多孔硅内部残余应力的研究

多孔硅在形成过程中由于内部产生巨大的拉伸应力，在裂纹的中心部位拉伸应力可达到o．92GPa，导致在硅晶体内部较脆弱的部位(如晶界附近)形成微裂纹，多孔硅沿着硅表面缺陷和裂纹区生长．随着刻蚀时间的增加，多孔硅孔隙率增加，拉伸应力进一步增加．正是由于这种残余应力的存在导致了多孔硅发生龟裂现象．     

多孔硅/聚合物复合膜光学各向异性的研究

首次用二维圆柱孔模型研究了多孔硅/聚合物复合膜的光学各向异性,求出了光学各向异性参数。实验上制备出了多孔硅/PMMA复合膜平面波导,采用棱镜耦合m线方法测量了复合膜的折射率。理论分析与实验结果基本相符。研究结果表明,多孔硅膜呈现出正单轴晶体的特征,由TE和TM模射所确定的折射率分别对应寻常光折射率和非寻常光折射率。多孔硅/PMMA复合膜光学各向异性随聚合物嵌入率的增加而减小。光学各向异性也随孔隙率的不同而变化,当初始孔隙率为73%时,光学各向异性参数β取最大值。     

显微拉曼光谱法对多孔硅热导率的研究

多孔硅优良的热学性能使其成为MEMS领域新兴的热绝缘材料。文中采用一种简便且无损的多孔硅热导率测量技术——显微拉曼光谱技术对电化学腐蚀法制备的不同孔隙率和厚度的多孔硅试样热导率进行了测量,结果表明在多孔硅的拉曼谱峰位置与其温度间存在线性对应关系。在所有样品中,厚度为110μm空隙率为65%的多孔硅显示出最好的绝热性能,其热导率为0.624W/mK。且随多孔硅孔隙率和厚度的减小,其热导率有迅速增加的趋势(厚度和孔隙率为9μm和40%时,其热导率升至25.32W/mK)。     

激光热处理对化学沉积Ni-P合金薄膜性能的影响

用扫描电镜(SEM)观察了化学沉积Ni-P合金薄膜/单晶硅基体的结构与颗粒度,利用X射线衍射(XRD)技术测试了其化学沉积后的残余应力,测量了激光热处理后残余应力的变化规律,分析了残余应力对磨损性能及界面结合强度的影响。实验结果表明,化学沉积Ni-P合金薄膜/硅基体的残余应力均表现为拉应力,经过激光热处理后残余应力发生了变化,由高值的拉应力变为低值的拉应力或压应力;薄膜残余应力对其磨损性能有明显的影响,其磨损量随着残余应力的减小而减小;薄膜与基体结合强度随着残余应力的增大而减小,合理地选择激光热处理参数可以精确地控制薄膜残余应力,提高其结合强度。     

双槽电化学腐蚀法制备多孔硅的孔隙率研究

采用双槽电化学腐蚀法制备多孔硅,主要研究了腐蚀条件及硅基体掺杂浓度对多孔硅孔隙率的影响,并且结合原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)技术对所制备的多孔硅的表面形貌和断面形貌进行了分析表征。研究发现,通过合理的选择工艺参数,可以制备具有特定孔隙率的多孔硅薄膜,可广泛的应用于微电子机械系统(MEMS)技术中。     

用于MEMS封装的纳米多孔硅气敏特性分析

采用双槽(自制)电化学腐蚀法在p型单晶硅表面制备多孔硅(PS)层,利用AFM技术分析多孔硅的表面形貌。研究分析了电流密度为20~60 mA/cm2时,多孔硅的孔径、孔深和孔隙率,并分析测试了多孔硅对高浓度乙醇的气敏特性。结果表明,在不同的电流密度腐蚀下,孔径都在10 nm左右;随着电流密度的增加,多孔硅的孔深和孔隙率增大且腐蚀的均匀性较好。当电流密度大于40 mA/cm2后,腐蚀的均匀性开始变差,灵敏度波动较大。通过对多孔硅气体吸附灵敏度的分析,在电流密度为40 mA/cm2时,对各浓度的乙醇气体的灵敏度相对稳定,均值达到2.24×106 kΩ,因此该类样品更适用于MEMS高真空封装的纳米吸气剂。     

高斯模激光冲击钛合金薄壁件应力场的演变机制

采用数值模拟方法,研究了激光冲击不同厚度钛合金零件时沿零件表面和深度方向的残余应力场分布规律,并通过动态分析,研究了冲击波在不同平面间的反射情况。结果表明,当其他参数不变时,试样的正面残余应力随厚度的增大而增大,而反面残余应力随厚度的增大先增大后减小。当试样厚度为4mm时,正面显微硬度最大值为440.2HV;当试样的厚度为2mm时,反面显微硬度最大值为416.1 HV。冲击波与声阻抗接触面作用产生的拉伸波与压缩波对残余应力场的分布有显著影响。     

