李群[1]2004年在《掺杂非晶硅基薄膜的结构及发光特性研究》文中提出本论文采用双离子束溅射沉积方法制备了Si-SiOx、SiO_x：C、SiOxNy复合薄膜，TEM及XRD的测试表明叁种薄膜均为非晶结构，通过FTIR和XPS进一步分析了薄膜的结构，了解所掺杂质在薄膜中的基本状态以及结合情况。 光致发光谱测试显示叁种薄膜都有470nm左右的峰位发射，说明该处发射谱与掺杂无关，进一步的分析表明该峰位发光来自于薄膜中富硅结构所产生的中性氧空位缺陷(O_3≡Si-Si≡O_3，是由与氧原子配位的二价硅的单态—单态之间的跃迁所致。 在240nm的紫外光激发下，比较叁种薄膜的PL谱：Si-SiO_2薄膜有378nm处的紫外光发射，它来自于硅基薄膜中的富硅集原子团簇发光：SiOx：C薄膜有420nm处的蓝紫光发射，它来自于SiC发光或C、Si、O形成的发光中心光发射；SiOxNy薄膜有400nm处的紫光发射，其发光机理可能与Si、O、N结合形成新的发光中心有关。实验表明掺杂后硅基薄膜的发光效率及发光强度都有显着改善。
俞波[2]2002年在《硅基薄膜材料的发光特性》文中指出硅是微电子器件的主要材料，但硅的间接能隙特性严重制约了其在光电子领域的应用，如果能在硅基材料的基础上制备发光材料，就可利用已有成熟的硅集成技术发展硅光电子集成，从而有可能完全改变信息技术的面貌。因而探索并改善硅基材料发光特性的研究一直是深受关注的课题。 硅基发光材料的研究近年来已取得重要进展。归纳起来，其发光机制以量子限制效应和发光中心两种模型为主；但就报道的结果而言，材料的发光特性都严重地依赖于样品的制备工艺过程，经不同的工艺过程制备的样品，其发光特性差别甚大。对制备方法及其工艺参数对薄膜荧光特性影响的研究，不仅可以进一步澄清各荧光带的起因，而且也是提高材料发光性能的重要途径。 本课题围绕薄膜的发光特性和发射机制，主要着眼于硅基薄膜发光特性和氧、氮掺杂对薄膜荧光特性的影响。通过PECVD和溅射方法制备薄膜，研究了氧、氮含量及沉积时基片温度对薄膜微结构及其发光特性的影响；采用球磨与溶胶-凝胶化学方法结合制备了纳米硅粉以及纳米Si／SiO_2复合薄膜，研究其结构和发光性能，探索了采用该方法制备纳米镶嵌复合薄膜的可能性。实验结果表明：掺杂薄膜在可见及紫外范围内存在一系列强荧光发射带。结合实验结果，分析并讨论了有关荧光发射机制。 在PECVD法制备的a-SiHxOy薄膜中观察到300-570nm强荧光辐射带，并发现其中心位置随着氧含量的增加而红移。通过PECVD法与放电等离子体氧化技术结合获得了主峰位于蓝光波段的荧光带，而且具有分立峰结构，其结果直接证明了蓝光发射与缺陷能级有关，起源于Si-O结合特定组态而形成的发光中心。在a-SiOxNy薄膜中，观察到了250-400nm和650-700nm两个荧光带，并首次发现中心位于370nm和730nm的两组分立荧光峰。分立峰强度随薄膜中的氮含量增加而升高，荧光带中心位置受到氧、氮含量的影响，分析表明其荧光起源于Si-O和N-Si-O等复合缺陷组态能级间的辐射跃迁。 通过与溅射法制备薄膜的结果对比表明：荧光特性不受薄膜中氢含量的影响，但不同方法制备薄膜的荧光特性具有较大差别。在溅射法制备的薄膜中，除 汕头大学硕士学位论文相应的荧光发射带外，在绿光部分出现了两个较强的新带，其强度随薄膜氮含量增加而升高，而且各带的荧光强度严重地受沉积时基片温度的影响。当基片温度为750OC时，中等氧、氮掺杂可获得强的绿光和紫光发射。 采用球磨与溶胶－凝胶法结合制备了SIOZ镶嵌纳米出复合薄膜，发现位于刀On附近的红光发射带受纳米颗粒界面的影响，说明起源于硅纳米颗粒的红光发射依赖于界面特性。 综上所述，通过氧、氮掺杂，在硅基薄膜中可获得近紫外及紫、蓝、绿和红等波段的强荧光，荧光强度取决于制备工艺方法及工艺参数。就发光机制而言，除红光宽带外，均起源于氧、氮掺杂引起的缺陷发光中心，发光中心受杂质组态影响，红光宽带可能联系到量子限制效应，同时还依赖于界面特性。
