PECVD法制备a-Si_(1-x)C_x∶H薄膜的结构及光学性能研究

aSi1xCx∶H的禁带宽度能随着薄膜中碳和氢的含量的变化而发生改变。深入了解薄膜中的键合情况及其对薄膜光学带隙的影响尤为重要。本文采用PECVD法,以硅烷(SiH4)和甲烷(CH4)为反应气源,通过选用不同的沉积功率及不同的组成制备出aSi1xCx∶H薄膜,并采用红外光谱、喇曼光谱及紫外可见光谱等分析测试手段对薄膜中SiC键的形成及其对光学能隙的影响进行了研究分析。分析表明SiC键的形成几率及SiC键的形成能力随着C和Si的含量接近而显著增加,SiC键随着沉积功率的提高显著增加。研究得出,薄膜的光学能隙Eg受到aSi1xCx∶H薄膜中的键合情况及薄膜缺陷态的影响。Eg随着薄膜中SiC键含量的增加而变大,随着薄膜中的H含量的减少缺陷态的增加而减小。     

热丝辅助MW-ECRCVD制备a-Si:H薄膜及硅-氢键合模式变化的研究

采用热丝辅助微波电子回旋共振化学汽相沉积(MW ECR-CVD)系统制备氢化非晶硅(a-SiH)薄膜.实验证明在原有的MW ECR-CVD基础上加入热丝辅助系统能有效提高a-SiH薄膜的沉积速率并大幅改善薄膜的稳定性;薄膜的沉积速率随着沉积压强的增加和热丝温度的上升而增加.通过光致衰退实验,将样品衰退前后的红外吸收谱图进行基线拟合和高斯函数拟合,计算得到薄膜的氢含量基本不发生变化,但Si-H与Si-H2组态的相对含量改变.     

a-Si∶H/Al/a-Si∶H三层复合膜的低温晶化研究

采用真空热蒸发与PECVD方法 ,在特殊设计的“单反应室双沉积法”薄膜沉积设备中沉积a Si∶H/Al/a Si∶H三层复合薄膜 ,并利用XRD ,XPS及SEM等方法对薄膜在不同温度退火后的晶化行为进行了研究。结果表明 ,随着热处理过程的进行 ,金属Al逐步向表面扩散 ,在金属Al锈导下a Si∶H层出现晶化的温度不高于 2 5 0℃。在Al层厚度低于 2 2nm时 ,a Si∶H向晶态硅转变的量随着Al层厚度的增加而增加 ,而当Al层厚度大于 2 2nm后 ,a Si∶H向晶态硅转变的量与Al层厚度无关     

渐变组分a-Si∶H/a-SiC∶H膜内部电场的研究

本文报导了渐变组分 a-Si∶H/a-SiC∶H 膜的制备,研究了渐变膜的电学、光学特性,用 EHT 方法对 a-Si∶H 和 a-SiC∶H 的能态密度进行了计算。提出该渐变膜是一种连续变带隙材料,其内部存在自建电场,并从实验上确定了自建电场的方向。     

真空退火对a-C:F:H薄膜的结构与光学带隙的影响

使用CF4和CH4为源气体,利用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)法制备了掺氟非晶碳(a-C:F:H)薄膜,并在N2气氛中进行了不同温度的退火.用原子力显微镜(AFM)观察了薄膜在退火前后表面形貌的变化,发现退火后薄膜表面变得平坦,疏松.用紫外-可见光透射光谱(UV-VIS)并结合傅里叶变换红外光谱(FTIR)和喇曼(Raman)光谱对薄膜进行了分析,获得了薄膜化学键结构和光学带隙的变化情况;发现薄膜的化学键结构和光学带隙与真空退火密切相关,高温退火后薄膜化学键结构:CHx(x=1,2,3下同)、F-芳基、CF2和CF等基团的含量改变;薄膜的光学带隙决定于CHx、退火后CHx含量减少导致薄膜光学带隙的减小.     

电子束蒸发a-Si:Co薄膜的离子注入改性研究

用电子束蒸发技术制备非晶硅薄膜,不同剂量Co离子注入后真空退火改性.X射线衍射法分析了样品的物相变化特征,发现Co离子注入可诱导非晶硅结晶,有一优化注入剂量5×1016ions/cm-2,使晶化Si(111)峰最强.还测量了非晶硅薄膜电阻率,揭示薄膜电阻温度系数随Co离子掺杂浓度和退火温度改变的规律;在退火温度500℃,离子注入量5×1015ions/cm-2条件下,获得TCR系数高达-2.5%的薄膜材料.     

