IWO缓冲层对MOCVD-ZnO:B薄膜性能的影响研究

金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术生长的绒面ZnO透明导电(ZnO-TCO)薄膜应用于Si基薄膜太阳电池上能够形成"陷光结构",以提高薄膜太阳电池效率和稳定性。本文将电子束反应蒸发技术生长的掺W的In2O3(In2O3:W,(IWO)薄膜作为缓冲层,应用于MOCVD-ZnO:B薄膜与玻璃之间,可促进ZnO:B薄膜的生长,并且有效提升薄膜的光散射特性。当IWO缓冲层厚度为20nm时,获得的IWO/ZnO:B薄膜的电阻率为2.07×10-3Ω.cm,迁移率为20.9cm2.V-1.s-1,载流子浓度为1.44×1020 cm-3;同时,薄膜具有的透过率大于85%,且在550nm处绒度较ZnO:B薄膜提高了约9.5%,在800nm处绒度较ZnO:B薄膜提高了约4.5%。     

电子束反应蒸发技术生长Mo掺杂In_2O_3薄膜

利用电子束反应蒸发技术,调制衬底温度200～350℃,详细研究了Mo掺杂In2O3(IMO,In2O3:Mo)薄膜的微观结构以及光电性能的变化。随着衬底温度增加,原子力显微镜(AFM)与扫描电子显微镜(SEM)图像均证明IMO薄膜表面趋于粗糙,透过率和Hall测试表明其光学和电学性能逐渐提高。在衬底温度为350℃时,获得薄膜最小电阻率为2.1×10-4Ωcm,载流子迁移率为34.2cm2/Vs,其可见光区及近红外区的平均透过率为78%。衬底温度为200℃时,薄膜表现为黑褐色,经分析X射线光电子能谱(XPS)结果认为与薄膜中钼的低价氧化有关,提高衬底温度可改善薄膜氧化状态。     

并五苯场效应管的电学特性

介绍了用高真空中热蒸发镀膜的方法制备并五苯薄膜场效应晶体管. 作为场效应管半导体层的并五苯薄膜沉积在p型Si (100) (14.0～20.0Ω·cm）衬底上. 场效应管中并五苯薄膜厚度为70nm，源极、漏极和栅极（Au）的厚度均为50nm，绝缘层SiO2的厚度为300nm，沟道宽度为190μm，沟道长度为15μm. 用AFM表征了并五苯薄膜表面形貌，并研究了薄膜生长速率对并五苯场效应晶体管电学特性的影响. 在薄膜生长速率为024和136nm/min时，场效应管的载流子迁移率分别为2.7E-4和2.2E-6cm2／(V·s) .     

并五苯场效应管的电学特性

介绍了用高真空中热蒸发镀膜的方法制备并五苯薄膜场效应晶体管.作为场效应管半导体层的并五苯薄膜沉积在p型Si(100)(14.0～20.0 Ω·cm)衬底上.场效应管中并五苯薄膜厚度为70nm,源极、漏极和栅极(Au)的厚度均为50nm,绝缘层SiO2的厚度为300nm,沟道宽度为190μm,沟道长度为15μm.用AFM表征了并五苯薄膜表面形貌,并研究了薄膜生长速率对并五苯场效应晶体管电学特性的影响.在薄膜生长速率为0.24和1.36 nm/min时,场效应管的载流子迁移率分别为2.7×10-4和2.2×10-6 cm2/(V·s).     

并五苯场效应管的电学特性

介绍了用高真空中热蒸发镀膜的方法制备并五苯薄膜场效应晶体管.作为场效应管半导体层的并五苯薄膜沉积在p型Si(100)(14.0～20.0 Ω·cm)衬底上.场效应管中并五苯薄膜厚度为70nm,源极、漏极和栅极(Au)的厚度均为50nm,绝缘层SiO2的厚度为300nm,沟道宽度为190μm,沟道长度为15μm.用AFM表征了并五苯薄膜表面形貌,并研究了薄膜生长速率对并五苯场效应晶体管电学特性的影响.在薄膜生长速率为0.24和1.36 nm/min时,场效应管的载流子迁移率分别为2.7×10-4和2.2×10-6 cm2/(V·s).     

渠道火花烧蚀法制备In2O3:Mo透明导电薄膜

采用渠道火花烧蚀技术在普通玻璃基板上制备了掺钼氧化铟In2O3:Mo透明导电薄膜,研究了烧蚀时氧气压强对薄膜光电性能的影响.在基板温度Ts=350℃时,薄膜的电阻率和载流子浓度随氧气压强增大分别呈凹形和凸形的变化趋势.薄膜电阻率最小值是4.8×10-4Ω·cm,载流子浓度为7.1×1020 cm-3.载流子迁移率最高可达49.6cm2/(V·s).可见光区域平均透射率大于87%以上,由紫外光电子谱分析得到薄膜的表面功函数为4.6eV.X射线衍射分析表明,薄膜结晶性良好并在(222)晶面择优取向生长.原子力显微镜观察薄膜样品表面得到方均根粗糙度为0.72nm,平均粗糙度为0.44nm,峰谷最大差值为15.4nm.     

