退火温度和β-FeSi2薄膜厚度对n-β-FeSi2/p-Si异质结太阳电池的影响

本文采用室温直流磁控溅射Fe-Si组合靶的方法,并通过后续退火温度的优化得到了单一相高质量的β-FeSi2薄膜.结果表明,在本实验条件下得到的未掺杂的β-FeSi2薄膜在室温下是n型导电的,其电学特性存在一个退火温度的最优点:800 ℃.而且在这个最佳温度点上,在Si(111)衬底上外延得到的薄膜载流子迁移率比在Si(100)上高出了一倍多.在上述研究的基础上,采用p-Si(111)单晶片作为外延生长β-FeSi2薄膜的衬底,并通过退火温度和薄膜厚度的优化制备出了国内第一个n-β-FeSi2/p-Si异质结太阳电池,其Jsc=7.90 mA/cm2 ,Voc=0.21 V,FF=0.23,η=0.38;.     

离子束溅射制备Si/Ge多层膜的结晶研究

采用离子束溅射制备Si/Ge多层膜,通过X射线小角衍射计算其周期厚度及各子层的厚度,用Raman光谱对Si/Ge多层膜的微观结构及Si子层的结构进行表征.结果表明,所制备的Si/Ge多层膜中,当Ge子层的厚度为6.2nm时,Si子层的结晶质量较好,表明适量的Ge含量有诱导Si结晶的作用.     

缓冲层厚度对Ge/Si多层膜的影响

采用离子束溅射技术,通过改变Si缓冲层厚度,在p型Si衬底生长了一系列的Ge/Si多层膜样品.利用Raman光谱、X射线小角衍射以及原子力显微镜等分析测试技术,研究了多层薄膜的结晶、膜层结构、表面形貌等性质.结果表明:通过引入缓冲层,在一定程度上可以提高颗粒的结晶性;随着缓冲层逐渐沉积,来自界面态的影响有了明显的减弱,且多层膜结构的生长得到有效改善.红外吸收光谱实验表明多层膜的吸收特性与其周期结构密切相关,因此可以通过改变缓冲层厚度的方法,实现对多层薄膜红外吸收特性的调制.     

LaNiO3缓冲层对化学溶液法制备的Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3薄膜的结构与电学性能的影响

采用化学溶液法在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上制备了92;Pb(Mg1/3/Nb2/3)O3-8;PbTiO3(PMNT)薄膜,对于在衬底上引入缓冲层LaNiO3(LNO)和没有引入缓冲层LNO所制备的PMNT薄膜结构及电学性能进行了比较和研究.x射线衍射测试结果表明:直接在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上所制备的PMNT薄膜含有大量的烧绿石相,且薄膜呈现高度的(111)择优取向;而当在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上引入LNO缓冲层后,所制备的PMNT薄膜是纯钙钛矿相,且薄膜呈现(100)择优取向.通过铁电和介电性能测试表明:当在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上引入缓冲层LNO后,所制备的PMNT薄膜的剩余极化和介电常数也都得到了较大提高.     

离子束溅射制备Si/Ge多层膜及红外吸收性能研究

采用离子束溅射方法在Si衬底上制备Si/Ge多层膜.通过改变生长温度、溅射速率等因素得到一系列Si/Ge多层膜样品.通过X射线衍射、拉曼散射、原子力显微分析(AFM)等表征方法研究薄膜结构与生长条件的关系.在小束流(10mA)、室温条件下制备出界面清晰、周期完整的Si/Ge多层膜.通过红外吸收谱的测量发现薄膜样品具有较好的红外吸收性能.     

Si和6H-SiC衬底上β-FeSi2薄膜的制备

以6H-SiC (0001) Si面和Si(100)为衬底,采用磁控溅射Fe-Si合金靶和Si靶两靶共溅射的方法,并经过后续的快速退火成功制备了β-FeSi2薄膜.通过X射线衍射(XRD)、拉曼(RAMAN)和电子扫描电镜(SEM)研究了不同衬底对薄膜生长过程的影响.结果表明:与Si衬底不同,6H-SiC为衬底所生长的FeSix薄膜与衬底之间很难产生相互扩散,导致薄膜中的Si原子主要来源于靶材.同时分析不同退火温度对6H-SiC衬底和Si衬底上的FeSix薄膜的影响,并相比较.结果表明:不同衬底Si(100)和6H-SiC (0001) Si面所生长的薄膜经900℃退火时皆完全转化为多晶β-FeSi2相,其择优取向皆为(220)/(202),且随温度从500℃到900℃的不断上升,(220)/(202)衍射峰的强度增强,半高宽变小,得到900℃下的半高宽为0.33°.     

