VHF-PECVD法制备微晶SiGe薄膜及太阳电池

以Si2H6和GeF4为源气体,用甚高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)技术在不同衬底温度和功率条件下制备了SiGe薄膜材料.用喇曼光谱和扫描电子显微镜(SEM)对材料的结构进行了研究.结果表明:薄膜结构随温度的升高、功率的增大逐渐由非晶SiGe(a-SiGe)转变为微晶SiGe(μc-SiGe)材料.将这种材料应用于μc-SiGe薄膜太阳能电池中,电池结构为玻璃/SnO2/p-μc-Si/i-μc-SiGe/n-μc-Si/Al,首次获得效率η＝4.2%的μc-SiGe薄膜太阳能电池,开路电压Voc＝0.335 V,短路电流密度Jsc＝20.16 mA/cm2,填充因子FF＝41.938%.     

衬底温度对ITO/Ga2O3深紫外透明导电薄膜性能的影响

用磁控溅射的方法在石英玻璃上制备了ITO/Ga₂O₃双层膜。用X射线衍射仪、扫描电镜、双光束分光光度计和霍尔效应测试仪研究了衬底温度对ITO/Ga₂O₃双层膜的结构、表面形貌、光学性能和电学性能的影响。双层膜结构受衬底温度的影响,当衬底温度从100C 升高到 350C时,薄膜的电阻率由6.71′10^-3 Ω.cm 降到 1.91′10^-3 Ω.cm。衬底温度300C制备的ITO(22nm)/Ga₂O₃(50nm)双层膜的面电阻为373.3Ω,在300nm波长的深紫外透过率为78.97%。     

脉冲激光沉积Er:LiNbO3薄膜及1.54μm光致发光的研究

利用脉冲激光沉积(PLD)技术,通过双靶(Er₃O₂/LiNbO₃)交替与脉冲激光作用,在SiO ₂/Si 衬底上制备了c-轴择优取向的Er掺杂LiNbO₃(Er:LiNbO₃)薄 膜。用X射线衍射(XRD)、 场发射扫描电子显微镜(FESEM)、台阶仪及光致发光(PL)光 谱对制备的掺杂薄膜进行了表征。研究了衬底温度、O₂压及沉积时间对Er:LiNbO₃薄膜 结晶、表面形貌及 PL性能的影响。结果发现,衬底温度低于300℃时制备的Er:LiNbO 3薄膜为非晶膜,随衬底温度升高,薄膜出 现(006)衍射峰,并且其强度随衬底温度升高而增大;O₂压变化对 利用双靶沉积获得的Er:LiNbO₃薄膜择优 取向及(006)衍射峰强度影响不明显;沉积时间越长Er:LiNbO₃薄膜 中Er³⁺浓度越大,但结晶择优取向 变差;利用532nm波长激光泵浦,室温下,在1537nm波长处测得很强的光致荧光峰,而且沉积时间越长谱峰越尖锐强 度越大。     

GaInP2/Ge异质结外延材料特性分析

研制了一种基于Ge衬底的异质结热光伏(TPV)电池 ,并且在Ge衬底上用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法外延单晶材料GaInP₂和GaAs,对GaInP₂/Ge异质结界面进行了断面扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电化学电 容电压(ECV)和光致荧光(PL)谱的测试分析,研究了基于 Ge衬底的异质结n-GaInP₂/p-Ge界面的结构、光学和电学特性,得到了高质量、宽禁带 的单晶外延层,与Ge衬底晶格匹配良好,利于更多光子进入到吸收层,为制备高效率TPV电 池打下良好基础。     

近空间升华法制备高取向硒化锑薄膜太阳电池

硒化锑太阳电池以其原材料丰富、工艺简单和结 构稳定等优势,近年来得到了快速发 展。本论文采用近空间升华法制备硒化锑光电薄膜,并对硒化锑的生长进行了机理研究和参 数优化。结果显示:衬底温度的提升有助于硒化锑薄膜的晶化。当衬底温度为 340 ℃时,薄 膜具有较高的晶化率和致密的表面形貌。另一方面,蒸发间距的改变能够调制硒化锑薄膜的 择优取向。当蒸发间距为10 mm时,薄膜具有明显的(002)取向的择优,对应(Sb₄Se₆)n带 垂直于衬底生长,使硒化锑光吸收层具有优异的载流子传输特性。将优化好的硒化锑薄膜应 用到太阳电池中,以FTO/CdS/Sb₂Se₃/P3HT/C的器件结构,获得了5.78%的光电转换效率,其 中开路电压为0.375 V,短路电流密度为28.01 mA/cm²,填充因子为54.94%。以上研究为高 取向性硒化锑太阳电池的优化制备提供了技术路线,并显示出了硒化锑太阳电池的研究潜力 。     

