纳米硅薄膜的低压化学气相沉积和电学性能研究

利用普通低压化学气相沉积技术在玻璃衬底上制备了大面积的纳米硅薄膜。不同温度下薄膜暗电导率的测试研究表明 ,薄膜的室温暗电导率随成膜温度的升高而增加 ,相应的电导激活能降低。热激活隧道击空机制可以较好地解释纳米硅薄膜特殊的电学性能。原位后续热处理研究表明 ,延长热处理时间以及采用低温成膜、高温后续退火的热处理方法均能有效提高其室温暗电导率。     

特种化学气相沉积法制备大面积纳米硅薄膜的微结构和电学性能研究

采用可与Si平面工艺兼容的特殊设计的化学气相沉积系统在玻璃衬底上制备了大面积的纳米Si薄膜.高分辨率电子显微镜和选区电子衍射分析表明,成膜温度对薄膜微结构有关键影响,衬底温度的升高促进了薄膜晶态率的提高和Si晶粒的长大.660℃成膜时非晶Si薄膜基体中镶嵌了尺寸为8～12nm,晶态率为50%的纳米Si晶粒,具有明显的纳米Si薄膜微结构特征.用变温薄膜暗电导率测试系统研究表明,随成膜温度的升高,薄膜的晶态率提高、室温暗电导率提高而相应的电导激活能降低,用热激活隧道击穿机制解释了纳米Si薄膜微结构与特殊电学性能的关系.研究了原位后续热处理对薄膜微结构和电学性能的影响,发现延长热处理时间以及采用低温成膜、高温后续退火的热处理方法能有效提高纳米Si薄膜的晶态率,进而提高其室温暗电导率.     

特种化学气相沉积法制备大面积纳米硅薄膜的微结构和电学性能研究

采用可与Si平面工艺兼容的特殊设计的化学气相沉积系统在玻璃衬底上制备了大面积的纳米Si薄膜。高分辨率电子显微镜和选区电子衍射分析表明,成膜温度对薄膜微结构有关键影响,衬底温度的升高促进了薄膜晶态率的提高和Si晶粒的篚。660℃成膜时非晶Si薄膜基体中镶嵌了尺寸为8－12nm,晶态率为50％的纳米Si晶粒,具有明显的纳米Si薄膜微结构特征。用变温薄膜暗电导率测试系统研究表明,随成膜温度的升高,薄膜的晶态率提高、室温暗电导率提高而相应的电导激活能降低,用热激活隧道击穿机制解释了纳米Si薄膜微结构与特殊电学性能的关系。研究了原位后续热处理对薄膜微结构和电学性能的影响,发现延长热处理时间以及采用低温成膜、高温后续退火的热处理方法能有效提高纳米Si薄膜的晶态率,进而提高其室温暗电导率。     

实验条件对SiO2-MTES-CTAB纳米疏水薄膜的影响

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,采用溶胶-凝胶技术,通过两步酸法控制实验条件引入有机硅烷甲基三乙氧基硅烷(MTES)和表面活性剂十六烷基三甲基溴化氨(CTAB),制备了疏水型SiO2前驱体溶胶.以旋涂法成膜出SiO2-MTES-CTAB纳米疏水薄膜,研究了正硅酸乙酯与甲基三乙氧基硅烷不同的混合比以及不同的热处理温度等对纳米疏水薄膜的影响,并且分析了纳米疏水薄膜的表面形态.研究表明,利用有机基团甲基三乙氧基硅烷改性SiO2溶胶和薄膜的热处理温度对制备的SiO2基纳米疏水薄膜的性能以及表面形态都具有非常重要的影响.     

掺硼非晶硅薄膜的微结构和电学性能研究

以硅烷(SiH4)和硼烷(B2H6)为气相反应先驱体，采用等离子体增强化学气相沉积法，(PECVD)制备出能应用于液晶光阀光导层的硼掺杂非晶氢硅薄膜。X射线衍射、原子力显微镜和光、暗电导测试表明，一定程度的硼掺杂提高了非晶氢硅薄膜的电导率、降低了非晶氢硅薄膜的光、暗电导比；硼掺杂促进薄膜晶态率的增加和硅晶粒尺寸的增大，薄膜的结晶状态将逐渐从非晶硅过渡到纳米硅，最后发展为多晶硅。红外吸收谱研究表明了大量的硼原子与硅、氢原子之间能形成某些形式的复合体，仅有少量硼元素对受主掺杂有贡献。     

热处理温度及掺硼对富硅氧化硅发光的影响

利用等离子体增强化学气相沉积制备了未掺杂与掺硼富硅氧化硅薄膜。在高纯N2气氛中经过600℃、800℃和1100℃热处理,发现随着热处理温度的升高,富硅氧化硅薄膜的光致发光发生了明显红移。这表明薄膜的光致发光来源逐渐由薄膜中的发光中心演变为硅纳米晶。在经过1100℃热处理的未掺杂与掺硼样品中,掺硼样品光致发光强度有明显减弱,这是由俄歇复合效应引起的。此外,在ESR测试谱中,掺硼样品的g因子为2.0020,这表明掺硼可以在薄膜基体和硅纳米晶之间的界面引入发光中心。     

