C掺杂对离子注入合成β-FeSi2薄膜的影响

采用离子注入方法制备β-FeSi2薄膜,选择C作为掺杂元素,得到了β-FeSi2硅化物层与基体间的界面平直、厚度均一的高质量薄膜.经透射电镜分析可知,引入C离子后硅化物层的微结构向有利于薄膜质量的方向发展,晶粒得到细化,β-FeSi2层稳定性提高.从微结构角度考虑,引入C离子对于提高β-FeSi2薄膜的质量是很有益处的.进一步进行光学吸收表征,发现C离子的引入对β-FeSi2层的Egd值没有产生不良影响.讨论了Egd值的影响因素,如制备方法、工艺参数、基体取向、掺杂离子种类、掺杂离子数量、退火温度等等,解释了文献报道的不同Egd值.     

C掺杂对离子注入合成β-FeSi2薄膜的影响

采用离子注入方法制备β-FeSi2薄膜，选择C作为掺杂元素，得到了β-FeSi2硅化物层与基体间的界面平直、厚度均一的高质量薄膜。经透射电镜分析可知，引入C离子后硅化物层的微结构向有利于薄膜质量的方向发展，晶粒得到细化，β-FeSi2层稳定性提高。从微结构角度考虑，引入C离子对于提高β-FeSi2薄膜的质量是很有益处的。进一步进行光这吸收表征，发现C离子的引入对β-FeSi2层的E^dg值没有产生不良影响，讨论了E^dg值的影响因素，如制备方法、工艺参数、基体取向、掺杂离子种类、掺杂离子数量、退炎温度等等，解释了文献报道的不同E^dg值。     

直流磁控溅射工艺参数对β-FeSi_2薄膜性能的影响

采用室温直流磁控溅射Fe-Si组合靶的方法,经过后续Ar气氛围退火,在单晶Si(111)衬底上生长β-FeSi2薄膜。研究了溅射功率、工作气压、Ar气流量、沉积时间等工艺参数对β-FeSi2薄膜结构特性及电学特性的影响,通过Raman、Hall、X射线衍射(XRD)等测试对其性能进行表征,对工艺参数进行了优化,在溅射功率为80W、工作气压为1.3Pa和Ar气流量为35SCCM时溅射沉积Fe-Si薄膜,不仅可以得到单一相的β-FeSi2,而且薄膜结晶质量较好。最终,在上述实验条件下制备得到的未掺杂的β-FeSi2薄膜是n型导电的,β-FeSi2薄膜中载流子浓度约为3.3×1016cm-3,迁移率为381cm2/Vs。     

C掺杂对离子注入合成β- FeSi_2 薄膜的影响

采用离子注入方法制备β- Fe Si2 薄膜 ,选择 C作为掺杂元素 ,得到了β- Fe Si2 硅化物层与基体间的界面平直、厚度均一的高质量薄膜 .经透射电镜分析可知 ,引入 C离子后硅化物层的微结构向有利于薄膜质量的方向发展 ,晶粒得到细化 ,β- Fe Si2 层稳定性提高 .从微结构角度考虑 ,引入 C离子对于提高β- Fe Si2 薄膜的质量是很有益处的 .进一步进行光学吸收表征 ,发现 C离子的引入对 β- Fe Si2 层的 Egd值没有产生不良影响 .讨论了 Egd值的影响因素 ,如制备方法、工艺参数、基体取向、掺杂离子种类、掺杂离子数量、退火温度等等 ,解释了文献报道的不同     

新型薄膜窄带隙光伏材料β-FeSi2的研究进展

环境友好半导体薄膜材料β-FeSi2具有0.85 eV的直接带隙结构、吸收系数大、对太阳光谱利用范围宽、原材料丰富、稳定性好等优点,被认为是一种非常有前途的窄带隙光伏材料.介绍了β-FeSi2薄膜基本结构及其光电特性,分析了国内外关于β-FeSi2薄膜光伏材料和器件的研究现状,指出了目前该领域研究中存在的问题和发展趋势,给出了在这方面取得的初步研究结果.     