磁控溅射法在6H-SiC衬底上制备β-FeSi2薄膜

采用磁控溅射FeSi₂、Si靶加后续退火法在6H-SiC(0001)衬底上成功制备了β-FeSi₂薄膜.采用XRD、SEM、AFM和Raman等测试手段对β-FeSi₂薄膜的结构及形貌等特性进行了表征。XRD结果表明,当退火温度从500℃增加到900℃时,溅射的非晶FeSi₂薄膜逐步相变为β-FeSi₂薄膜,且其最佳的退火温度为900℃;SEM测试结果表明β-FeSi₂薄膜表面较为平整、致密,β-FeSi₂/6H-SiC界面清晰陡峭,薄膜表面粗糙度(RMS)为0.87nm;β-FeSi₂薄膜的光学带隙为0.88eV。由此获得了在6H-SiC衬底上制备多晶β-FeSi₂薄膜的最佳工艺条件。     

沉积预制层衬底温度对CIGS薄膜结构特性的影响

采用三步共蒸发工艺在玻璃衬底上制备CIGS薄膜, 研究沉积预制层的衬底温度对CIGS薄膜 结构特性的影响。薄膜的厚度、组份、晶相结构、表观形貌和电学特性分别由台阶仪、X射 线荧光光谱(XRF)、X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和霍耳效应测量仪来表征。沉积 预制层的衬底温度 较低(如300℃)时,预制层中Ga含 量较低,容易形成In₂Se₃相;而衬底温度较高(如400℃) 时,预制层中Ga含量较高,容易形成(In,Ga)₂Se₃相;原因是Ga₂Se₃的形成焓(－462.4kJ/mol)比In₂Se₃的(－360kJ/mol)低,没有In₂Se₃稳定;In₂Se₃相比Ga₂S e₃相更容易稳定存在,尤其是在低温下;当温度较高 时,Ga₂Se₃相也容易存在,与In₂Se₃一起形成(In,Ga)₂Se₃固溶体。而且,衬 底温度较高(如400℃)时,沉积 的CIGS薄膜中的Ga含量比其它两种衬底温度下沉积的薄膜都高,薄膜粗糙度较小,迁移率和 载流子浓度都比较大,电阻率较小。     

新型近红外超长余辉材料Zn3Ga4GexO9+2x:1%Cr3+的制备与发光性能研究

采用高温固相反应法制备了Zn₃Ga3.99Ge xO9+2x:1%Cr³⁺(x=1,2,3,4,5)新型近红外长余辉荧光粉, 利用X射线衍射(XRD)和荧光(PL)光谱分别对其晶体结构、PL性质和余辉性能进行了分析。结 果表明,Zn₃Ga3.99Cr0.01GexO9+2x实际上是Cr³⁺和Ge⁴⁺共同取代了ZnGa₂O₄尖晶石 结构中的部分Ga³⁺而形成的固溶体; 样品可以被近紫外光和蓝绿光有效地激发,发射出640nm波长范围的红光和近红外光,峰值位于695nm波长 附近,属于Cr³⁺的特征发射,对应于²E→⁴A₂的跃迁;余辉持续时间均超过300h。进一步分析了烧结温度对Zn₃Ga 3.99GexO9+2x:1%Cr³⁺(x =1,2,3,4,5)材料的发光和余辉性能影响,得到Zn₃Ga3.99Cr0.01Ge₁O₁₁ 的最佳烧结温度是1200℃,且随温度的升高, 样品的发光和余辉性能均得到提高。     

用于射频滤波器的LN单晶薄膜XBAR的性能研究

基于铌酸锂(LN)薄膜的横向激发体声波谐振器(XBAR)能够兼具大机电耦合系数(K²)和高谐振频率(f)特性，有望满足5G应用的频段要求。然而，常规LN薄膜单层XBAR结构的温度稳定性较差，频率温度系数(TCF)较低。该文提出一种具有SiO₂温度补偿层的SiO₂/LN双层结构XBAR，并建立了精确分析层状结构XBAR的有限元模型。理论分析表明，该双层结构XBAR上激励的主模式是一阶反对称(A1)兰姆波。通过合理优化结构参数配置，能够获得高谐振频率(f~4.75 GHz)和大机电耦合系数(K²~8%)，同时其温度稳定性也得到显著改善(TCF~-36.1×10^-6/℃)，相较于单层XBAR结构提高了近70×10^-6/℃，这为研制温补型高频、大带宽声学滤波器提供了理论基础。     

