反应蒸发沉积的纳米硅氧化硅薄膜的发光及其氧的存在形态

通过改变蒸发源、衬底温度和氧的流量 ,用反应蒸发法制备了不同晶粒尺寸的Si/SiOx 薄膜。用X射线衍射、X光电子能谱和红外光谱分别测试了薄膜的结构、组分及氧在薄膜中的存在形态。实验发现氧的存在形态与蒸发条件密切相关 :对以硅为蒸发源的样品 ,衬底温度较低时 ,以间隙氧形态存在。随着衬底温度的升高 ,SiOx 量逐渐增多 ,间隙氧逐渐减少 ,72 0℃以上产生SiO2 。氧流量的增加有利于间隙氧的生成和氧含量的增加 ;对以SiO为蒸发源的样品 ,衬底温度较低时 ,主要以间隙氧的形态存在 ,同时存在SiO2 和SiOx。随着衬底温度的升高 ,有利于SiOx 和SiO2 的增加。 80 0℃退火后 ,SiOx 增多 ,同时产生大量SiO2 白硅石。荧光光谱表明 :薄膜的发光跟氧的存在形态密切相关 ,其可能原因是纳米硅被大量宽禁带的SiO2 或SiOx基体包裹所产生的量子效应。     

具有可逆蓝光发射特性的氧化硅纳米绳

研究了准一维氧化硅绳的生长机理以及对环境敏感的光致发光特性。实验采用化学气相沉积方法在水平管式炉中制备了具有绳索状的准一维氧化硅纳米结构。通过扫描电镜和透射电镜观察,发现这种非晶氧化硅纳米绳是由大量的氧化硅纳米线通过劈裂、粘连而成的自组织结构。反应中引入的水蒸气对产物的形貌和表面状态产生了重要影响。通过光致发光谱发现新鲜制备的氧化硅纳米绳有强烈的蓝光发射,经过潮湿环境处理后,其蓝光发射强度就会变得非常弱;当再把纳米绳经过干燥处理后,这种蓝色荧光强度几乎恢复到最初的水平。这种可逆的蓝色荧光现象有很好的重复性。结合红外光谱的研究,分析这种新奇的可逆发光现象是由氧化硅表面水分子的吸附、脱附造成的。     

无机氧化硅薄膜制备的原位诊断及薄膜特性研究

采用23kHz脉冲电源,以六甲基二硅氧烷(HMDSO)为单体,氧气为反应气体,氩气为辅助气体,利用平行板式电容耦合等离子增强化学气相沉积装置在PET基底上制备高阻隔无机氧化硅薄膜.通过等离子发射光谱及四极杆质谱仪的实时在线诊断,对等离子体中的中间产物及活性物种进行检测.沉积薄膜的化学结构采用傅里叶变换红外光谱仪进行分析,同时测量了所制备薄膜的透氧率.结果表明,随着氧气含量的增加,等离子体中的碳氢化合物及氧化物含量增加,这说明,此时等离子体中存在较强的碳氢化学反应及氧化反应.在氧气含量较高时,薄膜有机成分较少,属于无机氧化硅薄膜.薄膜透氧率测量显示,在氧气与单体比率为50%时达到最小值1.71cc·m-2·day-1·atm-1.     

纳米晶硅薄膜材料的技术发展

本文综述了硅基薄膜材料的发展历程;提出了一些促进硅基薄膜电池技术进步的思路;并对硅 基薄膜电池的发展进行了有益的探讨,对最新的硅基薄膜太阳能电池作了展望.     

射频PECVD法高压快速制备纳米晶硅薄膜

采用传统的射频等离子体增强化学气相沉积技术,在较高的工作气压(133～266Pa)下,以0.4nm/s速率制备出优质的氢化纳米晶硅薄膜.薄膜的晶化率约60%,平均晶粒尺寸约6.0nm,暗电导率为10-3～104/Ω·cm.红外吸收谱显示,薄膜中没有Si-O、Si-C、Si-N等杂质键,随晶化率的提高,Si-H键也逐渐消失.     

反应磁控溅射沉积SiOx薄膜制备镶嵌在二氧化硅介质中纳米晶硅不可行性研究

用射频磁控溅射法在纯氩气或氩气/氧气混合气体中溅射纯硅靶制备SiOx(x＜2)薄膜.X射线光电子谱(XPS)分析证实,射频功率对x值起决定作用.当射频功率低时,所制备的薄膜是化学计量比的SiO2,通过调节氧气分压调节x值非常困难.只有当射频功率较高时,才可以通过调节氧分压调节x值.实验结果证实了射频反应磁控溅射不宜用于制备镶嵌在二氧化硅介质中纳米晶硅(nc-Si/SiO2)的前驱体SiOx膜.文中讨论了相关机制.     