Si(111)衬底上IBE法外延生长β-FeSi_2薄膜的研究

本文采用质量分析的低能离子束外延法（以下简称IBE法）在Si（111）衬底上外延生长了β-FeSi2薄膜，并进行了X射线衍射测量分析；与扫描电镜配合验证了β-FeSi2外延薄膜的形成．实验结果表明：所得β-FeSi2（101）或（110）面基本平行于Si（111）面，验证了Si（111）上β-FeSi2外延薄膜的形成；并对失配度做了精确的计算；薄膜形貌呈岛屿状分布，同时分析了生长条件对薄膜形貌的影响．     

电致发光谱测量β-FeSi2-Si异质结载流子限制

设计了一种将β-FeSi2颗粒埋入非故意掺杂Si中的Si p-π-n二极管来确定β-FeSi2-Si异质结的能隙差.当二极管处于正向偏置时,通过Si n-p-结注入的电子扩散到β-FeSi2并由于Si与β-FeSi2之间的能隙差而受到限制,电荷在异质结的积累反过来阻挡了电子的继续扩散,将电子局域化在靠近Si n-p-结的p--Si区.少子的局域化减少了非辐射复合的途径,Si和β-FeSi2的发光增强,淬灭速率变慢,在室温低电流下仍可得到Si和β-FeSi2电致发光.Si和β-FeSi2发光强度的比率对温度的依存性表明同型异质结对电子限制能力的减弱符合热发射模型,由此确定出Si和β-FeSi2异质结导带带阶差为0.2eV.     

电致发光谱测量β-FeSi2-Si异质结载流子限制

设计了一种将β-FeSi2颗粒埋入非故意掺杂Si中的Si p-π-n二极管来确定β-FeSi2-Si异质结的能隙差.当二极管处于正向偏置时,通过Si n-p-结注入的电子扩散到β-FeSi2并由于Si与β-FeSi2之间的能隙差而受到限制,电荷在异质结的积累反过来阻挡了电子的继续扩散,将电子局域化在靠近Si n-p-结的p--Si区.少子的局域化减少了非辐射复合的途径,Si和β-FeSi2的发光增强,淬灭速率变慢,在室温低电流下仍可得到Si和β-FeSi2电致发光.Si和β-FeSi2发光强度的比率对温度的依存性表明同型异质结对电子限制能力的减弱符合热发射模型,由此确定出Si和β-FeSi2异质结导带带阶差为0.2eV.     

密度泛函理论研究：高压对β-FeSi2 (100)/Si(001)界面光学性质影响

高压对半导体材料β-FeSi2带隙和光学性质具有很好的调节作用。在本工作中,我们利用密度泛函理论研究了高压对具有Si缺陷结构的β-FeSi2 (100)/Si(001) 界面光学吸收行为的影响。随着压强的增大,光学吸收峰首先减小到一个最小值,然后才慢慢的增大。电子轨道分析表明：电子从价带的最高占据态到导带的最低非占据态的跃迁过程主要发生在界面区域的Fe原子轨道。结构分析表明：这种新奇光吸收行为依赖于施加在β-FeSi2 (100)界面区域的压力,Si(001) 结构可以部分的抵消施加在β-FeSi2 (100) 界面区域的压力,从而造成光吸收峰的下移。但是,当施加的压力足够大时,这种抵消作用开始减弱,从而造成光学吸收峰缓慢的上移。本研究表明压力可以有效的修饰其光学吸收行为。     

p-β-FeSi2/n-4H-SiC异质结近红外光电二极管的光电特性

本文首次报道了p-β-FeSi2/n-4H-SiC异质结的实验研究。采用磁控溅射和快速退火工艺在4H-SiC衬底上制备p-β-FeSi2/n-4H-SiC异质结近红外光电二极管。通过扫描电镜（SEM）得到了薄膜样品的表面形貌。通过在室温下测量获得了器件的电流密度-电压（J-V）特性和光响应特性。p-β-FeSi2/n-6H-SiC异质结光电二极管的J-V特性的测量结果表明该异质结具有整流特性,并且在光照(1.31μm@5mW)下加-1V偏压时产生的电流密度约为1.82mA/cm2,而在无光条件下产生的暗电流密度约为0.537mA/cm2。探测率约为8.8×109cmHz1/2/W。所有的测试都是在室温下完成的。综上,p-β-FeSi2/n-4H-SiC异质结可以被用来当作近红外光电二极管,适合应用于光激发的SiC基器件。     

