微晶硅材料及其薄膜晶体管的研究

本文在微晶硅材料性能研究的基础上制备了微晶硅薄膜晶体管(TFT).发现微晶硅的柱状生长模式会导致其结构和电学性能的不均匀性.由于材料的柱状生长模式使得其晶化百分比、晶粒尺寸和暗电导受到薄膜厚度的调制.平行于衬底和垂直于衬底方向的电导率随着材料沉积条件的变化呈现出不同的变化规律,后者始终保持在 10-6 s/an～10-5 s/cm 量级.确定了用于 TFT 有源层的微晶硅薄膜沉积条件中的硅烷浓度应高于 2%,晶化百分比应为40%～50%左右.制备的微晶硅 TFT 器件具有良好的稳定性,开态电流的衰退和阈值电压的漂移分别为 25%和1 Ⅴ,进而还发现了一种新颖的自恢复现象.     

P-nc-si:H薄膜材料及在微晶硅薄膜太阳电池上应用

对RF PECVD技术沉积p nc Si:H薄膜材料进行了研究。随着功率的增大材料的晶化率增大。B的掺杂可以提高材料的电导率,同时会抑制材料的晶化,在纳米Si薄膜材料中B的掺杂效率很高,少量的B即可获得高的电导率,而对材料晶化影响不大。用比较高沉积功率和少量B的方法获得了高电导率、宽光学带隙和高晶化率的P型纳米Si薄膜材料(σ=0.7S/cm,Eopt>2.0eV)。将这种材料应用于微晶硅(μc Si)薄膜太阳能电池中,电池结构为:glass/SnO2/ZnO/p nc Si:H/I μC Si:H/n Si:H。首次获得效率η=4.2%的μC Si薄膜太阳能电池(Voc=0.399V,Jsc=20.56mA/cm2,FF=51.6%)。     

塑料基底a-Si∶H TFT制备技术

采用PECVD工艺,在300℃下在50μm厚的Kapton E高分子塑料片上制备了底栅结构a-Si∶H TFT阵列(20×20)。用傅里叶变换红外光谱仪表征了a-Si∶H薄膜的结构,用二探针法和四探针法分别表征了a-Si∶H薄膜和n+a-Si∶H薄膜的电导率。a-Si∶H薄膜中的H(原子数分数)约为15.6%,H主要以Si H和Si H2基团的形式存在,其电导率为8.2×10-7~8.8×10-6S/cm;n+a-Si∶H薄膜的电导率为3.8×10-3S/cm。所制备的TFT具有以下性能:Ioff≈1×10-14A,Ion≈1×10-9A,Ion/Ioff≈105,Vth≈5V,μ≈0.113cm2/(V.s),S≈2.5V/dec,满足TFT-LCD等平板显示器件的开关寻址电路要求。     

RF-PECVD高速沉积优质过渡区微晶硅薄膜

利用13.56MHz射频等离子体增强化学气相沉积技术高速沉积非晶/微晶过渡区的微晶硅(μc-Si:H)薄膜.研究了沉积压力、射频功率、电极间距、氢稀释度等参数对沉积速率、电学性质等的影响.选择优化的沉积参数,在非晶到微晶的过渡区得到了沉积速率为0.3～0.4nm/s的μc-Si:H薄膜.薄膜的暗电导在10-7S/cm量级,光暗电导比近2个量级,电导激活能在0.52eV左右,薄膜结构致密,达到了器件级质量.     

RF-PECVD高速沉积优质过渡区微晶硅薄膜

利用13.56MHz射频等离子体增强化学气相沉积技术高速沉积非晶/微晶过渡区的微晶硅(μc-Si:H)薄膜.研究了沉积压力、射频功率、电极间距、氢稀释度等参数对沉积速率、电学性质等的影响.选择优化的沉积参数,在非晶到微晶的过渡区得到了沉积速率为0.3～0.4nm/s的μc-Si:H薄膜.薄膜的暗电导在10-7S/cm量级,光暗电导比近2个量级,电导激活能在0.52eV左右,薄膜结构致密,达到了器件级质量.     

纳米硅层状薄膜及其p-i-n太阳能电池的研制

通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法分别制备了本征、掺磷和掺硼的氢化纳米硅薄膜(nc-Si:H),并制备出纳米硅复合层状薄膜.对薄膜样品进行了喇曼(Raman)散射谱,X射线衍射等分析测试.结果表明:掺杂元素对纳米硅薄膜的晶态比和晶粒大小存在不同程度的影响;通过薄膜表面衍射(XRD)可得到硅的(111),(220)和(311)三个晶面衍射峰;并在制得的纳米硅复合层状薄膜的基础上,制备了结构为Al/ITO/n -nc-Si:H/i-nc-Si:H/p-c-Si/Al/Ag的太阳能电池.该电池的开路电压、短路电流和填充因子与非晶硅太阳电池相比,均得到很大的提高.     

