单晶纳米硅薄膜的制备及其场发射特性

用小电流、特殊配比溶液的电化学阳极腐蚀法在p型、〈100〉晶向、0.01Ω·cm电阻率的硅片制备了大面积纳米硅薄膜.通过SEM,TEM,XRD和Raman光谱技术分析薄膜颗粒的微细结构.实验结果表明该纳米硅薄膜由直径为10～20nm,晶向一致的颗粒紧密排列而成,具有很好的物理化学稳定性.系统研究了薄膜结构特征和溶液配比、腐蚀时间、腐蚀电流密度的关系.成功观察到该薄膜具有很好的场发射特性,在0.1μA/cm2电流密度下,其开启电场为3V/μm,接近碳纳米管的1.1V/μm.     

热CVD法制备的碳纳米管线阵列的场发射特性

采用半导体光刻技术在硅衬底上获得图形化掩膜,然后用热化学气相淀积(T-CVD)的方法制备了图形化的碳纳米管线阵列,用扫描电镜和拉曼光谱仪对碳纳米管进行了表征.研究了图形化碳纳米管线阵列的场发射特性,并与无图形化处理的碳纳米管薄膜样品的场发射特性进行了比较.当发射电流密度达到10 μA/cm2时,无图形化处理的碳纳米管薄膜、10 μm碳纳米管线阵列以及2 μm碳纳米管线阵列样品的开启电场分别为3 V/μm、2.1 V/μm和1.7 V/μm;而当电场强度达3.67 V/μm时,相应的电流密度分别为2.57 mA/cm2、4.65 mA/cm2和7.87 mA/cm2. 实验结果表明,图形化处理后的碳纳米管作为场发射体,其场发射特性得到了明显的改善.对改善的原因进行了分析和讨论.     

多孔硅的有效场致发射

基于氢离子注入技术和典型电化学阳极浸蚀法制备了多孔硅有图(PS)薄膜.该薄膜的表面形态和特征采用扫描电子显微技术(SEM),X射线衍射(XRD)以及原子力显微技术(AFM)描述.采用大约3.5V/μm的低通场在电流强度为0.1 μA/cm2处获得有效场致发射.在约12.5V/μm的叠加场下,PS薄膜的发射电流密度达到1mA/cm2.实验结果表明PS薄膜对平板显示仪器具有巨大的应用潜能.     

无氨氮化硅薄膜在MEMS硅腐蚀中的应用

研究了等离子体增强化学汽相淀积(PECVD)生长的无氨氮化硅薄膜作为掩蔽层在MEMS硅腐蚀工艺中的应用。比较了PECVD不同工艺条件(衬底温度和功率)以及不同四甲基氢氧化铵(TMAH)硅腐蚀液温度对无氨氮化硅薄膜硅腐蚀掩蔽效果的影响。通过优化无氨氮化硅薄膜生长条件和硅腐蚀液温度,得到了高质量的氮化硅薄膜,颗粒以及针孔密度较少,0.2μm以上颗粒度小于100,提高了硅腐蚀掩蔽选择比。实验结果显示优化生长条件的氮化硅薄膜(衬底温度350℃,功率30 W),在85℃的TMAH硅腐蚀液中,硅的腐蚀速率为68μm/h,氮化硅薄膜腐蚀速率为33.2 nm/h,硅与氮化硅的腐蚀选择比为2 048,满足MEMS体硅腐蚀工艺对于掩膜特性的要求。     

碳纳米球薄膜的场发射特性

利用微波等离子体化学气相沉积法,在Si(100)衬底上制备了碳纳米球薄膜。利用拉曼光谱和场发射扫描电子显微镜研究了薄膜的结构以及表面形貌,表明碳纳米球薄膜是由约2～3μm长、100nm宽的无定形碳纳米片相互缠绕、交织成球状而构成的。在高真空系统中测量了碳纳米球薄膜的场发射特性,结果表明,碳纳米球薄膜具有良好的场发射特性,阈值电场为3.1V/μm,当电场增加到10V/μm时,薄膜的场发射电流密度可达到60.7mA/cm2。通过三区域电场模型合理地解释了碳纳米球薄膜在低电场、中间电场和高电场区域的场发射特性。     

