形态和质量的控制.     

低温铝诱导非晶硅晶化的热力学机理研究

采用磁控溅射方法沉积了Al/Si薄膜,通过自然氧化形成中间层,再结合快速光热退火制备出微晶硅.研究了铝诱导非晶硅晶化的两个热力学过程:Si的扩散和Si的形核长大.利用拉曼散射光谱仪和X射线衍射仪对薄膜进行了结构表征.结果表明:在铝诱导非晶硅的晶化过程中引入中间氧化层,有利于改善晶化效果,获得晶粒较大且结构均匀的薄膜;低温下,温度对Si的扩散起决定作用,过厚的氧化层会阻碍Si的扩散,使其浓度不能达到临界形核浓度,无法使非晶硅晶化;较大的Al晶粒及Al对Si晶粒的"润湿"能在低温下诱导非晶硅晶化.     

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.     

Nd掺杂BST薄膜的微结构与光学特性研究

用改进的溶胶-凝胶技术,在硅和石英衬底上制备了不同浓度的Nd掺杂Ba0.80Sr0.20TiO3薄膜,应用XRD和SEM表征了薄膜的晶化行为和微观形貌.测试发现700℃退火后,薄膜晶化情况良好,具有典型的多晶钙钛矿结构,表面致密,无裂纹和孔洞,晶粒生长均匀,随着Nd掺杂量的增加,晶粒尺寸逐渐减小.在200~1 000 nm的波长范围内测试了薄膜的透射谱,用"包络法"计算了薄膜的折射率,薄膜折射率与波长呈现典型的电子带间跃迁的色散关系,波长为400 nm时,1%Nd(按物质的量计算百分比)掺杂的BST薄膜的折射率为2.06,小于纯BST薄膜的折射率2.10,这是由于Nd掺杂引起薄膜内部应力变化造成薄膜折射率降低.由吸收谱和Tauc关系确定了Nd掺杂对薄膜的光学带隙的影响.