纳米硅薄膜结构特性研究

在电容式耦合等离子体化学气相沉积系统中，使用高氢稀释硅烷为反应气体制备出了晶粒尺寸为２～１０ｎｍ的纳米微晶相结构的硅薄膜，使用高分辨电子显微镜（ＨＲＥＭ），Ｘ射线衍射谱（ＸＲＤ），Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）和红外光谱（ＩＲ）等结构分析手段检测了其结构特征．结果表明，纳米硅薄膜的晶格结构为畸变的金刚石结构．Ｘ射线衍射谱表明除了Ｓｉ（１１１）的２θ＝２８．５°和Ｓｉ（２２０）的２θ＝４７．３°处的衍射峰外，在２θ＝３２．５°处存在着一个强的异常峰．ＨＲＥＭ结果表明存在新的Ｓｉ结晶学结构与ＸＲＤ异常峰相关联．     

纳米硅薄膜与纳米电子学

纳米半导体硅薄膜是利用等离子体增强化学气相沉积（ＰＥＣＶＤ）方法制备的,制备可以很好地进行调节控制。纳米硅薄膜由两种组元：纳米尺度晶粒组元和晶粒间的界面组元,即晶态相和晶界相组成。纳米半导体硅薄膜对发展半导体器件,例如量子功能器件和薄膜敏感器件等,很有价值。     

纳米硅薄膜结构分析

在常用的PECVD电容式耦合沉积系统中,使用高氢稀释硅烷为反应气氛,在r.f.+DC双重功率源激励下制备出具有纳米相结构的硅薄膜.使用HREM,Raman光散射,X射线衍射以及红外和紫外光谱分析手段广泛地检测了其结构特征.指出,纳米硅(nc-Si:H)薄膜由于具有一系列新的结构特征使它脱颖于熟知的 a-Si:H及 μc-Si:H范畴,从而显示出它自己的独特性能.     

纳米硅薄膜的电致发光和光致发光

对用ＰＥＣＶＤ方法控制生长条件制备的纳米硅薄膜材料的发光性质进行了初步研究．在膜的纵向加直流偏压，暗场环境下可清楚地看到材料的电致发光现象．在同一套测量系统中分别测量了纳米硅材料的电致发光光谱和光致发光光谱，并用Ｌａｍｂｄａ９紫外／可见／近红外分光光度计测量了样品的透射谱，从而得到样品的Ｔａｕｃ曲线和光能隙Ｅ     

使用纳米硅薄膜技术改进现有硅器件的性能

使用PECVD薄膜沉积技术制成的具有新结构特征的纳米硅薄膜(nc—Si2H)拥有一系列物性，以纳米硅膜为母体研制成异质结二极管，发现它具有一系列优于单晶硅二极管的独特性能，探讨了使用纳米硅薄膜制造的其它硅器件的可能性，如肖特基器件、TFT晶体管等。     

纳米硅薄膜界面结构的微观特征

对使用等离子体增强化学汽相沉积法（ＰＥＣＶＤ）制备的纳米硅薄膜（ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ），使用ＨＲＥＭ及ＳＴＭ技术观测了其显微结构，给出大量的界面结构图象．首次获得有关晶粒及界面区中原子的分布情况．使我们认识到ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ膜中界面区内的硅原子仍然是具有短程有序性并不是完全无序的．     

纳米硅开关二极管及其应用

介绍了纳米硅开关二极管的电特性及其应用。     

使用纳米硅薄膜技术改进现有硅器件的性能

使用PECVD薄膜沉积技术制成的具有新结构特征的纳米硅薄膜(nc-Si∶H)拥有一系列物性.以纳米硅膜为母体研制成异质结二极管,发现它具有一系列优于单晶硅二极管的独特性能.探讨了使用纳米硅薄膜制造的其它硅器件的可能性,如肖特基器件、TFT晶体管等.     

使用纳米硅薄膜技术改进现有硅器件的性能

使用PECVD薄膜沉积技术制成的具有新结构特征的纳米硅薄膜(nc-Si∶H)拥有一系列物性.以纳米硅膜为母体研制成异质结二极管,发现它具有一系列优于单晶硅二极管的独特性能.探讨了使用纳米硅薄膜制造的其它硅器件的可能性,如肖特基器件、TFT晶体管等.     

非晶碳化硅薄膜的结构及其光学特性研究

采用等离子体增强化学气相沉积系统制备非晶碳化硅薄膜,通过控制反应气体中甲烷和硅烷的流量比R来调节薄膜中的碳/硅比,获得具有不同碳/硅比的薄膜结构.采用Raman、XPS以及FT-IR等技术手段对样品的结构进行表征.通过对样品吸收谱的测量,对样品的光学特性进行了研究.研究结果表明,薄膜中C-H键以及Si-C键含量的增加引起薄膜的光学带隙展宽,在R=10时薄膜的光学带隙达到2.4 eV.     