衬底温度对磁控溅射生长HMGZO薄膜特性的影响

为适应高效Si基薄膜太阳电池对宽光谱透明导电 薄膜的需求,采用磁控溅射技术 生长了不同衬 底温度氢化作用下Ga和Mg共掺杂ZnO(HMGZO)透明导电氧化物(TCO)薄膜。研究了不同衬底温 度(200～280 ℃)对HMGZO薄膜 结晶特性及光电特性的影响。实验结果表明,制备的HMGZO薄膜均为具有六角纤锌矿结构的 多晶薄膜,呈 现(002)晶面择优生长。随着衬底温度的升高,薄膜中Mg含量逐渐增加,并且薄膜表面新型 锥状结构趋于 致密和均匀化。在各元素含量和结晶质量的共同影响下,其电阻率随着温度的升高从6．70×10－4 Ω·cm增加至7．63×10－4 Ω·cm。所有薄膜在可 见光区域(380～800 nm)的透过率均在80%以上,由于载流子共振吸收的作用,近红外区域的 透过率有所下降。MgO扩展带隙的作用和 Burstein-Moss(BM)效应的影响共同促进了薄膜光学带隙E_g展 宽,使得E_g达到了3.75 eV。当衬底温度为280 ℃ 时,薄膜方块电阻为4.91 Ω/sq,电阻率为7.63×10－4 Ω·cm,光电性能指数ΦTC值达0.022 Ω－1。     

退火Cu2O薄膜的结构及光学特性

采用射频(RF)磁控溅射单质金属铜(Cu)靶, 在O₂和Ar的混合气氛下制备了Cu₂O薄 膜,并在N₂气氛下对预沉积的Cu₂O薄膜进行快速光热退火(RTA)处理,研究了 衬底温度及退火温度对Cu₂O 薄膜的生长行为、物相结构、表面形貌及光学性能的影响。结果表明,衬底温度在300℃以 下预沉积的Cu₂O薄膜 为非晶薄膜,退火处理对Cu₂O薄膜的结晶行为有明显影响,在N₂气氛下对Cu₂O薄膜进 行退火处理不影响薄膜的物 相结构;预沉积和退火Cu₂O薄膜在650nm以下波长范围内均有较强 吸收,吸收强度随退火温度的增加而增强,薄 膜在400nm以下波长范围内出现两个由缺陷引起的中间带(IB)吸收行 为,快速热退火处理不能减少或消除薄膜沉积 过程中形成的缺陷态;退火处理影响薄膜的光学带隙Eg,预沉 积薄膜经600℃退火处理,E_g值增大了 0.26eV。     

退火温度对AZO薄膜场发射性能的影响

以纯度为99.95%、Al₂O₃为2wt.%的 ZnO-Al₂O₃金属氧化物为溅射靶材,采用射频(RF)磁控溅射的方法,在玻璃衬 底上制备Al掺杂ZnO(AZO)薄膜,研究其场发射特性和导电性能,并分析了不同的退火温度 对AZO薄膜的形貌、导 电及场发射性能的影响。采用原子力显微镜(AFM)及X射线衍射(XRD)对AZO薄膜表面 形貌与结晶特性 进行测试的结果表明,随着退火温度的升高,AZO薄膜的表面粗糙度随之增大,AZO薄膜的结 晶度变好;场发射 性能研究的结果表明,AZO薄膜的开启电场随着退火温度增加呈先减小后增大的趋势,当 退火温度为300℃时, AZO薄膜样品粗糙度最大,场发射性能最好,开启场强为2.8V/μm, 发光均匀性较好,亮度达到650cd/m²,导电 性能最好,电阻率为5.42×10－4 Ω·cm。     

VHF-PFLWD法制备μc-SiGe薄膜的研究

分别以Si2 H6和GeH4及SiH4和GeH4两种组合气体为源气体,用甚高频等离子增强化学气相沉积(VHF-PECVD)制备μc-SiGe薄膜.用Raman散射光谱和原子力显微镜(AFM)对薄膜的结构进行研究.结果表明:与SiH4和GeH4制备的薄膜系列相比,Si2H6和GeH4制备的薄膜中Ge的融入速率相对较慢;用...     

