衬底温度对纳米硅薄膜结构性能的影响

在等离子体化学气相沉积系统中采用高氢稀释硅烷蚀刻法制备了纳米硅薄膜。系统地研究了衬底温度对ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ薄膜的结构性能的影响。结果表明随着衬底温度从２４０℃升高到３２０℃，薄膜的晶态率从２４％增大为６５％，平均晶粒尺寸从６ｎｍ增大为１０ｎｍ。当衬底温度≤２００℃时，生成薄膜为ａ－Ｓｉ：Ｈ薄膜。文中还对纳米硅薄膜的晶化机制进行了讨论。     

Phosphorous and boron doping of nc-Si:H thin films deposited on plastic substrates at 150 °C by Hot-Wire Chemical Vapor Deposition

Gas-phase phosphorous and boron doping of hydrogenated nanocrystalline thin films deposited by HWCVD at a substrate temperature of 150 °C on flexible-plastic (polyethylene naphthalate, polyimide) and rigid-glass substrates is reported. The influence of the substrate, hydrogen dilution, dopant concentration and film thickness on the structural and electrical properties of the films was investigated. The dark conductivity of B- and P-doped films (σ_d = 2.8 S/cm and 4.7 S/cm, respectively) deposited on plastic was found to be somewhat higher than that found in similar films deposited on glass. n- and p-type films with thickness below ∼ 50 nm have values of crystalline fraction, activation energy and dark conductivity typical of doped hydrogenated amorphous silicon. This effect is observed both on glass and on plastic substrates.     

Highly conductive p-type nanocrystalline silicon films deposited by RF-PECVD using silane and trimethylboron mixtures at high pressure

In this paper we present a study of boron-doped nc-Si:H films prepared by PECVD at high deposition pressure (≥4 mbar), high plasma power and low substrate temperature (≤200 °C) using trimethylboron (TMB) as a dopant gas. The influence of deposition parameters on electrical, structural and optical properties is investigated. We determine the deposition conditions that lead to the formation of p-type nanocrystalline silicon thin films with very high crystallinity, high value of dark conductivity (>7 (Ω cm)⁻¹) and high optical band gap (≥1.7 eV). Modeling of ellipsometry spectra reveals that the film growth mechanism should proceed through a sub-surface layer mechanism that leads to silicon crystallization.The obtained films are very good candidates for application in amorphous and nanocrystalline silicon solar cells as a p-type window layer.     

nc-Si:H薄膜的三阶非线性光学性质

用简并四波混频技术(DFWM)研究了nc-Si:H薄膜的三阶非线性光学性质,观察到了这种纳米薄膜材料的位相共轭信号,测得晶态比为XC1=15%和XC2=30%的二个样品在光波波长为589nm处的三阶非线性极化率分别为χ1(3)=3.8×10-6esu和χ2(3)=4.3×10-7esu,并对其光学非线性产生机理作了探讨。     

PECVD法生长的nc－Si：H膜电导率的研究

使用ＰＥＣＶＤ方法生长了ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ膜，Ｘ射线衍射、Ｒａｍａｎ光谱和电镜观测表明样品具备了纳米结构特征。测量了样品在７７Ｋ～４００Ｋ温度范围的电导率，并使用二相随机分布有效介质理论，计算了ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ膜中晶粒部分和晶界部分的电导率。对计算结果进行了理论分析，初步探讨了ｎｃ－Ｓｉ结构对其导电性能的影响，提出ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ的高电导率来源于膜中纳米晶粒的小尺寸效应。     

SiC/nc-Si多层薄膜的光致可见发光谱的紧束缚理论

用Vogl提出的sp3s紧束缚模型来研究碳化硅/纳米硅（SiC/nc-Si）多层薄膜的能带结构与其光致发光谱的关系，并设计出SiC/nc-Si多层薄膜最佳结构为{Si}1{SiC}8，即碳化硅层的厚度是纳米硅层厚度的8倍时的超晶格结构蓝光发射的效率最高. 在等离子体增强化学气相沉积系统中,通过控制进入反应室的气体种类逐层沉积含氢非晶SiCx∶H(a-SiCx∶H)和非晶Si∶H (a-Si∶H) 薄膜,然后经过高温热退火处理,成功制备出了晶化纳米SiC/nc-Si(多晶SiC和纳米Si)多层薄膜. 利用截面透射电子显微镜技术分析了a-SiCx∶H/nc-Si∶H多层薄膜的结构特性,表明制得的超晶格结构稍微偏离设计，它的结构为{Si}1{SiC}5. 最后对晶化样品的光致发光谱进行研究，详细分析了各个光致发光峰的物理本质.     

纳米硅镶嵌氮化硅薄膜的制备及非线性光学性质研究

采用射频磁控反应溅射法结合热退火处理技术制备纳米硅镶嵌氮化硅(nc-Si/SiNx)复合薄膜.通过X射线能谱(EDS)、红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)及紫外-可见吸收光谱(UV-vis)的测定,对薄膜进行了组分、键合状态、结构及光学带隙的表征.采用皮秒激光运用单光束Z扫描技术开展了对该复合薄膜的非线性光学性质的研究,测得其三阶非线性折射率系数和非线性光吸收系数分别为10-8esu和10-8m/W量级,并将薄膜这种三阶光学非线性增强的原因归因于量子限域效应.     

稀氢氟酸处理氢终结化纳米硅制备研究

文中介绍氧终结化纳米硅膜通过超高真空条件下氧氩基硅蒸发沉积法制备,利用稀氢氟酸处理得到氢终结化纳米硅。硅膜的表面状态由红外线测量法测定,结果得出纳米硅膜中的所有Si-O键全部被Si-H键取代。退火处理后样品在光子能量为1.65eV(750nm)和2.2eV(560nm)处表现出很强的光致发光强度。然而经稀氢氟酸处理后样品无这两处光致发光信号,这说明这两处光致发光信号是由Si-O产生。     

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.     

Ge-SiO2与Si-SiO2薄膜中颗粒形成的对比研究

以Ge-SiO2和Si-SiO2复合靶作为溅射靶,分别采用射频磁控溅射技术和双离子束溅射技术制得了Ge-SiO2和Si-SiO2薄膜.然后分别在N2气氛中经过600 ℃-1000 ℃的不同温度的退火.通过X射线衍射(XRD),透射电子显微镜(TEM),光电子能谱(XPS)分析等测试手段,将两种薄膜进行了比较.在Ge-SiO2样品中,随退火温度的升高,会发生GeOx的热分解或者与Si发生化学反应,引起部分氧原子逸出和Ge原子的扩散和聚集,从而形成纳米Ge的晶粒.在Si-SiO2薄膜样品中,由于Si的成核长大速率较低,因而颗粒长大的速率较慢,薄膜内不易形成Si颗粒.只有经1 000 ℃高温退火后样品中才有少量单质Si颗粒形成.