反应蒸发沉积的纳米硅—氧化硅薄膜的发光及其氧的存在形态

通过改变蒸发源，衬底温度和氧的流量，用反应蒸发法制备了不同晶粒尺寸的Ｓｉ／ＳｉＯｘ薄膜，用Ｘ射线衍射，Ｘ光电子能谱和红外光谱分别测试了薄膜的结构，组分及氧在薄膜中的存在形态。     

氢稀释对纳米晶硅薄膜微结构的影响

采用电感耦合等离子体化学气相沉积技术制备了氮化纳米硅薄膜,利用Raman散射、x射线衍射、红外吸收等技术对不同氮稀释条件下薄膜的微观结构和键合特性变化进行了研究.结果表明,较高的氢稀释比导致薄膜从非晶硅到纳米晶硅的结构转化,随着氮稀释比的增加,所沉积薄膜的晶化度及纳米晶硅的晶粒尺寸单调增加,纳米硅颗粒呈现在(110)方...     

衬底温度对低温制备纳米晶硅薄膜的影响

采用传统的射频等离子体增强化学气相沉积技术,在较高的工作气压130Pa和较高的射频功率70W下,在＞100℃的低温下,以0.14nm/s速率制备出优质的纳米晶硅薄膜.研究结果表明,薄膜晶化率和沉积速率与衬底温度有密切关系.当衬底温度＞100℃,薄膜由非晶相向晶相转化,随着衬底温度的进一步升高,薄膜晶化率增大,当温度为300℃时,薄膜的晶化率达82%,暗电导率为10-4·cm-1数量级,激活能为0.31eV.当薄膜晶化后,沉积速率随衬底温度升高而略有增加.     

纳米氧化硅及其复合粉体的电磁参数的研究

以石蜡作为载体,制备了纳米氧化硅及其与乙炔碳黑混合的粉体材料,研究了该复合材料的电磁特性.结果表明,纳米氧化硅是一种电损耗材料,少量的纳米氧化硅添加到乙炔碳黑中,使乙炔碳黑的介电常数的虚部增加,实部降低,从而较大地提高了乙炔碳黑的介电损耗.     

氟化类金刚石(F-DLC)薄膜的红外分析

以CF4和CH4为源气体,利用射频等离子体增强化学气相沉积法,在不同条件下制备了氟化类金刚石(F-DLC)薄膜,并进行了退火处理。红外分析表明,F-DLC薄膜中主要有C-Fx(x=1,2,3)、C-C、C-H2、C-H3和C=C化学键等。低功率下制备的薄膜主要由C-C、CF和CF2键构成,功率增加时,薄膜内C-C键含量相对增加;气体流量比R(R=CF4/[CF4 CH4])增大,薄膜内F的含量增加,C-C键相对减少;高温退火后,薄膜内部分F和几乎全部的H从膜内逸出,薄膜的稳定温度在300℃以上。低功率、高流量比下制备的薄膜,F含量相对较大,介电常数较低。     

三氧化钨薄膜的光学特性和结构研究

用溶胶-凝胶法和直流反应磁控溅射法制备了表面均匀致密的三氧化钨薄膜,并用双光束紫外可见分光光度计和X衍射分别对薄膜的透光性、结构形态进行了测定;描述了退火温度对薄膜透光性和结构形态的影响,结果表明在高温(＞300℃)退火处理后薄膜的透光率下降,且退火温度越高透光率越低;在350℃以下退火处理后得到薄膜样品为非晶态,在350～400℃范围内退火处理,样品由非晶态向晶态转变.     

不同晶态比条件下氢化纳米硅薄膜的力学性能

采用射频（radio frequency,RF,13.56MHz）和直流偏压双重激励源,在等离子增强化学气相沉积（plasma-cnhanced chemical vapor deposition,PECVD）系统下制备了康宁玻璃7059衬底上的氢化纳米硅薄膜保持射频功率、反应室气压、直流偏压值和衬底温度等工艺参数不变的情况下,主要改变硅烷稀释度（silanc concentration．sc）从1％到0．5％当SC减小时,薄膜的晶态比Xc反而出现了增大现象,表明较低的SC有利于薄膜结构中晶态成分的形成．当SC减小到0．5％时,气则出现最大值54．2％.文中具有不同薄膜晶态比的样品力学性能采用美Hysitron公司的Tribolndenter纳米压痕系统进行测量,薄膜的杨氏模量和硬度值利用Oliver和Pharr的解析方法得出．结果表明：当薄膜的Xc从50．5％增大到54.2％时,薄膜的杨氏摸量和硬度值都大大增加,这种现象的产生是由于不同Xc的薄膜具有不同的晶态微结构,因此薄膜的Xc值在很大程度上决定薄膜的力学性能.     