纳米晶粒多晶Si薄膜的低压化学气相沉积

利用低压化学气相沉积(LPCVD)方法,以充Ar的SiH4作为反应气体源,在覆盖有热生长SiO2层的p-(100)Si衬底上制备了具有均匀分布的纳米晶粒多晶Si膜(nc-poly-Si).采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和拉曼谱等检测手段,测量和分析了沉积膜层的表面形貌、晶粒尺寸与密度分布等结构特征.结果表明,nc-poly-v膜中Si晶粒的尺寸大小和密度分布强烈依赖于衬底温度、SiH4浓度与反应气压等工艺参数.典型实验条件下生长的Si纳米晶粒形状为半球状,晶粒尺寸约为40nm,密度分布约为4.0×1010cm-2和膜层厚度约为200nm.膜层的沉积机理分析指出,衬底表面上Si原子基团的吸附、迁移、成核与融合等热力学过程支配着nc-poly-Si膜的生长.     

直流溅射缓冲层生长ZnO/Si薄膜

ZnO是一种新兴的的宽禁带半导体材料,相对于传统的宽禁带材料有很多的优势.在相对成本低廉的Si衬底上生长ZnO薄膜是现在攻关的热门课题.目前用缓冲层方法生长ZnO薄膜取得了一些突破.本文利用直流溅射,先在Si衬底上溅射一层ZnO多晶薄膜,通过对直流溅射时间的控制,可以得到不同厚度的ZnO缓冲层.再利用MOCVD设备生长高质量的ZnO薄膜.通过研究发现,直流溅射ZnO薄膜的厚度对于最终的薄膜质量有很大的影响.随着缓冲层的引入,双晶衍射XRD的摇摆半宽有显著下降,并且随着最终ZnO薄膜质量上升,光致发光也有显著的提升.可见缓冲层的引入对ZnO/Si薄膜的质量和发光强度有很大的贡献.     

气体流量及配比对CVD SiC膜层的影响

本文以甲基三氯硅烷(MTS)为先驱体原料,H2为载气,采用化学气相沉积工艺在反应烧结碳化硅表面制备SiC致密膜层。研究了不同反应气体流量及配比对CVD碳化硅膜层的影响。结果表明:反应气体的流量对膜层的表面形貌影响较大,较大的气流量容易使膜层剥落;减小反应气体流量有利于改善膜层的均匀性。H2/MTS比例影响沉积SiC膜层的相组成。当沉积温度为1200℃,H2/MTS比例为6∶1时,得到的膜层由SiC和C两相组成;当H2/MTS比例为12∶1时,膜层由SiC和Si两相组成;当H2/MTS比例为10∶1时,得到单一相的SiC膜层。在优化的工艺参数下,制备出致密的CVD膜层,经过光学加工后膜层的表面粗糙度为0.72 nm,平面度RMS为0.015λ(λ=0.6328μm)。     

用磁控溅射和退火方法制备多层锗纳米晶

以Si为衬底,SiO2+Ge为复合靶,用超晶格方法(SiO2+Ge层和SiO2 + GeO2层交替生长)和磁控溅射技术制备镶嵌于Si/Ge氧化膜中的多层Ge纳米晶.X射线衍射(XRD)结果表明:退火样品中有Ge纳米晶生成.Ge纳米晶的声子限域效应引起Raman散射谱的Ge-Ge振动峰向低频移动.X射线光电子能谱(XPS)分析表明Ge主要以Ge0和Ge4+形式分别存在于所制备的超晶格中的SiO2+Ge层和SiO2+GeO2层中.透射电子显微镜(TEM)研究表明,Ge纳米晶被限制在SiO2+Ge层中且结晶性好.实验结果说明,相比于通常的单层介质膜方法,用该超晶格方法极大地提高了Ge纳米晶的密度,尺寸和空间分布的均匀性.     