纳米硅层状薄膜及其p-i-n太阳能电池的研制

通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法分别制备了本征、掺磷和掺硼的氢化纳米硅薄膜(nc-Si:H),并制备出纳米硅复合层状薄膜.对薄膜样品进行了喇曼(Raman)散射谱,X射线衍射等分析测试.结果表明:掺杂元素对纳米硅薄膜的晶态比和晶粒大小存在不同程度的影响;通过薄膜表面衍射(XRD)可得到硅的(111),(220)和(311)三个晶面衍射峰;并在制得的纳米硅复合层状薄膜的基础上,制备了结构为Al/ITO/n+-nc-Si:H/i-nc-Si:H/p-c-Si/Al/Ag的太阳能电池.该电池的开路电压、短路电流和填充因子与非晶硅太阳电池相比,均得到很大的提高.     

VHF-PECVD法制备P型微晶硅锗的研究

以SiH4和GeF4为反应气体,采用甚高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)方法制备了P型微晶硅锗(P-μc-Si1-xGex)薄膜.研究GeF4浓度对P型微晶硅锗材料组分、结构及电学特性的影响.随GeF4浓度的增加,薄膜中的锗含量增加,暗电导和晶化率先增加,后减小;在薄膜厚度为72 nm,GeF4浓度为4%时,得到了电导率达1.68 S/cm,激活能为0.047 eV,晶化率为60%,在长波区域的平均透过率超过0.9的P型微晶硅锗.     

RF-PECVD高速沉积优质过渡区微晶硅薄膜

利用13.56MHz射频等离子体增强化学气相沉积技术高速沉积非晶/微晶过渡区的微晶硅(μc-Si∶H)薄膜. 研究了沉积压力、射频功率、电极间距、氢稀释度等参数对沉积速率、电学性质等的影响. 选择优化的沉积参数，在非晶到微晶的过渡区得到了沉积速率为0.3～0.4nm/s的μc-Si∶H薄膜. 薄膜的暗电导在1e-7S/cm量级，光暗电导比近2个量级，电导激活能在0.52eV左右，薄膜结构致密，达到了器件级质量.     

硼掺杂对a-Si薄膜电导率及太阳电池效率的影响

对等离子增强化学气相沉积技术(PECVD)低温制备的非晶硅(a Si)薄膜的电导率随B掺杂浓度的变化规律进行了研究。结果表明:当B2H6/SiH4由0.6%增加到0.8%时,a Si薄膜的暗电导率由10-5(Ω·cm)-1急剧增加到10-1(Ω·cm)-1;进一步增加B2H6/SiH4时,暗电导率增加缓慢;当B2H6/SiH4大于1.0%时,暗电导率急剧下降。对B2H6/SiH4为1.0%及1.2%的P层材料制备的太阳电池的研究结果表明:采用B2H6/SiH4为1.2%的光电转换效率优于1.0%。     

高电导本征纳米硅膜及其缓冲层太阳能电池

通过PECVD法制备了纳米硅薄膜(nc-Si:H),采用Raman散射谱,AFM对样品的结构和形貌进行了测试,并测试了样品的室温电导率。结果表明:制备出的纳米硅薄膜,其电导率达到4.9S·cm-1。另外制备了本征nc-Si:H膜作缓冲层,结构为ITO/n+-nc-Si:H/i-nc-Si:H/p-c-Si/Ag的PIN型太阳能电池,其Voc达到534.7mV,Isc达到49.24mA(3cm2),填充因子FF为0.4228。     

纳米硅薄膜与纳米电子学

纳米半导体硅薄膜是利用等离子体增强化学气相沉积（ＰＥＣＶＤ）方法制备的,制备可以很好地进行调节控制。纳米硅薄膜由两种组元：纳米尺度晶粒组元和晶粒间的界面组元,即晶态相和晶界相组成。纳米半导体硅薄膜对发展半导体器件,例如量子功能器件和薄膜敏感器件等,很有价值。     