渠道火花烧蚀法制备In2O3:Mo透明导电薄膜

采用渠道火花烧蚀技术在普通玻璃基板上制备了掺钼氧化铟In2O3:Mo透明导电薄膜,研究了烧蚀时氧气压强对薄膜光电性能的影响.在基板温度Ts=350℃时,薄膜的电阻率和载流子浓度随氧气压强增大分别呈凹形和凸形的变化趋势.薄膜电阻率最小值是4.8×10-4Ω·cm,载流子浓度为7.1×1020 cm-3.载流子迁移率最高可达49.6cm2/(V·s).可见光区域平均透射率大于87%以上,由紫外光电子谱分析得到薄膜的表面功函数为4.6eV.X射线衍射分析表明,薄膜结晶性良好并在(222)晶面择优取向生长.原子力显微镜观察薄膜样品表面得到方均根粗糙度为0.72nm,平均粗糙度为0.44nm,峰谷最大差值为15.4nm.     

IWO缓冲层对磁控溅射生长绒面HGZO薄膜性能的影响

研究了W掺In2O3(IWO)缓冲层(buffer layer)对磁控溅射直接生长绒面结构H化Ga掺杂ZnO(HGZO)薄膜的微观结构和光电性能的影响。实验发现,加入IWO缓冲层能够有效地增大薄膜表面粗糙度,提高了薄膜光散射能力,薄膜绒度(550nm波长处)由7.05%提高至18.37%;具有IWO缓冲层的HGZO(IWO/HGZO)薄膜的电学性能稍微提升。通过优化工艺条件,当IWO缓冲层厚为10nm时,生长获得的IWO/HGZO复合薄膜方块电阻为3.6Ω,电阻率为6.21×10-4Ωcm,可见光及近红外区域透过率(400～1 100nm)为82.18%,薄膜绒度(550nm波长处)为18.37%。     

粉末靶磁控溅射制备AZO/Ag/AZO透明导电薄膜的特性

室温下采用射频磁控溅射粉末靶,在玻璃基底上制备了掺铝氧化锌/银/掺铝氧化锌(AZO/Ag/AZO)三层透明导电薄膜.通过优化中间银层厚度,优化了三层透明导电薄膜的光电性能.采用原子力显微镜和X射线衍射仪分别对薄膜的形貌和结构进行检测分析;采用紫外可见分光光度计和霍尔效应仪分别对薄膜的光电性能进行检测分析.结果表明,所制备的三层膜表面平整,颗粒大小错落均称;三层膜呈现多晶结构,AZO层薄膜具有(002)择优取向的六方纤锌矿结构,Ag层薄膜具有(111)择优取向的立方结构;当三层薄膜为AZO (20 nm) /Ag(12 nm) /AZO (20 nm)时,在550 nm处的透光率为88％,方块电阻为4.3Ω/□,电阻率为2.2×10-5 Ω·cm,载流子浓度为2.8×1022/cm3,迁移率为10 cm2/ (V·s),品质因子为3.5×10-2 Ω-1.     

MOCVD制备的ZnO薄膜及其在太阳电池背电极应用

研究了利用LP-MOCVD技术制备的不同B掺杂浓度对ZnO薄膜的微观结构和光电特性影响.对XRD和SEM的研究结果表明,B掺杂对ZnO薄膜的微观结构有重大影响.通过优化工艺,当B2H6流量为17sccm(约1%掺杂浓度)时,在20cm×20cm大面积衬底上生长出厚度为700nm,方块电阻为38Ω/□,透过率大于85%,迁移率为17.8cm2/(V·s)的绒面结构ZnO薄膜.其应用于太阳电池背反射电池后,可使电池短路电流提高将近3mA,使20cm×20cm面积的a-Si集成电池效率高达9.09%.     

电学性能不反常的本征GaAs基InSb异质外延研究

采用三步工艺进行了GaAs基InSb的异质外延生长并结合实验数据和文献资料研究了生长温度和速率、InSb层的厚度、低温缓冲层质量和双In源工艺对材料Hall电学性能等的影响。发现温度和生长速率对室温载流子迁移率和本征载流子浓度影响不太大;晶体XRD FWHM随膜厚的增加而逐渐地减小;低温缓冲层的界面质量和厚度对表面形貌具有一定的影响,低温缓冲层的界面厚度不应小于30 nm,ALE低温缓冲层的方法可以降低局部表面粗糙度;实验发现在优化的工艺参数基础上采用双In源生长工艺可以生长出电学性能不发生反常的理想本征InSb异质外延薄膜材料。获得2μm厚GaAs基InSb层在300 K和77 K的Hall迁移率分别为3.6546×104 cm^2 V^-1 s^-1和7.9453×104 cm^2 V^-1 s^-1,本征载流子迁移率和电子浓度随温度的变化符合理论公式的预期。     