石旺舟, 欧阳艳东, 吴雪梅, 姚伟国[3]2001年在《氧、氮掺杂非晶硅基薄膜的荧光》文中研究表明采用PECVD方法分别沉积了SiOx∶H和SiOxNy∶H薄膜 ,测量了其荧光特性。在SiOx∶H薄膜中观察到 3 0 0～ 570nm强荧光辐射带 ,并发现其中心位置随着氧含量的增加而红移的现象。在合适的氧含量条件下 ,荧光带主峰位于蓝光波段 ,并具有分立峰结构。在SiOxNy∶H薄膜中 ,荧光谱由 2 50～ 4 0 0nm、50 0～ 70 0nm两个荧光带和 3 70nm、73 0nm两组分立荧光峰组成。分立峰强度随薄膜中的氮含量增加而升高 ;荧光带中心位置受到沉积过程中氢的流量调制 ,当氢流量增加时 ,发射带的中心位置产生蓝移。
伍毅龙[4]2010年在《氢对PECVD法制备硅基薄膜沉积速率、膜结构及性能的影响》文中指出硅基薄膜作为一类重要的光电功能材料,由于其独特的性能,使其在新能源、信息显示、光敏器件等高科技领域具有十分重要的应用价值。当前,氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜已经广泛应用于太阳能电池、液晶显示等领域。但是由于其含有大量的缺陷态(主要是悬挂键),使其在实际应用方面受到一定限制,其中最主要的问题是光致衰退效应。各国研究人员经过大量研究,逐渐认识到氢对硅基薄膜的结构和性能有非常重要的影响作用。一方面,氢以单氢化合物(Si-H)的方式与硅基薄膜相结合,起饱和薄膜中悬挂键的作用。这使得氢化非晶硅的缺陷态密度比未氢化的非晶硅大大降低,从而使其符合器件级材料的要求。另一方面,氢也以多氢化合物(Si-H2、Si-H3和(Si-H2)n)的方式与硅基薄膜相结合,从而引入新的缺陷,使带隙中的局域态密度增大。在硅基薄膜的制备过程中,氢对薄膜的晶化有至关重要的作用,而薄膜的晶化又影响其光电性能,因此研究氢对硅基薄膜的作用具有十分重要的意义。本文对采用PECVD系统制备的硅基薄膜进行了光电性能的研究。本论文的研究内容主要由四大部分组成。第一,通过选择不同衬底,设计不同工艺条件,制备不同结构和性能的硅基薄膜；第二,通过傅立叶变换红外透射谱对硅基薄膜的氢含量及其键合模式进行分析；第叁,通过紫外-可见光光透射谱研究硅基薄膜的光学性能；第四,通过静电计分析研究硅基薄膜的电学性能。本论文中,我们着重研究了氢稀释率对硅基薄膜生长速率、氢含量及基键合模式影响,氢含量及其键合模式对薄膜光电性能结构的影响。本论文也简单探讨了钠、镁、钙杂质对硅基薄膜电学性能的影响。实验结果表明,在一定范围内,随着氢稀释率的提高,硅基薄膜的生长速率降低,氢含量增加,室温暗电导率减小,电导激活能增大,光敏性变好。硅基薄膜中Si-H形式的氢含量增大时,薄膜光学带隙减小。硅基薄膜中的氢,尤其是Si-H形式的氢有助于提高硅基薄膜的光电性能。硅基薄膜由于钠、镁、钙杂质的进入会导致其光敏性降低,暗电导率变大、电导激活能变小。
