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。     

纳米硅薄膜表面形貌分形特征的STM研究

利用扫描隧道显微镜（ＳｃａｎｎｉｎｇＴｕｎｎｅｌｉｎｇＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，简称ＳＴＭ）对纳米硅薄膜在纳米尺度上的表面微观形貌进行了研究，结合分形理论，计算出样品表面形貌的分形维数Ｄ，从而得出Ｄ与有关样品微结构参数之间的关系．ＳＴＭ结合图象处理和傅利叶分析法可以很好地研究薄膜材料表面形貌的分形特征．纳米硅薄膜的表面在纳米尺度上的微观形貌呈现出分形特征．     

纳米硅薄膜结构分析

在常用的PECVD电容式耦合沉积系统中,使用高氢稀释硅烷为反应气氛,在r.f.+DC双重功率源激励下制备出具有纳米相结构的硅薄膜.使用HREM,Raman光散射,X射线衍射以及红外和紫外光谱分析手段广泛地检测了其结构特征.指出,纳米硅(nc-Si:H)薄膜由于具有一系列新的结构特征使它脱颖于熟知的 a-Si:H及 μc-Si:H范畴,从而显示出它自己的独特性能.     

纳米硅薄膜的特点及其制备技术

作为一项新一半导体薄膜技术，阐明了纳米硅薄膜的若干重要特点；着重讨论了利用等离子体增强化学气相淀积技术制备纳米硅薄膜的试验参数选择。     

纳米硅薄膜结构特性研究

在电容式耦合等离子体化学气相沉积系统中，使用高氢稀释硅烷为反应气体制备出了晶粒尺寸为２～１０ｎｍ的纳米微晶相结构的硅薄膜，使用高分辨电子显微镜（ＨＲＥＭ），Ｘ射线衍射谱（ＸＲＤ），Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）和红外光谱（ＩＲ）等结构分析手段检测了其结构特征．结果表明，纳米硅薄膜的晶格结构为畸变的金刚石结构．Ｘ射线衍射谱表明除了Ｓｉ（１１１）的２θ＝２８．５°和Ｓｉ（２２０）的２θ＝４７．３°处的衍射峰外，在２θ＝３２．５°处存在着一个强的异常峰．ＨＲＥＭ结果表明存在新的Ｓｉ结晶学结构与ＸＲＤ异常峰相关联．     

纳米硅薄膜的电致发光和光致发光

对用ＰＥＣＶＤ方法控制生长条件制备的纳米硅薄膜材料的发光性质进行了初步研究．在膜的纵向加直流偏压，暗场环境下可清楚地看到材料的电致发光现象．在同一套测量系统中分别测量了纳米硅材料的电致发光光谱和光致发光光谱，并用Ｌａｍｂｄａ９紫外／可见／近红外分光光度计测量了样品的透射谱，从而得到样品的Ｔａｕｃ曲线和光能隙Ｅ     

分形论的产生,发展及其在半导体中的应用（2）

分形概念已被广泛地应用于哲学，自然科学和社会科学的许多领域，本文介绍材料中若干分形凝聚模型，包括扩散限制凝聚模型、动力学集团凝聚模型和扩散与反应凝聚模型，在此基础上着重讨论半导体中的分形研究，同时也介绍材料科学其它领域分形研究的新进展。     

纳米硅薄膜界面结构的微观特征

对使用等离子体增强化学汽相沉积法（ＰＥＣＶＤ）制备的纳米硅薄膜（ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ），使用ＨＲＥＭ及ＳＴＭ技术观测了其显微结构，给出大量的界面结构图象．首次获得有关晶粒及界面区中原子的分布情况．使我们认识到ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ膜中界面区内的硅原子仍然是具有短程有序性并不是完全无序的．     

使用纳米硅薄膜技术改进现有硅器件的性能

使用PECVD薄膜沉积技术制成的具有新结构特征的纳米硅薄膜(nc—Si2H)拥有一系列物性，以纳米硅膜为母体研制成异质结二极管，发现它具有一系列优于单晶硅二极管的独特性能，探讨了使用纳米硅薄膜制造的其它硅器件的可能性，如肖特基器件、TFT晶体管等。     

使用纳米硅薄膜技术改进现有硅器件的性能

使用PECVD薄膜沉积技术制成的具有新结构特征的纳米硅薄膜(nc-Si∶H)拥有一系列物性.以纳米硅膜为母体研制成异质结二极管,发现它具有一系列优于单晶硅二极管的独特性能.探讨了使用纳米硅薄膜制造的其它硅器件的可能性,如肖特基器件、TFT晶体管等.     