铁硅化合物β-FeSi2带间光学跃迁的理论研究

采用基于第一性原理的赝势平面波方法系统地计算了β-FeSi2基态的几何结构、能带结构和光学性质.能带结构计算表明β-FeSi2属于一种准直接带隙半导体,禁带宽度为0.74eV;其能态密度主要由Fe的3d层电子和Si的3p层电子的能态密度决定;利用计算的能带结构和态密度分析了带间跃迁占主导地位的β-FeSi2材料的介电函数、反射谱、折射率以及消光系数等光学性质计算结果,复介电函数的计算结果表明β-FeSi2具有各向异性的性质;吸收系数最大峰值为2.67×105 cm-1.     

β-FeSi_2(n)/c-Si(p)HIT型太阳能电池的模拟与优化

运用afors-het软件对β-FeSi2(n)/a-Si(i)/c-Si(p)结构的太阳能电池进行模拟,依次讨论了本征层、发射层、界面态对电池性能的影响。结果表明:添加本征层电池性能提高,但随着本征层厚度的增加载流子收集率下降、串联电阻增大,造成电池光电转化效率下降;发射层厚度的增加使得载流子的收集率下降造成光电转化效率下降,同时发射层掺杂浓度增大虽然使得内建电场强度增大,但载流子的复合也会加大,最终使得电池性能保持稳定;界面态使得电池性能下降,为使电池获得较好性能,界面态密度应尽可能小于1011 cm–2·e V–1。通过优化,最终使得该结构的太阳能电池光电转化效率达到17.00%。     

铁硅化合物β-FeSi2带间光学跃迁的理论研究

采用基于第一性原理的赝势平面波方法系统地计算了β-FeSi2基态的几何结构、能带结构和光学性质.能带结构计算表明β-FeSi2属于一种准直接带隙半导体,禁带宽度为0.74eV;其能态密度主要由Fe的3d层电子和Si的3p层电子的能态密度决定;利用计算的能带结构和态密度分析了带间跃迁占主导地位的β-FeSi2材料的介电函数、反射谱、折射率以及消光系数等光学性质计算结果,复介电函数的计算结果表明β-FeSi2具有各向异性的性质;吸收系数最大峰值为2.67×105 cm-1.     

掺杂β-FeSi2的电子结构及光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的赝势平面波方法,对掺入Mn,Cr,Co,Ni的β-FeSi2的几何结构、能带结构和光学性质进行了研究.计算结果表明:(1)杂质的掺入改变了晶胞体积及原子位置,掺杂足调制材料电子结构的有效方式;(2)系统总能量的计算表明Mn掺杂时倾向于置换Fel位的Fe原子,而Cr,Co,Ni倾向于取代Fell位的Fe原子;能带结构的计算表明掺Mn,Cr使得β-FeSi2的费米面向价带移动,形成了P型半导体;而掺Co,Ni则使得β-FeSi2的费米面向导带移动,形成了n型半导体;(3)杂质原子的掺入在费米面附近提供了大量的载流子,改变了电子在带间的跃迁,对β-FeSi2的光学性质造成影响.     

掺杂β-FeSi2的电子结构及光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的赝势平面波方法,对掺入Mn,Cr,Co,Ni的β-FeSi2的几何结构、能带结构和光学性质进行了研究.计算结果表明:(1)杂质的掺入改变了晶胞体积及原子位置,掺杂足调制材料电子结构的有效方式;(2)系统总能量的计算表明Mn掺杂时倾向于置换Fel位的Fe原子,而Cr,Co,Ni倾向于取代Fell位的Fe原子;能带结构的计算表明掺Mn,Cr使得β-FeSi2的费米面向价带移动,形成了P型半导体;而掺Co,Ni则使得β-FeSi2的费米面向导带移动,形成了n型半导体;(3)杂质原子的掺入在费米面附近提供了大量的载流子,改变了电子在带间的跃迁,对β-FeSi2的光学性质造成影响.     