卢满辉[5]2016年在《硅基非晶合金薄膜及其器件化应用研究》文中认为半导体器件由于其独特的导电性能、能耗低和易于集成等优点被广泛应用于能源、通信、医疗及军事等领域上。在半导体器件的大家族中,以硅及其相关材料形成的器件为主。随着信息技术的不断发展,生产制备技术和工艺水平的提高,已经研制出了种类繁多、功能各异的硅基器件。本文采用射频磁控共溅射方法沉积非晶硅钌(a-Si1-xRux)合金薄膜,研究金属元素Ru的引入对制备态以及退火态薄膜微结构和光电性能的影响。研究发现,随着Ru名义浓度的增加,非晶网络的短程有序度有所下降,但适量的Ru掺杂可使非晶硅薄膜的光学带隙减小,同时缺陷密度有所降低、成键趋于稳定,薄膜由疏松变得致密。随着Ru掺杂浓度的增加,a-Si1-xRux薄膜的电导率大幅上升,其中,Ru浓度为8%的a-Si1-xRux薄膜的电导率可达到10-1 S/cm;薄膜的电阻温度系数TCR随Ru掺杂比例的增加而减少,但适当控制Ru的掺杂浓度,薄膜的TCR仍然保持在2%以上。研究表明,a-Si1-xRux合金薄膜具有良好的电导率和适当的TCR值,在红外探测器等领域上有着良好的应用前景。采用射频磁控共溅射方法沉积非晶硅银(a-Si1-xAgx)合金薄膜,研究了Ag掺杂浓度对a-Si1-xAgx薄膜微结构和光电性能的影响。设计并制备了Ag/a-Si/p-Si叁明治结构,可用于非晶硅基忆阻器电阻开关效应的在线椭偏研究。以硅基光波导开关为研究对象,将非晶硅银合金薄膜应用于集成光学器件,通过仿真软件研究了“非晶硅/硅波导”光开关的“导通”和“阻断”特性,发现波导中的光场能量可被有效地耦合到非晶硅层中并被其吸收,从而实现了波导光开关的“开/光”功能,且具有较大的消光比和较小的插入损耗。
黄晓明[6]2013年在《非晶铟镓锌氧基薄膜晶体管的输运及界面特性研究》文中指出透明氧化物基薄膜晶体管由于具有较好的电学和光学特性,在下一代显示产业中极具应用前景,因而受到广泛关注。特别由于非晶a-IGZO TFT具有高的场效应迁移率、高的光学透过率、低的漏电流、低的成长温度、低成本等优点而被广泛研究,以期取代非晶硅基薄膜晶体管应用于有源矩阵液晶显示上。尽管a-IGZO TFT表现了较好的器件性能,但是a-IGZO TFT在偏压和光照条件下的稳定性和可靠性仍然不能满足实际的应用的要求。由于TFT在有源矩阵液晶显示器和有机发光二极管显示器中需要持续工作在偏压和光照条件下,所以a-IGZO TFT的稳定性急需解决；同时,由于IGZO薄膜的非晶特性,在a-IGZO带隙中存在高密度的带尾态,这对器件的稳定性和载流子的输运特性的影响非常复杂。所以,为了改善器件的稳定性,缺陷态对器件电学稳定性的影响也需要深入研究。本文的工作主要围绕器件载流子输运特性以及稳定性退化机制分析展开,主要成果如下：1.通过测量a-IGZO TFT在温度为70到300K范围内的电学特性,发现即使在低温范围器件也表现出了增强型工作特性,并且器件的源漏电流降低。随着温度的增加,器件的开启电压和亚阈值摆幅开始降低；另外,根据器件的场效应迁移率和沟道电导随温度和栅压的变化趋势分析了器件的输运机制,发现在低温范围内,载流子的输运机制主要是局域态的跳跃导电；随着温度的升高,带尾态的捕获释放成为主要的输运过程：同时,在高栅压范围内,当费米能级超过迁移率边时,扩展态的输运开始成为主要的输运机制。2.研究了界面态对a-IGZO TFT在正向栅偏压条件下电学稳定性的影响,发现随着正向偏压时间的增加,器件表现出了较大的正向阈值电压漂移,而亚阈值摆幅和场效应迁移率没有发生变化,这一实验现象表明阂值电压的漂移是由于界面捕获引起的；另外,通过光激发电荷收集谱测量的方法证实了阈值电压的漂移和栅氧化层与沟道层之间存在高密度界面缺陷态相关。