纳米石墨晶薄膜的场发射特性

研究了纳米石墨晶的场发射特性，介绍了纳米石墨晶薄膜的制备方法，通过扫描电镜和Raman光谱对纳米石墨晶的结构进行了分析，场发射特性测试表明纳米石墨晶薄膜的场发射阈值电场为1.8V/μm。根据实验结果计算出纳米石墨晶的有效功函数在0.75-1.62eV之间，研究表明纳米石墨晶薄膜具有一些独到的特点，也非常适合场发射显示用冷阴极的制备。     

金刚石颗粒与硅基底的超声焊接及场发射性能（英文）

采用一种超声焊接工艺,通过施加纳米幅度的超声水平振动将金刚石颗粒牢固地焊接于硅基底表面。在此过程中超声力小于硅所能承受的剪切应力,使硅表面得以发生超声软化进而促成焊接的形成。焊接界面的分析结果表明硅与金刚石颗粒之间的连接不仅仅是机械嵌合,还包括原子之间的键合。当焊接时间为5 s、振幅为500 nm时形成了稳固的纳米焊接。焊接后的金刚石场发射阴极获得了较低的开启场强(电流密度为1μA/cm2时的场强)1.4 V/μm,并且当电场强度达到9.6 V/μm时,可获得到高达1 mA/cm2的电流密度。     

过渡层对类球状微米金刚石聚晶的场发射影响

在陶瓷衬底上通过磁控溅射方法镀上金属Ti层后,改用CH4为溅射气体制备一层碳化物过渡层,利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法制备出类球状微米金刚石聚晶薄膜。利用扫描电子显微镜、拉曼光谱和x-射线衍射分析了薄膜的结构和表面形貌。测试了类球状微米金刚石聚晶膜的场致电子发射特性,有过渡层制备的类球状微米金刚石聚晶膜的场发射开启电场仅为0.9V/μm,在2.5V/μm的发射电场下电流密度是10.8mA/cm2,而无过渡层制备的类球状微米金刚石聚晶膜的开启电场为1.27V/μm,在2.5V/μm的发射电场下电流密度是0.5mA/cm2。实验结果表明,有碳化物过渡层的类球状微米金刚石聚晶薄膜的场发射特性效果更好。     

硅纳米晶的制备和电荷储存特性

在Si/SiO2/Si衬底上通过真空热处理生长了硅纳米晶,利用原子力显微镜对硅纳米晶注入电荷,在静电力模式下研究了硅纳米晶的充放电特性.实验结果表明,硅纳米颗粒充电后电荷可以保存10h以上,同时可以在几秒内快速放电.电荷储存于纳米颗粒内部和表面,不会向外扩散.     

SnO_2纳米晶薄膜栅FET式气敏元件的研制

利用溶胶 凝胶法合成出纳米晶SnO2 薄膜 ,该薄膜可以利用化学腐蚀方法光刻腐蚀 ,因此采用传统硅平面工艺可以制作出纳米晶SnO2 薄膜栅FET式气敏元件 ,实现了制备纳米晶材料的溶胶 -凝胶工艺与硅平面工艺的兼容。对器件的测试结果表明 ,纳米晶SnO2 薄膜栅FET式气敏元件可以在常温下工作 ,元件的漏电流在乙醇气体中减小 ,掺杂镧以后 ,漏电流变化幅度增大     

Electron Field Emission from Patterned Porous Silicon Film

Patterned porous silicon （PS） films were synthesised by using bydrogen ion implantation technique and typical electrochemical anodic etching method.The surface morphology and characteristics of the PS films were characterized by scanning electron microscopy （SEM）,X-ray diffraction（XRD）,and atomic force microscopy （AFM）.The efficient electron field emission with low turn-on field of about 3.5V/μm was obtained at current density of 0.1μA/cm^2.The electron field emission current density from the patterned PS films reached 1mA/cm^2 under and applied field of about 12.5V/μm.The experimental results show that the patterned PS films are of certain practical significance and are valuable for flat panel displays.     