Si衬底上采用溅射Fe/Si纳米多层结构制备β-FeSi2薄膜

采用磁控溅射的方法在Si衬底上生长Fe/Si多层膜,退火后形成了硅化物薄膜。利用X射线衍射(XRD)、Raman光谱、原子力显微镜(AFM)研究了Fe/Si膜厚比和退火温度对薄膜结构特性的影响。研究表明,当Fe/Si膜厚比为1/2,预先在衬底上沉积Fe缓冲层,退火温度为750℃,形成的硅化物为β-FeSi2,晶粒的平均尺寸大约为50nm,且分布得比较均匀。如果Fe/Si厚度比为1/1或3/10时,形成的硅化物为ε-FeSi。随着退火温度的升高,Fe/Si之间的相互扩散逐渐增强,当退火温度为1 000℃时,形成了富硅的二硅化物的高温相α-FeSi2。     

TiO2薄膜的宽光谱特性椭偏法研究

为了获得TiO2薄膜的光学常数,采用德国SENTECH生产的SE850宽光谱反射式光谱型椭偏仪,测量和分析了用光控自动真空镀膜机沉积在K9玻璃上的单层TiO2薄膜,得到了TiO2薄膜在300nm~2500nm宽谱上的光学常数曲线和薄膜厚度.根据TiO2的薄膜特性及成膜特点,考虑了表面粗糙层和界面层对薄膜性能的影响,建模时采用Cauchy指数模型和Tauc-Lorentz模型,对建立的各种模型测量得到的数据进行了分析和比较.结果表明,模型基底/Tauc-Lorentz模型/表面粗糙层可以得到最小的均方差为0.5544,得到的TiO2薄膜的厚度的测量值与TFCalc软件的计算值最接近.该研究结果对TiO2薄膜多层膜膜系设计和制备有参考价值.     

C+注入Si形成SiC/Si异质结构的椭偏光谱

用椭偏光谱法测量了(35keV,1.0×10118cm-2)和(65keV,1. 0×1018cm-2)C+注入Si形成的SiC/Si异质结构.应用多层介质膜模型和有效介质近似,分析了这些样品的SiC/Si异质结构的各层厚度及主要成份.研究结果表明:注35keV C+的样品在经1200 C、2h退火后形成的SiC/Si异质结构,其β-SiC埋层上存在一粗糙表面层,粗糙表面层主要由β-SiC、非晶Si和SiO2组成,而且β-SiC埋层与体硅界面不同于粗糙表面层与β-SiC埋层界面;注65keV C+的样品在经1250 C、10h退火后形成的SiC/Si异质结构,其表层Si是较完整的单晶Si,埋层B-SiC分成三层微结构,表层Si与β-SiC埋层界面和β-SiC埋层与体硅界面亦不相同.这些结果与X射线光电子谱(XPS)和横截面透射电子显微镜(TEM)的分析结果一致.     

超薄顶层硅SOI衬底上高k栅介质ZrO_2的性能

采用超高真空电子束蒸发法制备了用于全耗尽SOI场效应晶体管(MOSFET)中作为高k栅介质的ZrO2 薄膜.X射线光电子能谱(XPS)分析结果显示:ZrO2 薄膜成分均一,为完全氧化的ZrO2 ,其中Zr∶O =1∶2 2 ,锆氧原子比偏高可能是由于吸附了空气中O2 等杂质.扩展电阻法(SRP)和剖面透射电镜(XTEM)都表征出6 0 0℃退火样品清晰的ZrO2 /topSi/BO/Sisub的结构,其中ZrO2 /topSi界面陡直,没有界面产物生成.选区电子衍射显示薄膜在6 0 0℃快速退火后仍基本呈非晶态.研究了上述MOSOS结构的高频C V性能,得到ZrO2 薄膜的等效氧化物厚度EOT =9 3nm ,相对介电常数ε≈2 1,     

掺杂 β-FeSi2光电特性研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,对B,N,Al,P掺杂的β-FeSi2的几何结构,电子结构和光学性质进行了计算和分析。结果表明,几何结构不仅受掺杂原子种类的影响,还和掺杂的位置有关;Al和P倾向于置换SiI位的Si原子,而B和N则倾向于置换SiII的Si原子;B和Al的掺入使β-FeSi2成为p型半导体,而N和P的掺入使它成为n型半导体;光学性质计算表明：N掺杂对β-FeSi2的复介电函数影响很小,B,N,Al和P的掺入能够在低能区增强电子跃迁,提高折射率和反射作用,并在反射率的最大值处削弱反射作用。这些结果为光电子材料β-FeSi2的设计和应用提供了理论指导。