3.研究了正栅压作用的a-IGZO TFT在单色光照射条件下的电学不稳定性,发现随着入射单色光波长从750nm降到450nm,器件的阈值电压持续的向负方向移动,这种实验现象是由于在正栅压条件下界面捕获的电子被单色光激发引起的；同时,当入射光的波长小于625nm (-2.0eV)时,器件的亚阈值摆幅开始增加。亚阈值摆幅退化的同时还伴随着场效应迁移率的增加,而当波长小于540nm(-2.3eV)时场效应迁移率开始下降。根据亚阈值摆幅和场效应迁移率随着入射单色光波长的变化趋势分析,提出了一种物理模型来解释器件在光照条件下退化的机制,即：器件性能的退化是由于光照条件下在a-IGZO带隙中间和导带底产生了氧相关的缺陷导致的。4.制备了在栅氧化层与沟道层之间插入超薄氮掺杂铟镓锌氧(a-IGZO:N)层的a-IGZO TFT,发现器件的阈值电压在正向偏压条件下漂移明显降低,稳定性得到增强。根据X射线电子能谱的测量,发现a-IGZO:N薄膜中的氧空位浓度由于N-Ga键的形成而降低；同时,低频噪声分析表明在沟道与栅氧化层之间界面平均缺陷态密度随着a-IGZO:N层氮含量的增加而持续降低。氮掺杂插入层改善了器件的界面质量和a-IGZO TFT在正偏栅压作用下的稳定性提高结果相一致。5.在玻璃衬底上制备了底栅a-IGZO TFT基增强型负载反相器。反相器是由具有相同沟道长度而具有不同沟道宽度的负载和驱动TFT组成。制备的单个a-IGZO TFT表现出了良好的器件性能,如效应迁移率为4cm2/V·s,阈值电压为5V,亚阈值摆幅为0.6V/dec;同时,根据a-IGZO TFT基反相器的电压转移曲线可知,制备的反相器实现了良好的逻辑转换功能。
徐睿[7]2015年在《非晶硅锗/氧化铟锌薄膜性能优化及其晶体管应用研究》文中研究指明薄膜晶体管(Thin Film Transistors,TFTs)作为开关驱动器件,在新一代有源矩阵有机发光二极管(Active Matrix Organic Light Emitting Diode,AMOLED)显示领域中具有重要的应用价值。根据沟道层材料性质的不同,TFTs器件主要分为非晶硅(Amorphous Silicon,a-Si)基TFT和非晶氧化物半导体(Amorphous Oxide Semiconductor,AOS)基TFT。a-Si基TFT具有工艺温度低、应力小、大面积均匀性好、生产成本低等优点,同时也是工艺最为成熟且商业化应用最为广泛的TFT。但是,a-Si基TFT场效应迁移率较低(<1 cm2/V.s),难以满足AMOLED对TFT驱动的要求。近年来,以非晶氧化铟锌(Amorphous Indium Zinc Oxide,a-IZO)和非晶氧化铟镓锌(Amorphous Indium Gallium Zinc Oxide,a-IGZO)为代表的AOS基TFTs,由于具有迁移率高、可见光范围透过率高、制备温度低、均匀性好等优点,有望替代传统a-Si基TFT,成为新一代显示器件的核心元件。本论文工作紧密围绕非晶硅锗(Amorphous Silicon Germanium,a-SiGe)薄膜和a-IZO薄膜的性能优化及其TFT器件应用而展开,取得的主要成果可概括为以下几个方面:1.通过化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)制备氢化非晶硅锗(a-Si1-xGex:H)薄膜,利用多种材料表征手段研究了成膜工艺过程中氩气(Ar)稀释对薄膜纳米晶化、微结构及光电性能的影响。