金属／多孔硅／硅结构发光器件输运特性的研究

基于Vlkulov等人对金属/多孔硅/硅结构输运特性的研究,分析了载流子在金属/多孔硅/硅结构中的输运过程,研究了各层中电场强度以及电压的分布,讨论了镜像势在正反向偏压下对金属/多孔硅/硅结构I-V特性的影响.结果表明:金属/多孔硅/硅结构中电流主要受表面态电荷和界面层影响,改变多孔硅层厚度将导致各层中电压的重新分布,不管是正向偏压还是反向偏压,电流随厚度的增加而减小;镜像势在正向偏压时对电流的影响可以忽略,但随反向偏压增大镜像势对电流的影响越来越大.     

非制冷红外探测器多孔硅绝热层的研究

以多孔硅作为绝热层材料,采用超高真空对靶磁控溅射镀膜法,在多孔硅样品表面和硅基底表面沉积氧化钒薄膜。实验采用电化学腐蚀法制备多孔硅,利用场致发射扫描电子显微镜观测了孔隙率为50%,60%,70%三个多孔硅样品的微观形貌。利用显微喇曼光谱法测量其热导率,分别为8.16,7.28和0.624W/mK;利用纳米压入仪测量氧化钒薄膜的显微硬度和杨氏模量,测得沉积在孔隙率为50%,60%,70%的多孔硅基底上氧化钒薄膜的显微硬度分别为1.917,0.928和0.13GPa,杨氏模量分别为31.087,16.921和2.285GPa,而沉积在单晶硅基底的氧化钒薄膜的显微硬度和杨氏模量分别为10.919GPa和193.792GPa,并分析了微观结构差异对多孔硅绝热性能和机械性能的影响,为非制冷红外探测器的工艺制作过程提供一定的热学力学参数。     

非制冷红外探测器多孔硅绝热层的研究

以多孔硅作为绝热层材料,采用超高真空对靶磁控溅射镀膜法,在多孔硅样品表面和硅基底表面沉积氧化钒薄膜.实验采用电化学腐蚀法制备多孔硅,利用场致发射扫描电子显微镜观测了孔隙率为50%,60%,70%三个多孔硅样品的微观形貌.利用显微喇曼光谱法测量其热导率,分别为8.16,7.28和0.624W/mK;利用纳米压入仪测量氧化钒薄膜的显微硬度和杨氏模量,测得沉积在孔隙率为50%,60%,70%的多孔硅基底上氧化钒薄膜的显微硬度分别为1.917,0.928和0.13 GPa,杨氏模量分别为31.087,16.921和2.285 GPa,而沉积在单晶硅基底的氧化钒薄膜的显微硬度和杨氏模量分别为10.919 GPa和193.792 GPa,并分析了微观结构差异对多孔硅绝热性能和机械性能的影响,为非制冷红外探测器的工艺制作过程提供一定的热学力学参数.     

激光增材制造工艺参量对熔覆层残余应力的影响

为了探究工艺参量对激光增材制造熔覆层残余应力影响规律，采用数值模拟及实验验证相结合的方法，取得了激光增材制造熔覆层截面深度方向上沿扫描路径y方向和垂直扫描路径x方向上残余应力的分布规律，并在此基础上进行了不同工艺参量对y方向和x方向应力场影响分析。结果表明，在一定参量范围内，随着熔覆层深度的增加，y方向残余应力均表现为拉应力，呈现先增大后降低趋势，在熔覆层顶部约0.2mm处存在最大拉应力为262MPa；x方向由压应力逐步转变为拉应力，其略小于y方向应力值；随着激光功率的增大，x方向残余应力逐渐增大，y方向残余应力逐渐降低；随着扫描速率的增大，x方向的残余应力将随之减小，而y方向的残余应力将随之增大；随着送粉量的增大，x方向和y方向的残余应力均将随之增大。此研究为降低激光增材制造熔覆层残余应力及工艺参量优化选择提供了指导。     

微加工工艺应力的喇曼在线测量

针对微加工工艺过程造成的残余应力,文中提出了喇曼在线测量方法,并对最常用的三种微加工工艺:淀积、腐蚀或刻蚀及键合进行了喇曼在线测量.测量结果与理论分析相符,淀积工艺中,氮化硅对硅片造成的残余应力比氧化硅造成的大,且氧化硅在硅衬底上形成的残余应力是压应力,氮化硅形成的是张应力;刻蚀工艺和键合工艺对硅片造成了相对较大的应力分布,且都为张应力,最大值超过300MPa.     