沉积气压对脉冲激光沉积CNx薄膜结构和摩擦学特性的影响

以脉冲激光沉积(PLD)的CNx材料为靶源,以单晶Si片为衬底,在N₂气压为2～11Pa 下PLD制备了CNx薄膜。采用X射线光电子能谱(XPS)、拉曼 (Raman)光谱、扫描 电子显微镜(SEM)和球盘式摩擦磨损试验机分别对薄膜的化学成分、价键状态、表面形貌和 摩擦性能进行了表征。结果表明:低沉积气压导致薄膜N含量的退化及耐磨性能的下降;沉 积气压介于5～8Pa时最利于sp³杂化键的形成,且薄 膜的N含 量缓慢下降,膜中比值x_sp²/x_sp³和ID/IG均减 小,x_sp²C-N/x_sp³C-N增加并趋于恒定,薄膜的耐磨性较好(约2.7～4.3×10 －15 m³·N－1·m－1),但摩擦系数相对较高(约0.24～0.25);过高的气压导致膜层中 N含量的下降和石墨化程度的增加,薄膜摩擦系数较低(约0.19), 但耐磨性呈下降趋势。     

衬底温度对Na-Mg共掺ZnO薄膜光学性能的影响

采用超声喷雾热解法,以石英玻璃为衬底,以乙酸 锌(Zn(CH₃COO)₂·2H₂O)、硝酸镁(Mg(NO₃)₂·6H₂O) 和醋酸钠(CH₃COONa·3H₂O)为前驱体溶液,在不同衬底温 度(480～560℃)下制备Na-Mg共掺杂ZnO薄膜。通过X-射线衍射(X RD)、扫描电子显微镜(SEM)、 光致发光(PL)谱和紫外-可见(UV-Vis)分光光度计等表征手段对样品的晶格结构 、表面形貌、PL性能 和透过率进行了研究。结果表明,衬底温度对薄膜结构和光学特性影响显著,当衬底温度为 500 ℃时制备的 Na-Mg共掺杂ZnO薄膜的c轴择优最明显,表面形貌更加致密,结 晶质量最好,PL性能最佳。     

层状下转换材料KLa0.90Nb2O7:Eu3+的制备和发光性质研究

利用高温固相反应法,制备了具有层状钙钛矿结构 的下转换材料KLa0.90Nb₂O₇:Eu³⁺。采用X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见吸收(UV-Vis)和荧光分光光度计分别对产物的晶体结构 、微观形貌和光致发光(PL)性质进行 了检测。XRD结果表明,产物KLa0.90Nb₂O₇:Eu³⁺属正交晶系的钙钛矿结构 晶体,产物中有EuNbO₄的杂相存在。煅烧温度和 时间分别为1150℃、12h是合成KLa0.90Nb₂O₇:Eu³⁺的适 宜条件。PL谱显示,在363nm波长激发下,KLa0.90Nb₂O₇:Eu³⁺有波长为578nm, 592和614nm 3个发光峰。KLa0.90Nb₂O₇:Eu³⁺因层状结构在制备薄膜 器件时具有优势,有望在光伏器件尤其是Si基太阳能电池中增加光电转换效率并且延长器 件使用寿命。     

NH3等离子体处理钝化层致Ge MOS界面特性的改善

制备了以TaYON作为钝化层,以HfTiON作为高k栅介质的Ge MOS电容。研究了NH₃和N₂等离子体处理TaYON对界面特性的影响。结果表明,N₂和NH₃等离子体处理可以有效改善器件的界面及电性能,其中,NH₃等离子体处理的效果更好,可获得更高的k值(25.9)、更低的界面态密度(6.72×10¹¹ eV-1·cm-2)和等效氧化物电荷密度(-9.43×10¹¹ cm-2),以及更小的栅极漏电流(5.18×10-5 A/cm²@V_g=1 V+V_fb)。原因在于NH₃等离子体分解产生的N原子或H原子以及NH基团能有效钝化界面附近的悬挂键和缺陷态,防止GeO_x低k界面层的形成,N原子的结合也增加了介质的热稳定性。     