复合纳米金膜的制备及其光学性质

本文利用化学还原法制备了不同尺寸的金纳米颗粒,并利用离子自组装多层技术在玻璃基底上沉积了基于金纳米颗粒的复合纳米金膜,研究了颗粒尺寸和成膜厚度对复合金膜光学性质的影响。不同比例的柠檬酸钠与氯金酸产生的金纳米颗粒溶液的紫外-可见光谱随着金颗粒直径增大而红移展宽。适量比例的柠檬酸钠与氯金酸能够产生平均直径为14±1.2nm且尺寸分布均匀的金纳米球;其溶液在518nm处有一特征吸收峰。不同大小的金纳米颗粒形成的薄膜的紫外-可见光谱形状不同,局域表面等离子体共振峰的位置随着颗粒直径的减小而向短波方向迁移。薄膜的沉积层数越多,薄膜表面的颗粒分布越均匀,局域表面等离子体峰的峰值变化也将减小。本工作证实了利用离子自组装多层技术能够快速、简易、低成本地在玻璃基底上沉积具有局域表面等离子体共振的复合纳米金膜。     

掺磷微晶硅薄膜的微结构及光学性质的研究

本文采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术,在普通玻璃上制备了本征和掺磷的氢化微晶硅（μc-Si∶H）薄膜。利用Raman散射谱,计算了表征其薄膜微结构的晶化率（Xc）和平均晶粒尺寸（d）。结果表明随着磷烷（PH3）浓度的增加,其Xc和d均呈现了先增加后减小的相似趋势;利用测得的透射谱和反射谱,并利用Tauc公式拟合了μc-Si∶H薄膜的光学带隙（Egopt）。研究表明,μc-Si∶H薄膜的Egopt与Xc具有相反的变化趋势。该结果可利用Kronig-Penney模型和表征函数F（x）作出合理解释。     

用PECVD工艺制备功能装饰氧化硅薄膜的性能

用PECVD技术制备氧化硅薄膜,研究了生成样品的位置对薄膜成分、结构和性能的影响,探讨了制备兼具高透光性和耐刮擦性的功能装饰氧化硅薄膜的方法。结果表明,在阳极位置生成的薄膜具有Si(CH3)nO有机氧化硅结构,在380~780 nm波长范围内透光率高达90%~98%,但是薄膜的结构疏松,硬度仅为2 GPa。提高制备温度可使薄膜硬度提高至6 GPa,但是透光率略有降低;在阴极位置生成的薄膜具有无机氧化硅复合非晶碳结构,薄膜结构致密,硬度可达15 GPa,但是在380~780 nm波长范围内透光性差;增加O2反应气体可促使碳与氧反应生成二氧化碳,非晶碳结构消失,薄膜透光率提高到99%,但是硬度降低到9 GPa。     

SiOx/PET复合薄膜的力学性能及阻隔性能

目的基于氧化硅(SiO_x)镀层优异的性能,研究不同厚度的SiO_x层对SiO_x/PET复合薄膜力学性能和阻隔性能的影响,以期得到性能较优的SiO_x/PET复合薄膜。方法以自制的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜为基材,采用等离子体增强化学气相沉积法沉积得到SiO_x层厚度分别为40,150,230,320 nm的SiO_x/PET复合薄膜,并进行傅里叶变换红外线光谱分析、力学性能和阻隔性能测试,以及薄膜表观形貌分析。结果沉积SiO_x层后,SiO_x/PET复合薄膜拉伸强度和断裂伸长率随SiO_x层厚度的增大先增大后减小,氧气透过率和水蒸气透过率则出现明显衰减而后逐渐平缓的趋势。SiO_x层厚度达150~230 nm时,复合薄膜的力学性能和阻隔性能表现较优,拉伸强度、断裂伸长率、氧气透过率以及水蒸气透过率分别提高了约25.0%,20.9%,79.3%,77.3%。结论适宜厚度的SiO_x层可以使得SiO_x/PET复合薄膜同时具备较优的力学性能和阻隔性能。     

HWP-CVD氮化硅薄膜的结构和光学特性

采用傅立叶红外吸收谱和紫外-可见透射谱研究了螺旋波等离子体增强化学气相沉积法制备的氢化非晶氮化硅薄膜的原子间键合结构和光学特性。结果表明,在不同硅、氮活性气体配比R下,薄膜表现出不同的Si/N比和H原子键合方式,富氮样品中H原子主要和N原子结合,而富硅样品中主要和Si原子结合。随着R的增加,薄膜的光学带隙E_g和E₀₄逐渐减小,此结果关联于薄膜结构无序性程度的增加,而薄膜的(E₀₄-E_g)和Tauc斜率B值之间存在着相互制约关系。     

硅基LiNbO3薄膜的光波导性能研究

利用脉冲激光沉积技术在硅衬底上生长高c轴取向LiNbO3薄膜.研究了衬底温度对薄膜质量的影响,发现衬底温度在600 ℃时获得了具有优异结晶质量的高c轴取向LiNbO3薄膜.采用扫描电镜和透射电镜分别对薄膜的表面、截面进行了分析,结果表明,薄膜表面光滑,晶粒均匀致密,薄膜呈与衬底垂直的柱状结构.棱镜耦合技术制备的LiNbO3薄膜具有优异的光波导性能,光损耗为1.14 dB/cm.     

纳米Si薄膜光学性质和弹性常数的研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理的方法,对厚度为0.54～3.30nm纳米Si薄膜的电子结构、光学性质及弹性常数进行了计算。结果表明,纳米Si薄膜是直接带隙半导体材料;随着纳米Si薄膜厚度的减小,带隙逐渐增大;薄膜的光学吸收边发生蓝移,吸收带出现宽化现象;弹性常数、杨氏模量和泊松比呈现尺寸效应。