氢化纳米硅薄膜光电性质及其应用研究进展

氢化纳米硅（nc-Si:H）薄膜具有室温下的高电导率、电致发光及光致发光等独特的性能，可应用于超大规模集成电路中，因而引起人们广泛的研究兴趣。简单地综述了国内外有关nc-Si:H薄膜的制备方法、导电机理、发光机理及其应用于量子功能器件等方面的研究工作。     

硼掺杂对非晶硅薄膜微结构和光电性能的影响

以硅烷（SiH4)和硼烷（B2H6）为气相应反应先驱体，采用等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）制备出轻掺硼非昌氢硅薄膜，X射线衍射，原子力显微镜和光，暗电导测试表明，一定程度的硼掺杂提高了非晶氢硅薄膜的电导率，降低了非晶氢硅薄膜的光，暗电导比，并促进了非晶氢硅薄膜中硅微晶粒的生长，红外吸为研究预示了大量的硼原子与硅，氢原子之间能形成某些形式的复合体，仅有少量硼元素对P型掺杂有贡献。     

硅纳米晶/SiO2多层薄膜的制备

采用射频磁控溅射结合后续热处理方法制备了镶嵌在SiO2基质中的Si纳米晶（nanocrystalline silicon,nc-Si）薄膜,实验结果表明,在单层nc-Si薄膜中,随着硅含量的增加,Si纳米晶的尺寸、分布密度也增加;在多层nc-Si/SiO2薄膜中,SiO2层会起到限制nc-Si层中Si纳米晶生长的作用,使多层结构中Si纳米晶的尺寸分布更加集中。     

纳米ZnO薄膜制备及液态源掺杂

用真空蒸发法在玻璃和单晶硅片（100）上制备Zn薄膜，然后对Zn薄膜进行氧化、热处理获得纳米ZnO薄膜，对在硅片上制备的Zn薄膜一次性进行高温掺杂，氧化获得纳米ZnO:P和ZnO：B薄膜，研究不同氧化、掺杂温度和时间对薄膜的结构、电学性能的影响。结果表明：氧化温度和时间对ZnO薄膜结构影响较大，液态源掺P可明显改善纳米ZnO薄膜的导电性能、结构特性和化学组分。     

SiNx薄膜中硅纳米粒子的制备及表征

通过等离子增强化学气相沉积(PECVD)法, 以氨气和硅烷为反应气体, P型单晶硅和石英为衬底, 低温下(200℃)制备了含硅纳米粒子的非化学计量比氮化硅(SiN_x)薄膜. 经高温(范围500~950℃)退火处理优化了薄膜结构. 室温下测试了不同温度退火后含硅纳米粒子SiN_x薄膜的拉曼(Raman)光谱、光致发光(PL)光谱及傅立叶变换红外吸收(FTIR)光谱, 对薄膜材料的结构特性、发光特性及其键合特性进行了分析. Raman光谱表明. SiN_x薄膜内的硅纳米粒子为非晶结构. PL光谱显示两条与硅纳米粒子相关的光谱带, 随退火温度的升高此两光谱带峰位移动方向相同. 当退火温度低于800℃时, PL光谱峰位随退火温度的升高而蓝移. 当退火温度高于800℃时, PL光谱峰位随退火温度的升高而红移. 通过SiNx薄膜的三种光谱分析发现薄膜的光致发光源于硅纳米粒子的量子限制效应. 这些结果对硅纳米粒子制备工艺优化和硅纳米粒子光电器件的应用有重要意义.     

Sol—Gel法合成TiO2纳米粉末和薄膜

用Ｓｏｌ－Ｇｅｌ法成功地合成了ＴｉＯ２纳米粉末和薄膜，研究了工艺参数如热处理温度，保温时间等因素对材料结构和物性的影响，粉末的平均粒径为３－１００ｎｍ，比表面积为１７－２５１ｍ＾２／ｇ，其在室温至７５０℃之间经历无定形态－－锐钛矿－锐钛矿与金红石共存－－金红石的相变，以石英玻璃和单晶硅为基片，采用均胶法获得沿（１０１）择优取向的金红石薄膜，研究表明，薄膜经锐钛矿转变为金红石的转变温度固基片不同而异     

介孔硅基WO3纳米颗粒薄膜室温气敏元件特性

采用双槽电化学腐蚀法在p＋单晶硅片表面制备介孔硅层（meso-PSlayer）,然后用对向靶磁控反应溅射法在介孔硅表面沉积WO3纳米颗粒薄膜,在干燥空气中于400℃下保温4h进行退火热处理,制备出介孔硅基WO3纳米颗粒薄膜（WO3-PS）室温气敏元件.利用扫描电子显微镜（SEM）分析介孔硅层及WO3-PS的表面形貌,通过X射线衍射（XRD）研究WO3的结晶状态,测试WO3-PS气敏元件在室温下对NO2、NH3的气敏性能,并探讨了WO3-PS气敏元件的工作机理.实验结果表明,在介孔硅表面沉积WO3纳米颗粒薄膜可使介孔硅的气敏性能显著提高,其中在室温下对10×10^-6NO2的灵敏度由5提高至56,大大提高了介孔硅的灵敏度,并降低了其响应/恢复时间,提高了对NO2的选择性.     