薄膜热电堆(Cu/Cu55Ni45)热流传感器的制备工艺及性能研究

本文首先通过磁控溅射技术在单晶Si和Al₂O₃陶瓷衬底上分别依次沉积厚度为600 nm的Cu和Cu55Ni45薄膜,然后使用微加工技术在10 mm×10 mm的衬底区域内制备了200对串联的热电偶组成薄膜热电堆结构,最后采用反应溅射联合硬掩膜沉积了不同厚度的氧化铝热阻层,使串联的热电偶分别产生冷端和热端。根据Seebeck效应,在热流的作用下薄膜热电堆冷热两端的温差使传感器输出热电信号,实现对热流密度的测量。通过对薄膜热电堆的表征与标定,结果表明：沉积在Si衬底与Al₂O₃陶瓷衬底上的Cu/Cu55Ni45热电堆中,Cu膜粗糙度分别为20和60 nm, Cu55Ni45膜粗糙度分别为15和20 nm,电阻分别为38.2Ω和2.83 kΩ,灵敏度分别为0.069 45和0.026 97 mV/(kW·m^-2)。具有不同表面粗糙度的单晶Si衬底与Al₂O₃陶瓷衬底会影响在其表面沉积的Cu/Cu55Ni45热电堆表面粗糙度,进而导致薄膜热电...     

介电层修饰并五苯/红荧烯双有源有机薄膜晶体管的制备与性能研究

在Si/SiO2衬底上使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制备器件介电层的修饰层,改善介电层界面质量并诱导有源层生长,从而提高有源层的结晶程度.通过真空蒸镀法生长并五苯/红荧烯双层结构有源层,制备有机薄膜晶体管(OTFT),并研究器件性能随红荧烯层厚度变化的情况.测试结果表明,修饰后的器件阈值电压为-3.55 V,电流开关比大于105,迁移率达到0.0558 cm2/V·s,亚阈值摆幅为1.95 V/dec,器件总体性能得到改善.     

铝层厚度对铝诱导非晶硅薄膜晶化过程的影响

基于铝诱导非晶硅薄膜固相晶化方法,利用直流磁控溅射离子镀技术制备了Al/Si/…Al/Si/glass周期性结构的薄膜.采用真空退火炉对Al/Si多层薄膜进行了500℃退火实验,通过透射电子显微镜(TEM)分析了退火前、后Al/Si多层薄膜截面形貌的变化规律,并结合扩散过程探讨了铝层厚度对铝诱导非晶硅薄膜晶化过程的本质影响机理.研究结果表明:在铝诱导非晶硅薄膜固相晶化过程中,随退火过程的进行,Al、Si原子会沿Al/si层间界面进行互扩散运动且在Si层中达到临界浓度Cs的Al原子所在区域整体呈线形平行于Al/Si界面逐渐向铝原子扩散距离增大的方向推进;随着Al层厚度的增加,Al在Si层中达到临界浓度Cs的区域整体向前推进速度加快,已扩散区域产生硅初始晶核的数量也随之增大;随Al/Si层厚比的增大,虽因铝诱导而晶化的硅薄膜均为多晶态,但非晶硅薄膜在晶化过程中的生长晶面数量增多,同时硅晶粒的尺寸有所减小.     

沉积温度和生长停顿对离子束溅射生长Ge/Si多层膜的影响

采用离子束溅射技术生长了一系列Ge/Si多层膜,研究了沉积温度和生长停顿对Ge/Si多层膜结晶性和界面结构的影响.通过对Raman峰峰位、峰强度比值和X射线小角衍射等方面的研究,发现综合控制沉积温度和生长停顿能够得到结晶性和界面都相对理想的多层膜.这为改善Ge/Si多层膜的离子束溅射生长提供了一种有效的方法.     