研究发现,Ar稀释对a-Si1-x Gex:H薄膜非晶网络结构中纳米晶粒的形成起着重要的作用,当Ar稀释比超过4时,在薄膜中能明显观察到纳米晶粒的形成,随着Ar稀释比的增加,薄膜纳米晶化率逐渐提高,薄膜的暗电导和光学带隙相应减小。在纳米晶化的基础上,研究了硼(B)掺杂对薄膜电导率和1/f噪声性能的影响,综合评价了a-Si1-xGex:H薄膜在非制冷红外焦平面器件和薄膜晶体管器件中应用的可行性。2.研究了微波退火对a-IZO TFT器件迁移率和阈值电压的影响,并与温度为200°C、时间为1 h的常规热退火进行对比。研究发现,微波退火和常规热退火都能明显提高a-IZO TFT器件的饱和迁移率,从沉积态12.3 cm2/V.s提高到退火态~19 cm2/V.s;但是,微波退火后a-IZO TFT器件阈值电压只有很小的负向漂移,从沉积态0.23 V漂移到–2.86 V,远远小于常规热退火后器件的阈值电压–9 V。基于此,提出了一种氧空位调控机制用于解释a-IZO薄膜在微波作用下的电学变化。这种低温快速微波退火技术可使a-IZO TFT在新型透明和柔性显示领域,具有巨大的应用前景。3.通过在a-IZO TFT器件沟道层IZO与源、漏电极IZO同质结界面处引入银纳米颗粒(Ag NPs),可极大减小IZO/IZO界面的比接触电阻率ρC。采用线性传输线模型(Transmission Line Model,TLM)测试和计算发现,具有Ag NPs电极结构的a-IZO TFT源、漏电极与沟道层之间的比接触电阻率,在VG=0时仅为4.4×10-2?.cm2,相比导电IZO电极(36?.cm2)和普通Ag电极(68?.cm2)结构a-IZO TFT,减小了将近3个数量级。小的接触电阻导致了带有Ag NPs电极结构的a-IZO TFT器件具有优异的电学性能,器件的饱和迁移率达到27 cm2/V.s、开关电流比大于>107。可以将Ag NPs对接触电阻值的减小,归结于其对接触界面处电场分布的调控与重构。4.借助高分辨透射电子显微镜(High Resolution Transmission Electron Microscopy,HRTEM),研究了a-IZO/Ti/a-IZO和a-IZO/Al/a-IZO两种叁明治薄膜结构Ti和Al原位氧化层厚度与退火时间、退火温度的关系,发现氧化层厚度随退火温度和退火时间的增加而增加。制备了顶栅原位氧化结构的IZO TFT器件,其中沟道层IZO与介质层HfO2之间沉积有3 nm的薄层Al,通过300 oC热退火使Al薄层原位氧化为Al2O3。研究表明:8小时退火后大面积(LG=50μm)原位氧化结构TFT器件饱和迁移率高达115 cm2/V.s、开关电流比>107、阈值电压绝对值<0.5 V、亚阈值电压摆幅为0.14 V/decade;对于小面积(LG=5μm)原位氧化结构TFT器件而言,虽然阈值电压、亚阈值摆幅和电流开关比与大面积器件类似,但是器件的饱和迁移率却更小。HRTEM观察和C-VG测试结果证明了TFT器件在退火后Al完全原位氧化生成了Al2O3,一方面可以保护IZO薄膜,另一方面也可以和HfO2组成共栅绝缘层,确保器件正常工作。