低碳含量a-Si_(1-x)C_x∶H薄膜的Raman和荧光特性

采用Raman和荧光测量研究了低碳含量a Si1-xCx∶H(x≤ 2 0 % (原子比 ) )薄膜的结构特征 ,并选用两种不同波长的激光来激发这些材料。采用 6 47.1nm光激发时 ,由于激发光能量接近于各样品的光学带隙 ,因而在样品中具有较大的透射深度 ,而 488 0nm光激发时则被样品表面强烈吸收。探测深度的变化造成了Raman谱和荧光谱有较大的差异 ,这些结果一方面表明样品的表面存在一层高浓度的缺陷层 ,同时也证明样品体内存在着带隙的空间起伏 ,这两种空间的不均性造成了高能激发时Raman谱的TO模频率和半高宽比低能激发时有大的红移和展宽 ,而荧光峰和半高宽则有小的蓝移和展宽。以上结果表明在a Si1-xCx∶H样品中 ,Raman与荧光测量结果受激发波长的影响比较明显     

PECVD法制备微晶硅薄膜的研究

对等离子体增强化学气相沉积技术(PECVD)制备的微晶硅(μc-Si)薄膜的电导率、光学带隙和晶化率随温度和功率的变化规律进行了研究.从拉曼谱中可以明显看出,随着功率的增大,N型材料的非晶肩逐渐减小,材料的晶化率增大.随着温度的升高,P型材料的暗电导率和激活能都是先升高后降低.     

溅射气压对HfO_2薄膜结构和光学性能的影响

HfO2薄膜的结构和光学性能与反应溅射时使用的气压有很强的依赖关系。薄膜的晶粒生长取向、生长速率和折射率明显受溅射气压的影响。所有的薄膜均为单斜相,晶粒尺寸在纳米量级。薄膜的折射率在1.92～2.08范围内变化,透过率大于85%。结果表明,这些HfO2薄膜很适宜用作增透膜或者高反膜。此外,通过Tauc公式推出光学带隙在5.150～5.433eV范围内变化,表明样品是良好的绝缘体。     

a-Si∶H及其多层膜光致发光某些性质的研究

本文研究了 a-Si∶H 及 a-Si∶H/a-SiN_x∶H 多层膜光致发光的某些性质。实验研究表明,a-Si∶H 及其多层膜的光致发光峰值能量强烈地依赖于沉积偏压、a-Si∶H 层厚度和内应力,并对这些结果进行了讨论。     

a-Si:H/a-Si_(1-x)C_x:H 多层膜的电学和光学性质

采用等离子体辉光放电单室系统制备的 a-Si:H/a-Si_(1-x)C_x:H 多层膜结构具有低的暗电导和高的光电导特性,且不同于单层膜,有明显的 S-W 效应。随着子层厚度 L 减小,多层膜曝光态(B)的暗电导率σdB 较退火态(A)的σdA 减小快,即光诱导衰退程度增大,而光电导无明显变化。本文还测定了此多层膜结构的光能隙 E_g,得到随子层厚度减小“蓝移”的结果。用一维单量子阱模型作了讨论,实验值与理论计算符合较好。     

HF-PECVD法生长BN1-xPx薄膜

以光学石英片为衬底,采用热丝 等离子体辅助化学气相沉积方法(HF PECVD)沉积了BN1-xPx薄膜。通过 X 射线衍射(XRD)、X 射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜 ( SEM )、X 射线能谱(EDAX)、紫外 可见(UV VIS)等测试手段研究了薄膜的化学组成、结构以及 P元素掺杂量对 BN1-xPx 薄膜材料光学带隙的调制规律。结果表明所沉积薄膜为B、P、N组成的三元化合物,没有相偏析,定向生长,与石英衬底结合牢固。BN1-xPx 薄膜中随着磷元素相对含量的增加,其光学带隙相应窄化,即通过控制磷的掺杂量可以有效调整该薄膜材料的光学带隙。     

沉积气压对磁控溅射制备ZnO薄膜的结构与光学性能影响

采用CS-400型射频磁控溅射仪在Si(111)和石英基底上成功的制备了ZnO薄膜,分别用XRD、SEM、紫外-可见光分光光度计和荧光分光光度计表征样品的结构和光学性质.实验表明,采用射频磁控溅射制备的ZnO薄膜具有六角纤锌矿结构的(002)峰和(101)峰的两种取向.在沉积气压>1.0Pa时所制备的ZnO薄膜具有(002)择优取向,并且十分稳定.SEM图表明,ZnO薄膜颗粒大小较为均匀,晶粒尺寸随着气压升高而变小,沉积气压不同时,薄膜样品的生长方式有所差异.在400～1000nm范围内,可以看出除O.5Pa下制备的ZnO薄膜外,其余ZnO薄膜在可见光区域的平均透过率超过80%,吸收边在380nm附近,所对应的光学带隙约为3.23～3.27eV,并随着沉积气压上升而变大.ZnO薄膜的PL谱上观察到了392nm的近紫外峰和419nm的蓝峰;沉积气压对Zno薄膜的发光峰位和峰强有影响.     