非晶氮化硼薄膜的场致电子发射研究

利用脉冲激光沉积 (PLD)技术在镀钛的陶瓷衬底上制备出了非晶态氮化硼薄膜 ,借助于X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜 (SEM )及Raman光谱分析了该薄膜的结构 ,并研究了薄膜场致电子发射特性 ,阈值电场为4 6V μm ,当电场为 9V μm时 ,电流密度为 5 0 μA cm2 。     

非晶硅薄膜的准分子激光晶化研究

利用Kr准分子激光器晶化非晶硅薄膜, 研究了不同的激光能量密度和脉冲次数对非晶硅薄膜晶化效果的影响.利用X 射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对晶化前后的样品的物相结构和表面形貌进行了表征和分析.实验结果表明, 在激光频率为1 Hz 的条件下, 能量密度约为180 mJ/cm2时,准分子激光退火处理实现了薄膜由非晶结构向多晶结构的转变;当大于晶化阈值180 mJ/cm2小于能量密度230 mJ/cm2时, 随着激光能量密度增大, 薄膜晶化效果越来越好;激光能量密度为230 mJ/cm2时, 晶化效果最好、晶粒尺寸最大, 约60 nm, 并且此时薄膜沿Si(111)面择优生长;脉冲次数50 次以后对晶化的影响不大.     

类石墨薄膜的场致电子发射研究

利用脉冲激光烧蚀技术在硅衬底上制备了类石墨薄膜，以该薄膜为阴极进行了场致电子发射实验。当在阴阳极之间加电场后，两极之间出现了放电现象。放电之后．类石墨薄膜的阈值电场大大降低了．当电场为20V／μm时．该薄膜的发射点密度可以达到10^6/cm^2。利用Raman光谱、扫描电镜和X射线光电子谱对薄膜的表面形貌和微结构进行了测试．薄膜中的类石墨微结构对该薄膜的场致电子发射特性起了促进作用．场致电子发射实验显示类石墨薄膜作为冷阴极电子材料具有潜在的应用价值。     

Investigation of structure and properties of nanocrystalline silicon on various buffer layers

A comparative study of deposition nanocrystalline silicon (nc-Si) on various buffer layers is investigated. The nc-Si films were deposited in a hot-wire chemical vapor deposition (CVD) system. Through Hall measurement, scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscope (AFM), Raman, and x-ray diffraction (XRD) analyses, it was found that the columnar grain (CG) size, mobility, and volume fraction of crystalline-deposited nc-Si films increase with an increase of the buffer layers’ surface roughness. The nc-Si film deposited on the nc-Si buffer layer possesses the highest Xc (volume fraction of crystalline) of 84.32%, Hall mobility of 45.9 (cm²/V s), and CG size of 200–220 nm, and it shows the strongest intensity of the XRD diffraction peak in (111).     

微腔中nc-Si/SiN超晶格的光致发光

研究了一维光子晶体微腔结构对nc-Si/a-SiNz超晶格发射的调制.一维光子晶体微腔采用两种具有不同折射率的非化学组分非晶氮化硅的周期调制结构,腔中嵌入采用激光晶化方法制备的硅量子点阵列,从Raman谱和透射电子显微镜分析得到其尺寸约为3～4 nm.从光致发光谱上观察到明显的选模作用、明显变窄的发光峰以及约两个量级的发光强度的增强.微腔对硅量子点阵列发光的调制主要表现在两个方面:共振模式的增强和非共振模式的抑制.硅量子点中位于腔共振模式的辐射跃迁被增强,非共振模式的辐射跃迁被抑制,因此位于腔共振频率处的跃迁通道成为硅量子点中唯一的辐射跃迁通道,导致光致发光谱的窄化和强度的增强.因此,在提高硅材料发光效率方面,光子晶体微腔具有非常大的应用前景.     