使用纳米硅薄膜技术改进现有硅器件的性能

使用PECVD薄膜沉积技术制成的具有新结构特征的纳米硅薄膜(nc-Si∶H)拥有一系列物性.以纳米硅膜为母体研制成异质结二极管,发现它具有一系列优于单晶硅二极管的独特性能.探讨了使用纳米硅薄膜制造的其它硅器件的可能性,如肖特基器件、TFT晶体管等.     

纳米硅薄膜的Raman光谱

通过等离子增强化学气相沉积法 ,制备了本征和掺磷的氢化纳米硅薄膜 (nc- Si:H) ,研究了晶粒尺寸和掺杂浓度对纳米硅薄膜喇曼谱的影响 .结果表明晶粒变小和掺杂浓度增加都使纳米晶粒的 TO模峰位逐渐偏离声子限制模型的计算值 .X射线衍射和高分辨电镜像的结果表明晶粒变小导致硅晶粒应力增加 ,而掺杂使晶粒内部杂质和缺陷增多 ,这些因素破坏了晶粒内晶格的平移对称性 ,进一步减小声子的平均自由程 ,导致实验值偏离理论计算值 .晶格平移对称性的破缺还体现在 ,随晶粒尺寸减小或掺杂浓度增加 ,喇曼谱中 TA、LA振动模的相对散射强度增加 .     

纳米硅薄膜的Raman光谱

通过等离子增强化学气相沉积法,制备了本征和掺磷的氢化纳米硅薄膜(nc-Si:H),研究了晶粒尺寸和掺杂浓度对纳米硅薄膜喇曼谱的影响.结果表明晶粒变小和掺杂浓度增加都使纳米晶粒的TO模峰位逐渐偏离声子限制模型的计算值.X射线衍射和高分辨电镜像的结果表明晶粒变小导致硅晶粒应力增加,而掺杂使晶粒内部杂质和缺陷增多,这些因素破坏了晶粒内晶格的平移对称性,进一步减小声子的平均自由程,导致实验值偏离理论计算值.晶格平移对称性的破缺还体现在,随晶粒尺寸减小或掺杂浓度增加,喇曼谱中TA、LA振动模的相对散射强度增加.     

纳米硅薄膜低温光致发光

以高氢稀释硅烷为反应气源，用PECVD方法淀积了nc－Si：H薄膜。未经任何后处理过程，在低温77K下观察到光致发光，并对薄膜样品进行了Raman散射，红外吸收谱，氢氧含量以及光学吸收系数分析测试。还对nc－Si：H薄膜低温光致发光的机理进行了讨论。     

衬底温度对纳米Si-SiO_x薄膜的结构和组分的影响

本文报道用真空蒸发制备含氧硅薄膜的技术，研究了衬底温度对薄膜结构和组分的影响．实验发现在真空为５×１０－３Ｐａ、衬底温度在２８０～４８０℃范围内，随着温度的提高，薄膜由非晶、转化为纳米晶体、再转化为多晶，氧含量也随着温度的提高而增加，这可能是由硅原子在生长表面迁移率的增加和氧化速率的提高所致     

纳米硅薄膜二极管中的共振隧穿现象

利用纳米硅薄膜中微晶粒的量子点（Ｑ．Ｄ）特征制成隧道二极管结构，在液氮温区（〈１００Ｋ）在其σ－Ｖ，Ｉ－Ｖ及Ｃ－Ｖ特性曲线上呈出共振隧穿峰，库仑台阶和量子振荡现象，说明，对无序分布着量子点阵列，只要其粒子尺寸足够小，同样会发生量子功能作用，估计了室温范围呈出这种量子功能作用的可能性。     

多孔硅薄膜微结构的分形特性

用扫描电镜(SEM)对厚度不同的多孔硅膜的微结构进行了研究。对于23μm厚的多孔硅膜,其横截面微结构好似海底生长的海藻;而对于6μm厚的多孔硅膜,其表面微结构则像龟壳上的裂纹。通过对在不同放大倍数情况下拍摄的多孔硅的SEM图片进行分析,结果表明多孔硅薄膜的这两种微结构都具有分形特征,而且其分形维数为2.3～2.6。利用扩散限制凝聚模型(diffusion limited aggregation)对这两种微结构的形成过程进行了模拟。     

纳米硅开关二极管及其应用

介绍了纳米硅开关二极管的电特性及其应用。