Dy3+,Tm3+掺杂的NaGd(MoO4)2白色荧光粉的制备与发光性能的研究

采用高温固相法成功制备出了一系列LED用白色 荧光粉NaGd1－x－y(MoO₄)₂:xDy³⁺,yTm 3+,用X射线衍射仪(XRD),荧光分光光度计和紫外-可见-近红外光谱分析系统对样 品的物相结构和发光性能进行了表征。结果显示制备的荧光粉的白光由Dy3＋的特征黄光发 射(575 nm)、特征蓝光发射(488 nm)与Tm 3＋的特征蓝光发射(459 nm)组合而成。制备的 NaGd(MoO₄)₂基质为四方晶系即白钨矿结构。在上述荧光粉中,激活离子Dy3＋ 发射⁴F9/2－⁶H13/2 跃迁的黄光(575 nm)和⁴F9/2－⁶H15/2跃迁的蓝光(488 nm),激活离子Tm3＋发射¹D₂-³F₄的蓝光 (459nm)跃迁,蓝光发射受晶体场的影响被劈为两个发 射峰。该系列荧光粉在389nm波长激 发下,当Dy3＋浓度为10%,Tm3＋浓度为12%时样品色坐标(0. 326,0.326)最接近标 准白 光(0.33),当Dy3＋浓度为8% ,Tm3＋浓度为12%时样品发光强度达到 最大,色坐标为(0.377,0.369),结果表明,该系列荧光粉有潜在的发展和应用前景 。     

YPO4:Ln3+(Ln=Eu,Tb)球形荧光粉的合成及其发光性能优化

采用水热法结合高温退火处理制备了YPO₄:Ln³⁺(Ln=Eu,T b)荧光粉。通过X射线 粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和荧光光谱(PL)对样品的结构、形貌和发光性能进行 表征。结果 表明:在水热条件下合成了含结晶水六角相结构的YPO₄·0.8H₂O :Eu³⁺和YPO₄·0.8H₂O:Tb³⁺前躯体;经过 800 ℃高温烧结2h后,前躯体 失去结晶水后得到球形、尺寸均一、表面光滑、四方锆石结构的YPO₄:Eu³⁺和 YPO₄:Tb³⁺荧光粉,颗粒平均粒径约为200 nm。在396 nm波长激发下,YPO₄:Eu³⁺荧光粉可以获得Eu³⁺离 子的跃迁能级⁵D₀→⁷FJ(J=1－4)特征发射,以磁偶极跃迁⁵D₀→⁷F₁(596 nm)的发光强度最强,观察到橙 红色发射,且Eu³⁺的最佳掺杂摩尔分数为11%。同时,YPO₄: Tb³⁺荧光粉在372 nm的光激发下,在548 nm 处的⁵D₄→⁷F₅跃迁具有最高的荧光强度,观察到绿光发 射,且Tb³⁺最佳掺杂摩尔分数为7%。     

基于IDTs电极分层布局结构的瑞利波器件特性研究

现代科技的发展对高频声表面波(SAW)器件的需求不断增加,对其工作频率也提出了更高的要求。为了提高SAW器件的频率,该文构建了一种IDTs电极分层布局的器件模型,即IDTs/AlN/IDTs/R-sapphire结构,并采用有限元法分析其声学性能,包括导纳、相速度、机电耦合系数等。结果表明,IDTs/AlN/IDTs/R-sapphire结构可激发出瑞利波,且当AlN压电薄膜厚度h_AlN=0.4λ(λ为器件周期),水平中心距P_b=4 μm时,其工作频率为692 MHz,传统的IDTs/AlN/R-sapphire结构器件提高了近1倍(356 MHz),而此时机电耦合系数K²为0.3%,比传统结构高。另外,通过优化IDTs电极的结构参数可进一步改善、调制瑞利波器件的性能。当IDTs的上层铜电极和下层铝电极厚度之比Δh=1.2,P_b=4 μm,h_AlN/λ=0.5时,瑞利波器件的谐振频率为657.9 MHz,K²=1.27%;当Pb=6 μm时,瑞利波的工作频率为461 MHz,机电耦合系数达到最大(K²_max=1.34%),较传统IDTs单层布局结构瑞利波器件分别提升了30%和300%。结果表明,IDTs电极分层布局结构不仅可有效地提高SAW器件的工作频率和机电耦合系数,也可以降低高频SAW器件的制备难度。