于化丛[8]2005年在《氢化纳米硅（na-Si：H）薄膜太阳电池研究》文中认为人类社会的和平、文明进步和可持续发展是其永恒主题。一次能源面临枯竭和其使用引起的环境污染问题难以满足人类社会可持续发展的需要。因此,开发利用可再生的清洁能源并作为替代能源成为全社会急需解决的大问题。太阳能作为取之不尽、用之不竭且无污染的绿色能源,成为首选目标之一。太阳电池是将太阳光能直接转换成电能的一种器件,目前已商业化的太阳电池是晶体硅(单晶硅和多晶硅)太阳电池和非晶硅薄膜太阳电池等硅系列太阳电池,但晶体硅太阳电池具有原材料消耗大、成本高和能源偿还时间(EPT)长的缺点,而非晶硅薄膜太阳电池虽克服了晶体硅太阳电池的上述缺点,又存在转换效率低和光致衰减(S-W效应)问题,其他诸多化合物太阳电池则受资源限制并存在对环境的友善问题。因此寻找一种转换效率高、低衰减且成本低、资源丰富无污染并适于大面积生产的太阳电池,是光伏科学界的挑战,也是太阳能光伏发电承担从补充能源到替代能源转换的历史任务必须优先解决的问题。氢化纳米硅薄膜(na-Si:H)是由纳米级硅晶粒和晶粒间界的非晶硅(a-Si:H)组成的两相混合体系。纳米尺度效应使其具有优异的光电特性和光敏性,高光吸收系数;高电导率,光电导在光照下的衰减小。特别是量子尺寸效应导致na-Si:H的光学带隙与其平均晶粒尺寸及晶态比具有一定的变化规律。利用na-Si:H的上述特点,根据太阳电池能带工程理论,可按太阳电池各功能层对光电参数的需要,设计并制作纳米硅薄膜太阳电池。本论文用量子隧穿模型理论(HQD)研究了纳米硅薄膜的电学特性;用AMPS1D软件模拟计算了渐变光学带隙的na-Si:H薄膜p-i-n太阳电池的理论效率可达22.13%;采用射频溅射(RFS)法和等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法制备了氢化纳米硅薄膜,并通过原子力显微镜(AFM)、高清晰度电镜(HREM)、X射线衍射(XRD)、拉曼(Raman)光谱、红外光谱(IR)以及吸收透射谱等方法进行表征、测试和研究了na-Si:H的结构、光学、电学特性,并根据纳米尺度效应机理,运用量子尺寸效应引起的带隙展宽效应理论,分析了实验中获得的na-Si:H颗粒尺度和晶态比与其光学带隙的关系规律;采用能带工程原理,首次设计出渐变光学带隙的氢化纳米硅薄膜p-i-n太阳电池并建立该型太阳电池能带模型。首次采用na-Si:H,运用PECVD方法成功制备了渐变光学带隙氢化纳米硅薄膜p-i-n太阳电池,光电转换效率达11.43%(有效面积:75.4mm2)和9.82% (有效面积:121.2mm2)(标准测试条件STC:AM1.5,1000W/m2,25℃);同时还制备了氢化纳米硅/单晶硅异质结太阳电池,光电转换效率达13.80%和13.50%(外形面积:800mm2,标准测试条件STC:AM1.5,1000W/m2,25℃),该指标达到了同类太阳电池的国际先进和国内领先水平。从理论和实验两方面证明了纳米硅薄膜太阳电池具有高效率、低成本和可大规模生产的特点,对na-Si:H薄膜太阳电池的规模化工业生产有重要意义。本论文共七章,第一章和第二章为概述,分析了人类社会面临的能源和环境形势,介绍了国内外太阳电池和纳米硅薄膜的科研和产业的发展及水平,论述了氢化纳米硅薄膜的结构、制备方法及光电性质,分析了纳米硅薄膜的导电机制和I-V特性,给出了修正的纳米硅薄膜能带模型,简介了纳米硅薄膜的射频溅射和PECVD制备方法,分析了在室温条件下理论计算与实际测量结果之间存在差别的原因及存在问题,导入纳米硅薄膜太阳电池的优势。第叁章主要运用能带工程原理和na-Si:H颗粒尺度和晶态比与其光学带隙的关系规律,论述了na-Si:H可以根据太阳电池的各功能层的需要,调制光学带隙和设计其他光电参数,实现了渐变带隙na-Si:H pin太阳电池的结构和能带设计。