TiO_2过渡层对Bi_(3.54)Nd_(0.46)Ti_3O_(12)薄膜微观结构及电性能的影响

选取厚度为5、10和20nm的TiO2薄膜为过渡层,采用sol-gel法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了Bi3.54Nd0.46Ti3O12(BNT)铁电薄膜,研究了过渡层厚度对铁电薄膜微观结构及电学性质的影响。结果表明,加入TiO2过渡层后,BNT薄膜微观结构得到改善,εr及2Pr值大幅提高,介电损耗及漏电流密度都有降低。过渡层厚度为20nm时,BNT薄膜的εr、tanδ及2Pr值分别为325、0.025(测试频率为10kHz)和36.1×10–6C/cm2,漏电流密度为8.45×10–7A/cm2(外加电场为100×103V/cm)。     

基于HfO2栅介质的Ga2O3 MOSFET器件研制

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法在(010) Fe掺杂半绝缘Ga2O3同质衬底上外延得到n型β-Ga2O3薄膜材料,材料结构包括400 nm的非故意掺杂Ga2O3缓冲层和40 nm的Si掺杂Ga2O3沟道层.基于掺杂浓度为2.0×1018 cm-3的n型β-Ga2O3薄膜材料,采用原子层沉积的25 nm的HfO2作为栅下绝缘介质层,研制出Ga2O3金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET).器件展示出良好的电学特性,在栅偏压为8V时,漏源饱和电流密度达到42 mA/mm,器件的峰值跨导约为3.8 mS/mm,漏源电流开关比达到108.此外,器件的三端关态击穿电压为113 V.采用场板结构并结合n型Ga2O3沟道层结构优化设计能进一步提升器件饱和电流和击穿电压等电学特性.     

电子束沉积技术生长WZO-TCO薄膜及其特性研究

采用电子束沉积技术生长w掺ZnO（WZO,ZnO：w）透明导电氧化物（TCO）薄膜（即WZO-TCO薄膜）并研究了衬底温度（100-350℃）对薄膜微观结构、表面形貌以及光电性能的影响。实验表明,随着衬底温度的升高,薄膜的晶体质量取得明显改善（从非晶化状态转变到结晶状态）,生长的WZO薄膜呈现C轴择优取向[即（002）...     

Tantalum nitride metal gate FD-SOI CMOS FETs using low resistivityself-grown bcc-tantalum layer

A tantalum nitride (TaNx) metal gate complementary metal oxide semiconductor (CMOS) technology using low-resistivity (~15 μΩcm), bcc (body-centered-cubic)-phase tantalum metal layer has been developed, featuring low-temperature processing below 550°C except for gate oxide formation. It was found for the first time that TaNx works not only as a buffer layer which prevents tantalum metal film and gate oxide film from reacting with each other, but also as a seed layer which helps self-growth of bcc-phase tantalum films by hetero-epitaxy. Furthermore, we have demonstrated that the work function of TaNx gate is close to midgap of silicon, hence similar to titanium nitride (TiNx) gate. We have also demonstrated that MOS capacitors on bulk and fully-depleted silicon-on-insulator (FD-SOI) CMOS with TaNx/bcc-Ta/TaNx stacked metal gate structure have excellent electrical characteristics and that the ring-oscillator fabricated using the stacked metal gate CMOS can be operated successfully with 3.8 nm-thickness gate oxide     

GaN缓冲层对生长InN薄膜的影响

采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法生长六方相InN薄膜，利用氮化镓(GaN)缓冲层技术制备了高质量薄膜，得到了其能带带隙0.7eV附近对应的光致发光光谱(PL). 通过比较未采用缓冲层，同时采用低温和高温GaN缓冲层，以及低温GaN缓冲层结合高温退火三种生长过程，发现低温GaN缓冲层结合高温退火过程能够得到更优表面形貌和晶体质量的InN薄膜，同时表征了材料的电学性质和光学性质. 通过对InN薄膜生长模式的讨论，解释了薄膜表面形貌和晶体结构的差异.     

近红外波段偏振编码用分色片的设计与制作

在基于偏振编码的光通信试验中,需要对不同波长的线偏光进行光路分离,同时要保持分离后线偏光的偏振方向和消光比,为此设计和制备了入射角为45°的810 nm波长透射/850 nm波长反射的近红外分色片.为了抑制斜入射条件下工作波长附近s、p偏振分量的能量、相位分离,选择了合适的基础膜系,利用旁反射带边缘透、反射带光谱过渡迅速的特性,实现了临近波长的光路分离,也减小了偏振分离;通过非规整膜层的相位补偿和软件自动优化,实现了设计目标.分别选用TiO2和SiO2为高低折射率膜层材料,以离子束辅助沉积技术镀制薄膜,采用光学极值法和晶体振荡法结合的方式控制膜层厚度.制备样品的消光比在波长810 nm处达到7000∶1以上,在850 nm处达到20000∶1,实现了分色片对相位的控制,满足了偏振编码光通信试验的需求.