电子束蒸发非晶硅光学薄膜工艺研究

研究了沉积时真空室真空度、基片温度和沉积速率对常用电子束蒸发非晶硅(a-Si)光学薄膜的折射率和消光系数的影响。结果表明,在300~1100nm的波长范围内,真空室真空度、基片温度和沉积速率越高,则所得a-Si薄膜折射率越高,消光系数越大。并将实验结果用于半导体激光器腔面高反镜用a-Si膜镀制,发现在选择初始真空为1E-6×133Pa、基片温度为100℃和沉积速率为0.2nm/s时所得高反镜的光学特性比较好,在808nm处折射率和消光系数分别为3.1和1E-3。     

碱土金属锡酸盐薄膜的光学性质研究

用Varian Cary 5000紫外-可见-近红外分光光度计对几种碱土金属锡酸盐薄膜的光学透射谱进行了测量;用改进的包络线法对所得透射谱进行了相关计算,得到了碱土金属锡酸盐薄膜的折射率、吸收系数、厚度以及光学带隙等光学参数;对所得结果进行了理论分析,结果显示:锡酸盐薄膜在可见光波段满足经典的Sellmeier色散关系。用外推法计算了光学带隙并对光吸收过程进行了分析。     

电极结构对硅薄膜生长过程及材料特性的影响

在制备硅薄膜材料的PECVD系统中,分别采用普通平行板电极和网状电极,在相同的工艺条件下研究了电极结构对硅薄膜材料均匀性、电学性能以及微结构的影响．发现采用网状电极使薄膜（400～500nm）均匀性得到明显改善,在20cm×20cm内不均匀性从±12.6%下降到±2.1％．等离子体发光光谱的测试表明,网状电极可大大提高硅烷的利用率,因而在相同工艺条件下,生长微晶硅材料需要更高的功率密度．文中对实验结果进行了详细的讨论．     

红外光学薄膜的热应变效应分析

引入了一个分析红外光学薄膜热应变效应的模型,并针对具体情况,对模型作了必要的改进.应用新模型对高温淀积薄膜的冷却过程进行了模拟计算,得出了冷却后薄膜平均折射率与多个薄膜工艺和材料参数的关系,并对模拟结果作了相应的比较分析.     

纳米硅薄膜的发光特性研究

研究了 nc- Si:H薄膜的光致发光 ( PL) ,分析了晶粒尺寸、温度对发光特性的影响。对发光样品 ,晶粒尺寸有一上限 ,其值在 4～ 5nm之间。在 10～ 77K,nc- Si:H薄膜的发光强度几乎没有变化 ;当温度高于 77K,发光强度指数式下降。随温度升高 ,发光峰位有少许红移。讨论了nc- Si:H光致发光机理 ,用量子限制 -发光中心模型对实验现象进行了解释。从载流子的激发、复合两方面讨论了发光过程 ,认为载流子在晶粒内部激发后 ,弛豫到晶粒界面的发光中心复合发光。     

MPCVD金刚石薄膜的红外椭偏光学性能研究

椭圆偏振光谱法是一种非破坏性光谱技术。为了获得微波等离子体化学汽相沉积(MPCVD)金刚石薄膜的最佳沉积条件,用红外椭圆偏振光谱仪对MPCVD金刚石薄膜的红外光学性能进行了表征测量,并分析了衬底温度和反应室的压强对金刚石薄膜的红外光学性质的影响。当甲烷浓度不变,衬底温度为750℃,反应室的压强为4.0kPa时,金刚石膜的红外椭偏光学性质达到最佳,其折射率的平均值为2.393。研究结果表明,金刚石薄膜的光学性能与薄膜质量密切相关,同时也获得了最佳的金刚石薄膜工艺条件。     

黑硅微结构与光学特性研究

利用无掩模反应离子刻蚀法制备黑硅,研究了黑硅微结构密度和高度对其光学特性的影响.采用场发射扫描电子显微镜和带积分球的紫外-可见-近红外分光光度计分别表征黑硅微结构形貌和光学特性.研究结果表明,黑硅微结构密度增大和高度增加,则黑硅吸收率增大,高度较大的微结构更加有利于增强黑硅近红外光吸收.无掩模反应离子刻蚀法制备的黑硅的吸收率在高温退火过程中保持稳定.     

氮化硅薄膜的应力与性能控制

提出一种通过构建特殊的多层膜结构的方法,降低SiNx薄膜的残余应力.曲率和拉曼两种测量结果都表明,通过引入一层240 nm SiO2薄膜,可以使SiNx薄膜的残余应力从高的张应力(+358 MPa)明显地降低到低的压应力(-57 MPa).重要的是,这种应力的改变能够使薄膜在光学带隙保持不变的情况下,SiNx薄膜的折射率发生增大,取得常规方法难以达到的效果.遗憾的是,该过程同时使SiNx薄膜的杨氏模量和硬度等力学性能减弱.此外,还把相关结果与常规方法调控SiNx薄膜应力的结果相比较.证明了通过改变SiNx薄膜的应力可以调控薄膜的其它物理性能.     

多孔硅/聚合物复合膜等效折射率的研究

用多孔Si（PS）圆柱空腔二维结构模型,理论研究了TE模式情况下PS／聚合物复合膜的等效折射率,给出了PS等效折射率与孔隙率和嵌入率的关系。实验采用波导耦合m线法分别研究了TE模和TM模入射情况下（633nm波长处）,孔隙率为73%的PS膜嵌入聚合物聚合基丙烯酸甲酯（PMMA）材料后的等效折射率与聚合物嵌入率的关系。理论分析与实验结果基本符合。