Downward uniformity and optical properties of porous silicon layers

Porous silicon (PS) samples were fabricated by pulse current etching using different times. The downward uniformity and optical properties of the PS layers have been investigated using reflectance spectroscopy, photoluminescence spectroscopy, and scanning electron microscopy (SEM). The relationship between the refractive index and the optical thickness of PS samples and the etching depth has been analyzed in detail. As the etching depth increases, the average refractive index decreases, indicating that the porosity becomes higher, and the formation rate of the optical thickness decreases. Meanwhile, the reflectance spectra exhibit less intense interference oscillations,which mean the uniformity and interface smoothness of the PS layers become worse. In addition, the intensity of PL emission spectra is slightly increased.     

多孔硅薄膜的纵向均匀性及其光学特性研究

多孔硅样品使用脉冲电化学腐蚀法经过不同的腐蚀时间制备完成,使用反射光谱、光致发光光谱和SEM对多孔硅薄膜的纵向均匀性以及其光学特性进行了研究,还详细研究了随腐蚀深度变化的折射率和光学厚度(n*d)等光学参数。实验表明：随着腐蚀深度的增加,多孔硅薄膜的平均折射率n降低,即多孔度变大;多孔硅薄膜的光学厚度的形成速度减小;同时,反射光谱表现更弱的干涉性,表明薄膜的均匀性和界面的平整性变差;另外,光致发光谱的强度微弱变强。     

衬底温度对电子束沉积LaF3薄膜性能的影响

采用电子束沉积的方法分别在K9玻璃、紫外熔凝石英和Si基片上制备了LaF3单层膜,研究了衬底温度对LaF3薄膜结构和光学性能的影响.衬底温度从200℃上升到350℃,间隔为50℃,用分光光度计测量样品的透射率光谱曲线,并进行光学常数的计算.利用原子力显微镜(AFM)进行表面粗糙度的标定,利用ZYGO干涉仪测量基板镀膜前...     

Changes in properties of a 〈porous silicon〉/silicon system during gradual etching off of the porous silicon layer

Scanning electron microscopy has shown etching of a porous silicon layer in an HF solution to be irregular. The intensity of porous silicon photoluminescence significantly decreases during gradual etching off, and its peak initially shifts to shorter and then to longer wavelengths. Under red-light pulse excitation, photo-voltage measurements have shown that the boundary potential ?_s of the p-Si substrate is positive, and ?_s grows with the etching time and as the temperature decreases from 300 to 200 K. At T<230 K, the photomemory of ?_s caused by nonequilibrium electron capture by p-Si boundary traps is observed. The concentration of shallow traps and boundary electron states in p-Si increases as porous silicon is etched. At T<180 K, the system of boundary electron states is rearranged. Photovoltage measurements with white-light pulses have revealed electron capture at oxide traps of aged porous silicon.     

用于制备SOI材料的基于硅片键合和双层多孔硅剥离的薄外延硅膜转移技术

采用在阳极化反应时改变电流强度的办法 ,在高掺杂的 P型硅 (111)衬底上制备了具有不同多孔度的双层结构多孔硅层 .用超高真空电子束蒸发技术在多孔硅表面外延生长了一层高质量的单晶硅膜 .在室温下 ,该外延硅片同另一生长有热二氧化硅的硅片键合在一起 ,在随后的热处理过程中 ,键合对可在多孔硅处裂开 ,从而使外延的单晶硅膜转移到具有二氧化硅的衬底上以形成 SOI结构 .扫描电镜、剖面投射电镜、扩展电阻和霍尔测试表明 SOI样品具有较好的结构和电学性能     

Gettering by heat thermal processing: application in crystalline silicon solar cells

The aim of this work is to getter unwanted impurities from solar grade crystalline silicon (Si) wafers and then to enhance their electronic properties. This was done by forming a sacrificial porous silicon (PS) layer on both sides of the Si wafers and by performing infrared (IR) thermal annealing treatments (at around 950 °C) in a SiCl₄/N₂ controlled atmosphere. The process allows concentrating unwanted impurities in the PS layer and near the PS/silicon interface. These treatments reduce the resistivity by about two orders of magnitude at a depth of about 40 μm and improve the minority carrier diffusion length from 75 to 210 μm. This gettering method was also tested on silicon wafers where grooved fingers and back contacts were achieved using a chemical vapor etching (CVE) method. Front buried metallic contacts and small holes for local back surface field were then achieved after the gettering stage in order to realize silicon solar cells. It was shown that the photovoltaic parameters of gettered silicon solar cells were improved as regard to ungettered ones.