并通过采用依据有限元法和Newton-Raphson算法解基于连续性原理的载流子连续性方程和Poisson方程的AMPS1D软件对其进行了模拟,比较了渐变带隙纳米硅薄膜太阳电池与常规纳米硅薄膜太阳电池的模拟结果,优化了i层厚度,表明渐变带隙的na-Si:H薄膜太阳电池具有更高转换效率和光谱响应,获得了渐变带隙的na-Si:H薄膜太阳电池的理论效率,这为渐变带隙薄膜太阳电池的制备提供了理论依据。第四章测试分析了氢化纳米硅薄膜样品的结构特性、光学特性、电学特性等。利用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、拉曼(Raman)光谱、红外光谱(IR)、椭圆偏振仪(SE)、扫描电镜(SEM)等测试手段,对用射频溅射法制备的氢化纳米硅薄膜样品进行了表征测试分析研究。结果表明,两种方法制备的纳米硅薄膜内颗粒尺寸都与薄膜生长过程中的氢气分压有密切关系。第五章介绍了PECVD方法制备纳米硅薄膜的原理和纳米硅/单晶硅异质结太阳电池的结构及工作原理,并采用高清晰透射电镜(HRTEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼(Raman)光谱、霍尔(Hall)测试等测试手段,对该方法制备的纳米硅薄膜进行了表征。通过工艺设计和优化,采用PECVD技术成功制备了纳米硅/单晶硅异质结太阳电池,该类太阳电池的I-V特性、温度特性和光照衰减特性进一步证明该类太阳电池的优异的性能,是一个具有突破性的成果。第六章介绍了首次设计出渐变光学带隙氢化纳米硅薄膜p-i-n太阳电池并建立该型太阳电池能带模型,论述了该类太阳电池的结构和工作原理,并在实验上首次采用na-Si:H,运用PECVD方法成功制备了渐变光学带隙太阳电池;光谱响应测试证明该类太阳电池比同类型非晶硅迭层太阳电池吸收了更大范围太阳光,而且光照稳定性好,具有可大规模生产和高效率、低衰减的特点,对太阳电池的规模化生产有重要意义。第七章从理论和试验两方面对本论文进行了讨论,凝炼了本论文的创新点,并进一步对工作进行了展望。
张乾[9]2009年在《硅薄膜的PECVD制备及其结构研究》文中进行了进一步梳理本文详细论述了PECVD法制备非晶硅和微晶硅薄膜的原理和过程,深刻剖析了PECVD仪器各部分的工作原理并进行了图示。实验选用SiH4和H2作为气源,在普通玻璃衬底上低温沉积了硅薄膜。制备的工艺参数范围如下,沉积温度:250-450℃;SiH4气体流量:1-40SCCM;放电功率:40-130W;本底真空度:6.6×10-4Pa;沉积气压:100Pa;沉积时间:30-540min。采用Raman散射谱、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)等手段研究了硅烷浓度、沉积温度、射频功率等参数对硅薄膜的结构、结晶状态和沉积速率的影响。实验结果表明,当硅烷含量由10%降低到1%过程中,Si薄膜沉积速率逐渐下降;当硅烷浓度降到2%时,拉曼光谱检测到对应的晶体Si在520cm-1附近的新吸收峰,而最初在480cm-1附近的非晶吸收峰位逐渐减弱,Si薄膜的结构实现了由非晶向微晶转变;当硅烷浓度降低到1%,晶化率提高到18%。随着沉积温度的升高,沉积速率不断提高,由250℃的163nm/h增长为350℃时的197nm/h。当射频功率由40W提升到70W时,沉积速率从177nm/h升高到203nm/h,继续提升功率时沉积速率增长放缓,当射频功率超过100W后沉积速率趋于稳定。薄膜的厚度随沉积时间的增加而线性增长。