不同衬底表面上大晶粒多晶Si薄膜的制备

利用高频感应加热化学气相沉积(HFCVD)工艺,以H2稀释的SiH4作为反应气体源,分别在n-(111)Si衬底上常规热生长的SiO2层、织构的SiO2层和纳米晶粒多晶Si薄膜表面上,制备了具有均匀分布的大晶粒多晶Si膜.采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等检测手段,测量和分析了沉积膜层的表面形貌、晶粒尺寸、密度分布与择优取向等结构特征.结果表明,多晶Si膜中Si晶粒的尺寸大小和密度分布不仅与衬底温度、SiH4浓度与反应气压等工艺参数有关,而且强烈依赖于衬底的表面状态.本实验获得的最好的薄膜中,Si晶粒平均尺寸约为2.3 μm,密度分布约为3.8×107/cm2.对薄膜的沉积机理分析表明,衬底表面上Si原子基团的吸附、迁移、成核与融合等热力学过程支配着大晶粒多晶Si膜的生长.     

石英衬底上大晶粒多晶Si薄膜的制备与结构表征

利用高频感应加热化学气相沉积工艺,以H2稀释的SiH4作为反应气体源,在未抛光的粗糙石英衬底上直接沉积制备了具有均匀分布的大晶粒多晶Si膜.采用扫描电子显微镜、X射线衍射和可见-紫外分光光度计等检测手段,测量和分析了沉积膜层的表面形貌、晶粒尺寸、择优取向与光反射等特性.结果表明,多晶Si膜中Si晶粒的尺寸大小和密度分布不仅与工艺参数有关,而且强烈依赖于衬底的表面状况.1000℃下沉积薄膜的平均晶粒尺寸为～3μm,择优取向为<111>晶向.反射谱测量表明,920℃下制备薄膜的反射率比1000℃下制备的更低,最低值达18.4;,这应归功于前者具有更大的表面粗糙度.     

用镀有钛过渡层的钼衬底制备无裂纹自支撑金刚石膜

为了解决金刚石膜脱膜开裂的问题,尝试了一种复合衬底,即镀有钛过渡层的钼衬底.利用直流等离子体喷射法在复合衬底上制备了不同厚度无裂纹的自支撑金刚石膜.用扫描电镜(SEM)、拉曼谱和X射线衍射表征金刚石膜的特征,并检测了其断裂强度.结果表明,用复合衬底制备的金刚石膜在950℃具有最小半高宽,在实验温度下所获得的金刚石自支撑膜的断裂强度均超过了500MPa.     

膜厚对Nd掺杂钙锶铋钛铁电薄膜结构及性能的影响

采用Sol-gel法和层层快速退火工艺在Pt/Ti/SiO2/Si基片上制备了厚度不同Nd掺杂的钙锶铋钛(C0.4S0.6NT)铁电薄膜.研究了单层膜厚和总膜厚对于薄膜的(200)择优取向、显微结构及铁电性能的影响.发现:恰当的单层膜厚度,有助于薄膜(200)峰的择优取向和铁电性能;单层膜厚度约为60 nm,总厚度约为420 nm时,C0.4S0.6NT薄膜的,I(200)/[I(119)+I(001)]相对强度较大,a轴取向的晶粒较多,具有较好的铁电性能,剩余极化(Pr)和矫顽场(Ec)分别为13.251μC/cm2,85.248 kV/cm.     

基于转移矩阵法的n-Si/n-Fe2O3光催化性能研究

对平衡态及光照下非平衡态的n-Si/n-Fe2O3/electrolyte的能带结构进行了分析,同时结合转移矩阵法定量地计算Si中不同能量的电子/空穴穿过n-Si/n-Fe2O3势垒并满足水氧化还原电势要求的透射系数,从而得出光照与Fe2O3厚度对Si中电子/空穴透射能量的影响.结果表明:Fe2O3层厚度(1～10 nm)与光电压的增大,均可以使Si中电子满足水还原反应电势要求所需的最小能量减小,同时使Si中空穴满足水氧化反应电势要求所需的最小能量增大.通过选择合适的Fe2O3厚度(～7 nm),可以使Si中的光生电子和光生空穴同时以较小的能量传输到电解液中并满足水氧化和水还原反应的电势要求.     

同质缓冲层对氧化铟锡薄膜特性的影响

采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备出了具有不同厚度ITO同质缓冲层的ITO薄膜.利用X射线衍射、半导体特性测试仪、紫外-可见光分光光度计等测试了薄膜的特性.结果表明:与单层ITO薄膜相比,具有厚度16nm ITO同质缓冲层的ITO薄膜的电阻率下降了30;,薄膜的电阻率达到2.65×10-4 Ω·cm,可见光范围内的平均透过率为91.5;.