Study of the Drain Leakage Current in Bottom-Gated Nanocrystalline Silicon Thin-Film Transistors by Conduction and Low-Frequency Noise Measurements

The drain leakage current in n-channel bottom-gated nanocrystalline silicon (nc-Si) thin-film transistors is investigated systematically by conduction and low-frequency noise measurements. The presented results indicate that the leakage current, controlled by the reverse biased drain junction, is due to Poole-Frenkel emission at low electric fields and band-to-band tunneling at large electric fields. The leakage current is correlated with single-energy traps and deep grain boundary trap levels with a uniform energy distribution in the band gap of the nc-Si. Analysis of the leakage current noise spectra indicates that the grain boundary trap density of 8.5 times 10¹² cm ^-2 in the upper part of the nc-Si film is reduced to 2.1 times 10¹² cm^-2 in the lower part of the film, which is attributed to a contamination of the nc-Si bulk by oxygen     

连续氩氪离子激光晶化非晶硅薄膜的研究

为了研究连续激光晶化非晶硅薄膜中激光功率密度对晶化效果的影响,利用磁控溅射法制备非晶硅薄膜,采用连续氩氪混合离子激光器对薄膜进行退火晶化,用显微喇曼光谱测试技术和场发射扫描电子显微镜研究了薄膜在5ms固定时间下不同激光功率密度对晶化效果的影响,并对比了普通玻璃片和石英玻璃两种衬底上薄膜晶化过程的差异。结果表明,在一定激光功率密度范围内(0kW/cm2~27.1kW/cm2),当激光功率密度大于15.1kW/cm2时,普通玻璃衬底沉积的非晶硅薄膜开始实现晶化;随着激光功率密度的增大,晶化效果先逐渐变好,之后变差;激光功率密度增大到24.9kW/cm2时,薄膜表面呈现大面积散落的苹果状多晶硅颗粒,晶粒截面尺寸高达478nm ;激光功率密度存在一个中间值,使得晶化效果达到最佳;石英衬底上沉积的非晶硅薄膜则呈现与前者不同的结晶生长过程,当激光功率密度为19.7kW/cm2时,薄膜表面呈现大晶粒尺寸的球形多晶硅颗粒,并且晶粒尺寸随着激光功率密度的增大而增大,在 27.1kW/cm2处晶粒尺寸达到最大5.38m。研究结果对用连续激光晶化法制备多晶硅薄膜的研究具有积极意义。     

碳纳米管薄膜的电泳沉积及其场发射性能研究

利用电泳沉积法在铝片上制备了碳纳米管薄膜冷阴极。通过扫描电镜、Raman光谱观察分析了表面形貌和结构,并对场发射性能进行了测试。经过研磨处理的碳纳米管薄膜样品,开启电场为2V／μm,当电场强度为4V／μm时电流密度达到2600μA／cm^2,发光点密度大于10^4／cm^2。     

非晶碳和碳纳米管混合薄膜的场发射性能

利用微波等离子体化学气相沉积法在不锈钢衬底上直接合成非晶碳和碳纳米管混合薄膜.采用氢气和甲烷作为反应气体,流量分别为100和16sccm.沉积室内的压强为5.0kPa.利用场发射扫描电镜(SEM)和喇曼谱(Raman)对制备的薄膜的结构和形貌进行了分析.场发射实验在5×10-5Pa的真空下进行.实验结果表明:制备的非晶碳和碳纳米管混合薄膜开启电场较低,仅有0.9V/μm;在电场为3.7V/p.m时电流密度达到4.0mA/cm2,发射点密集,分布均匀.表明此种材料是一种优良的场发射冷阴极材料.