硼掺杂对非晶硅薄膜微结构和光电性能的影响

以硅烷 (SiH4 )和硼烷 (B2 H6)为气相反应先驱体 ,采用等离子体增强化学气相沉积法 (PECVD)制备出轻掺硼非晶氢硅薄膜。X射线衍射、原子力显微镜和光、暗电导测试表明 ,一定程度的硼掺杂提高了非晶氢硅薄膜的电导率 ,降低了非晶氢硅薄膜的光、暗电导比 ,并促进了非晶氢硅薄膜中硅微晶粒的生长。红外吸收谱研究预示了大量的硼原子与硅、氢原子之间能形成某些形式的复合体 ,仅有少量硼元素对P型掺杂有贡献。     

射频功率对微晶硅薄膜微结构和光电性能的影响

采用射频等离子体增强化学气相沉积(rf-PECVD)技术,在玻璃和硅衬底上沉积微晶硅(μc-Si:H)薄膜。利用拉曼光谱、AFM和电导率测试对不同射频功率下沉积的薄膜的结构特性及光电性能进行分析。研究表明:随着射频功率的增加,薄膜的晶化率和沉积速率也随之增加,而当射频功率增加到一定的程度,晶化率和沉积速率反而减小。薄膜的暗电导率与晶化率的变化情况相对应。     

Ba铁氧体溅射薄膜的研究

研究了射频溅射制备Ｂａ铁氧体薄膜的成膜条件对晶化、晶体结构及磁性能的影响。我们的工作表明，为了使射频溅射Ｂａ铁氧体薄膜形成磁铅石结构的晶体，基板温度需高于６００℃，更高的基板温度可获得好的Ｃ轴垂直取向。非晶膜经热处理晶化所需温度要比直接溅射温度高得多。过大、过小的氧气分压不利于垂直膜的生成。使用挡板对最小溅射角限制以后，可在小的基板－靶间距情况下定得Ｃ轴垂直取向的薄膜。     

聚苯胺/金属氧化物复合导电薄膜的性能

采用溶胶－凝胶法制备出聚苯胺／金属氧化物复合导电薄膜，通过添加TiO2,Ai2O3等金属氧化物粒子可改善导电薄膜材料的电导率和热稳定性，对于不加入金属氧化物粒子的薄膜材料热处理温度在80℃以上将使其导电性降低，而对于加入TiO20.15g的试样其80℃热处理后的电导率则上升至1000S／m.     

磁控溅射法制备纳米晶钛薄膜工艺研究

利用直流磁控溅射法在硅基底上沉积出纳米晶钛薄膜,研究了背底真空度、溅射功率和基底温度对纳米晶钛薄膜结构的影响。实验证明,当背底真空度高于8.8×10-5 Pa时,可制备出致密的纳米晶钛薄膜,当背底真空度低于2.0×10-4 Pa时,钛薄膜被氧化成一氧化钛薄膜;随着溅射功率的增大,纳米晶钛膜的晶粒尺寸呈线性增大,同时钛薄膜的取向也发生改变,表现出明显的(002)织构;随着温度的升高,钛薄膜织构取向发生改变,当温度为500℃时,钛薄膜被氧化为一氧化钛薄膜。制成平整钛薄膜的工艺条件为:背底真空度8.8×10-5 Pa,溅射功率200 W,基底温度室温。     

纳米硅薄膜及磁控溅射法沉积

纳米硅薄膜具有卓越的光学和电学特性,其在光电器件方面潜在的应用越来越引起人们的兴趣.讨论了用磁控溅射法制备纳米硅薄膜的微观机理及沉积参数对薄膜结构和性能的影响.其中,氢气分压、基片温度、溅射功率是磁控溅射法沉积纳米硅的关键参数,适当的温度、较高的氢气分压和较低的溅射功率有利于纳米硅的生成.     

折射率可调的纳米彩色薄膜的制备研究

采用溶胶-凝胶技术,以正硅酸乙酯和钛酸丁酯为有机醇盐前驱体,乙醇、生物染色剂为主要原料,利用提拉法制备出折射率可调的纳米复合彩色薄膜.经测试研究表明,薄膜的折射率随TiO2含量的增加以及热处理温度的升高而逐渐增大.通过调整溶胶的组分及热处理温度,可实现纳米复合彩色薄膜的折射率在1.51～2.25之间连续可调.而且生物染色剂无毒无害,在高温下能自行分解,加热到一定温度时可恢复到无色状态,是环保型彩色薄膜.