对纳米硅薄膜高电导机制的探讨

使用超高真空PECVD薄膜沉积系统制备的纳米桂薄膜（nc－Si：H）具有高电导特性。为了探讨其导电机制，先使用K．Yoshida早期提出的两相无序结构有效电导模型分别对晶粒电导和界面电导进行了理论计算。指出，nc－Si：H股中高电导主要来自于细微晶粒的传导，界面可视之为非导体。另一方面，实验证实nc－Si：H股的电导率随平均品粒尺寸减少而增大，具有明显的小尺寸效应。文中首次提出，nc－Si：H膜的微晶粒具有异质结量子点（HQD）特性，并按此模型对nc－Si：H膜的电导率实验曲线进行了讨论。理论与实验结果符合得很好．又得出，硅薄膜结构在其晶态体积百分比Xc=0．30和0．70处呈现出两个明显的相变点。     

纳米硅二极管的独特性能

摘要:使用PECVD薄膜淀积技术制成的纳米硅薄膜(nc-Si∶H)具有优异的性能。把纳米硅薄膜淀积在异型的单晶硅衬底上,制成了nc-Si/c-Si异质结二极管。研制成的纳米硅二极管具有许多优于传统硅二极管的独特性能。     

Nanocrystalline Si:H films made by inductively coupled plasma using internal low inductance antenna

P-type hydrogenated nanocrystalline silicon (nc-Si:H) thin films are prepared on glass substrate by an inductively coupled plasma chemical vapor deposition system using multiple internal low inductance antenna units. The deposition rate as well as the microstructural and electrical properties of the nc-Si:H films are investigated systematically as functions of hydrogen dilution, discharge power and working distance. The effects of various process parameters are identified and rationalized. The applicability of this type of high density plasma to manufacture nc-Si:H films is critically assessed.     

氢化纳米硅薄膜的激子光学非线性

用泵浦－探测技术研究了氢化钠米硅薄膜(nc-Si:H)的非线性光学性质,观察到纳米Si中激子的光吸收饱和现象,测得实验用样品在波长554nm处有最大的折射率改变量△n=-6.1^-5,并对该材料的光学非线性机理作了探讨。     

Stability of Amorphous-Silicon and Nanocrystalline Silicon Thin-Film Transistors Under DC and AC Stress

Bottom-gated n-channel thin-film transistors (TFTs) were fabricated using hydrogenated amorphous-silicon (a-Si:H)/ nanocrystalline silicon (nc-Si:H) bilayers as channel materials, which are deposited by plasma-enhanced chemical vapor deposition at low temperatures. The stability of these devices is investigated under static and dynamic bias stress conditions. For comparison, the stability of a-Si:H and nc-Si:H single-layer TFTs is investigated under similar bias stress conditions. The overall results demonstrate that the a-Si:H/nc-Si:H bilayer TFTs are superior compared with their counterparts of a-Si:H and nc-Si:H TFTs regarding device performance and stability.     

PECVD法制备纳米晶硅薄膜的研究进展

简要介绍了纳米晶硅薄膜的微结构表征方法,重点讨论了PECVD制备方法中工艺参数对薄膜结构的影响,并探讨了氢在薄膜形成和生长中的作用。通过优化氢稀释率、衬底温度、反应气压、激励功率和激发频率等工艺参数可提高纳米晶硅薄膜的晶化率并改善薄膜质量。结合喇曼光谱、X射线衍射谱、傅里叶红外光谱和高分辨透射电镜等表征方法可深入研究薄膜形成机理,对进一步探索薄膜光电特性有重要意义。分析了等离子体化学气相沉积(PECVD)制备方法中各工艺参数对薄膜质量和沉积速率的影响,指出其存在的问题,并探寻了今后的研究方向。     

高掺杂氢化非晶硅薄膜

采用低浓度硅烷,低生长速率,在PECVD系统中制得高掺杂氢化非晶硅(N~+α-Si:H)薄膜,其电导率高达5～36Ω~(-1)cm~(-1)。应用该技术制成了新型二维电子气Si/N~+α-Si∶H异质结双极型晶体管,在硅微波功率异质结双极型晶体管研制上取得重大突破。     

镶嵌在超薄SiO_2层中的纳米硅的库仑阻塞现象

采用等离子体氧化和逐层 (layer by layer)生长技术在等离子体增强化学气相沉积 (PECVD)系统中原位制备了 Si O2 /nc- Si/Si O2 的双势垒纳米结构 ,从 nc- Si薄膜的喇曼谱中观察到结晶峰 ,估算出该薄膜的晶化成分和平均晶粒尺寸分别约为 6 5 %和 6 nm.通过对该纳米结构的电容 -电压 (C- V)测量 ,研究了载流子的隧穿和库仑阻塞特性 .在不同测试频率的 C- V谱中观测到了由于载流子隧穿引起的最大电容值抬升现象 .通过低温低频 C- V谱 ,计算出该结构中 nc- Si的库仑荷电能为 5 7me V.