石英衬底上的BPxN1-x薄膜沉积及P对其光学带隙调制的研究

以光学石英为衬底,采用热丝辅助射频等离子体增强化学气相沉积方法(HF-PECVD)沉积了BPxN1-X薄膜.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDAX)、紫外-可见(UV-VIS)等测试手段研究了薄膜的化学组成、结晶状况,以及P元素掺杂对BPxN1-X薄膜材料光学带隙的调制规律.结果表明,所沉积薄膜具有多晶团聚、定向生长的特点,其表面形貌随时间而变化,最后发展成多晶球状密堆成膜,与石英衬底结合牢固.BPxN1-x薄膜的磷元素相对含量随磷烷流量增加而增加,光学带隙相应窄化.通过控制磷的掺杂量可以有效调整该薄膜材料的光学带隙.     

射频功率对RF-PECVD法制备纳米硅薄膜结构特征和光学特性的影响

利用射频等离子体增强型化学气相沉积(RF-PECVD)工艺,以SiH4和H2作为反应气体源,在石英衬底上制备了氢化纳米硅(nc-Si∶H)薄膜。其中衬底温度为250℃,H2稀释比为99%,反应压强为133Pa和射频功率为20～60W。采用α-台阶仪、X射线衍射仪(XRD)、Raman光谱仪、傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)和紫外-可见光分光光度计等对薄膜的结构特征和光学特性进行了测试研究。结果表明,随着射频功率的增大,nc-Si∶H薄膜的沉积速率增加,晶化率提高,晶粒尺寸增大和氢含量减小,同时薄膜的吸收系数增强,光学带隙变窄,结构有序性增强和带尾态宽度减小。     

Zn1-xCuxO薄膜的结构和光学性质

采用CS-400型射频磁控溅射仪在Si(111)和石英基底上成功的制备了Zn1-xCuxO薄膜,薄膜的晶体取向和表面形貌用X射线衍射(XRD)仪和扫描电子显微镜 (SEM)进行测量.利用紫外-可见光(UV-vis)分光光度计来测量基片为石英的Zn1-xCuxO薄膜的透射光谱.实验表明,采用射频磁控溅射制备的掺Cu氧化锌薄膜具有(002)峰的择优取向.随着Cu掺入量的增加样品成膜质量降低,禁带宽度减小,透射率下降.     

PECVD沉积和原位退火时间对h-BN薄膜组成及光学带隙的影响

采用射频等离子增强化学气相沉积设备, 以高纯N₂和B₂H₆为气源, 制备了系列h-BN薄膜, 得到适合生长h-BN薄膜的最佳工艺条件。在此条件下, 研究了不同沉积时间和退火时间对薄膜组成和光学带隙的影响。采用傅立叶变换红外光谱仪、紫外可见光分光光度计和场发射扫描电子显微镜对样品进行了表征。实验结果表明: 在衬底温度、射频功率和气源流量比率一定的条件下, 沉积时间对h-BN薄膜成膜质量和光学带隙都有较大影响, 且光学带隙与膜厚呈指数关系变化。700℃原位退火不同时间对h-BN薄膜的结晶质量有所影响, 而物相和光学带隙基本没有改变。     

溶胶-凝胶法制备ZnO薄膜的晶粒定向生长与光学性质

采用溶胶一凝胶法在普通化玻片上制备出高C轴择优取向的ZnO薄膜,深入研究了溶胶浓度、甩膜层数、退火温度对薄膜相结构、晶粒定向生长和紫外光吸收与可见光透射特性的影响.实验发现,在300～600℃退火范围之内,随着退火温度的升高,薄膜晶粒生长取向性增强,晶粒尺寸增大;用Zn含量为0.5mol/L的溶胶使用旋涂法甩膜和经过预热处理的5层膜再经过550℃退火1h后所形成的薄膜晶粒沿C轴高度择优取向,结构系数Tc(002)达到5.1,该薄膜的平均透射率为90%.     

脉冲激光沉积法制备Ge-Se-Bi硫系玻璃薄膜的结构

采用脉冲激光沉积法制备了(GeSe2)100-x-Bix(x=0~12)硫系玻璃薄膜。测量了薄膜的光学透射谱、吸收谱和拉曼光谱。薄膜的光学短波吸收边对应于电子的间接带间跃迁,并由此计算出其光学带隙。拉曼光谱分析表明Bi含量的增加,减小了玻璃的平均键能,导致光学带隙由1.94 eV减小到1.11 eV。Tauc斜率由486 cm-1/2eV-1/2减小到178 cm-1/2eV-1/2。退火过程中的热漂白效应减小了玻璃的结构无序性,使得薄膜的光学带隙和Tauc斜率相应增大。     

Ge1-xCx薄膜的制备及红外特性的研究

利用等离子体化学气相沉积(PECVD)法制备出Ge1-xCx薄膜,并系统地研究了工艺参数对薄膜成分的影响,以及不同组分Ge1-xCx薄膜的红外光学特性.结果表明,薄膜中的C含量随着CH4/GeH4气体流量比的增大而增大;薄膜的红外折射率随组分的不同在2～4范围内变化;薄膜的沉积速率随射频功率增大而增大,但当功率达到60 W以后其变化不明显;沉积速率随温度的增加而减少;该薄膜具有透长波红外的性能.