甘武林[10]2011年在《低碳氢化非晶碳化硅的研究》文中研究表明面对石油等传统能源即将消耗殆尽和环境污染污染问题,世界各国都在努力开发新能源,其中太阳能是取之不尽的清洁能源,故受到广泛的关注。氢化非晶碳化硅(a-SiC:H)因其带隙较宽并且带隙可调而成为一种理想的窗口材料。另一方面,氢化非晶碳化硅也是一种理想的短波发光材料,人们对于其光致发光效应的研究一直保持着浓厚的兴趣。为了进一步了解氢化非晶碳化硅的结构和光学性能,我们采用等离子体增强化学气相沉积技术(PECVD),在改变沉积参数碳源流量比例R、沉积温度T和氢稀释率r的条件下制备了低碳氢化非晶碳化硅(a-SiC:H)薄膜。为此,我们主要做了以下几个方面的研究工作工作:1.对薄膜进行红外,我们发现了当R小于7/15时,薄膜的主要结构是非晶硅,同时存在少量的非晶碳化硅结构;从R=7/15开始,薄膜的结构发生了转变,主要结构向非晶碳化硅过渡。也讨论了不同R值对薄膜沉积速率的影响,发现在R小于7/15时,薄膜的沉积速率随着R的增大,薄膜的沉积速率显着下降,而当R大于7/15时,薄膜的沉积速率变小的趋势趋缓。2.通过紫外-可见光分析,我们主要探讨了不同的R值对薄膜的光学带隙的影响。当R<7/15时,薄膜的光学带隙Eg与非晶硅的带隙一致(1.7～1.8eV)。而当R>7/15时,薄膜的光学带隙Eg达到2.36～2.6eV,进一步从光学带隙Eg的角度,证实了薄膜结构从氢化非晶硅向氢化非晶碳化硅的转变。增加薄膜的氢稀释率,薄膜的光学带隙逐渐增大,归因于氢对薄膜进行微结构调整作用增强,对薄膜弱键的刻蚀加强,并且钝化、终止表面悬挂键,降低了薄膜的缺陷密度。3.分析薄膜的光致发光性能发现,当R值低于1时,由于碳含量低,室温下薄膜几乎观察不到光致发光现象,而在R等于1时,薄膜出现了明显的光致发光现象,可能是由于碳原子加入后,材料局域带尾态缺陷引起的发光。而增大氢稀释率,发现在高氢稀释时,薄膜的光致发光显着增强,其发光峰由两个峰迭加而成,分别对应量氧缺陷态发光和sp~2碳团簇发光。表明氢稀释率对薄膜的发光性能影响非常大。4.形貌分析发现随着R的增大,薄膜粗糙度增加,有颗粒的生长。而增大氢稀释率会使得薄膜生长更均匀致密,粗糙度降低,表明了高氢稀释对薄膜的比表面形貌有很好的修饰作用。
参考文献：
[1]. 掺杂非晶硅基薄膜的结构及发光特性研究[D]. 李群. 苏州大学. 2004
[2]. 硅基薄膜材料的发光特性[D]. 俞波. 汕头大学. 2002
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[5]. 硅基非晶合金薄膜及其器件化应用研究[D]. 卢满辉. 电子科技大学. 2016
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[7]. 非晶硅锗/氧化铟锌薄膜性能优化及其晶体管应用研究[D]. 徐睿. 电子科技大学. 2015
[8]. 氢化纳米硅（na-Si：H）薄膜太阳电池研究[D]. 于化丛. 上海交通大学. 2005
[9]. 硅薄膜的PECVD制备及其结构研究[D]. 张乾. 河北工业大学. 2009
[10]. 低碳氢化非晶碳化硅的研究[D]. 甘武林. 汕头大学. 2011
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