纳米硅薄膜制备技术进展

本文综述了纳米硅薄膜制备新技术的进展。着重介绍了高氢稀释硅烷蚀刻法，微波氢基团增强化学气相沉积，逐层法和高频数值等离子体化学气相沉积技术制备纳米硅薄膜的沉积过程和生长机制．本文指出氢基团为各项新技术发展的关键并将在今后纳米硅薄膜制备技术发展中起重要作用。     

高氢稀释硅烷加乙烯法制备纳米硅碳薄膜

在等离子体化学气相沉积系统（ＰＥＣＶＤ）中，使用高氢稀释硅烷（ＳｉＨ４）加乙烯（Ｃ２Ｈ４）为反应气氛制备了纳米硅碳（ｎｃ－ＳｉＣｘ＾２Ｈ）薄膜，随着（Ｃ２Ｈ４＋ＳｉＨ４）／Ｈ２（Ｘｇ）从５％时，由于Ｈ蚀刻效应的减弱，薄膜的晶态率从４８％下降到８％，平均晶粒尺寸在３．５－１０ｎｍ。当Ｘｇ≥６％时，生成薄膜为非晶硅碳（ａ－ＳｉＣｘ＾２Ｈ）薄膜。ｎｃ－ＳｉＣｘ＾２Ｈ薄膜的电学性质具有与薄膜的晶态率紧密相     

纳米硅薄膜研究进展

纳米硅薄膜具有独特的结构和许多优异的光电性能，可望应用于新型光电器件，大规模集成电路等领域。本文从制备技术，沉积机理，结构和性能各方面对纳米硅薄膜的研究进展情况作了回顾和综述，并对其发展前景作了展望。     

纳米硅薄膜制备及HIT太阳能电池

在较高工作气压(332.5～399Pa)下,采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)工艺制备了优质的本征纳米硅薄膜及掺磷的纳米硅薄膜,并采用X射线衍射(XRD)、拉曼散射(Raman) 测试技术对其进行了测试和分析.结果表明纳米硅薄膜的XRD谱中存在(111)、(220)和(331)峰位;Raman谱中显示出其薄膜中的晶粒的大小(2～5nm)符合纳米晶的要求.将制备的纳米硅薄膜初步用于栅极/ITO/n-nc-Si∶H/i-nc-Si∶H/p-c-Si/Al/Ag结构的异质结(HIT)太阳能电池,开路电压(Voc)达404mV,短路电流密度(Jsc)可达到34.2mA/cm2(AM1.5,100mW/cm2,25℃).     

高氢稀释硅烷加乙烯法制备纳米硅碳薄膜

在等离子体化学气相沉积系统（PECVD）中，使用高氢稀释硅烷（SiH_4）加乙烯（C_2H_4）为反应气氛制备了纳米硅碳（nc-SiC_x：H）薄膜。随着（C_2H_4＋SiH_4）／H_2（X_g）从2％增加到5％时，由于H蚀刻效应的减弱，薄膜的晶态率从48％下降到8％，平均晶粒尺寸在3．5～10nm。当X_g≥6％时，生成薄膜为非晶硅碳（a-SiC_x：H）薄膜。nc－SiC~x：H薄膜的电学性质具有与薄膜的晶态率紧密相关的逾渗行为。本文将对nc－SiC_x：H薄膜的生长机制和晶化机制进行较详细讨论。     

电子束再结晶法制备的纳米硅薄膜室温光致发光特性

用电子束再结晶的方法对非晶硅氢材料进行快速退火,成功地制备出纳米硅薄膜,在室温下观察到光致红、蓝发光带,峰位约在１．７ｅＶ和２．５ｅＶ处,ＸＲＤ和ＰＬ谱结果表明：晶化程度的变化引起红、蓝光带强度及在整个发光谱中所占比例的改变,在我们的实验中,电子束能量密度２．７Ｗ／ｃｍ＾２的晶化样品具有强的发光带。     

纳米硅薄膜研究进展

纳米硅薄膜具有独特的结构和许多优异的光电性能,可望应用于新型光电器件、大规模集成电路等领域。本文从制备技术、沉积机理、结构和性能各方面对纳米硅薄膜的研究进展情况作了回顾和综述,并对其发展前景作了展望     

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.     

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。     

PCVD法制备硅系纳米复合薄膜材料

纳米复合薄膜材料由于具有传统复合材料和现代纳米材料两者的优点,成为重要的前沿研究领域之一.其中半导体纳米复合材料,尤其是硅系纳米复合薄膜,由于具有独特的光电性能,加之与集成电路相兼容的制备技术,有着广泛的应用前景.近年来关于纳米复合薄膜的研究不断深入,但仍有许多问题没有完全解决.本文围绕硅系纳米复合薄膜的材料特点,说明了等离子体化学气相沉积(PCVD)技术的工作原理和装置结构,以及该技术在硅系纳米复合薄膜制备中的独特优点.并以氮化硅薄膜为重点,介绍纳米复合薄膜材料的PCVD制备技术.文章最后对硅系纳米复合薄膜的在光电技术等各个领域的应用前景做了一些展望.     

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.     

纳米硅薄膜及其太阳电池研究进展

纳米硅薄膜具有新颖的结构特征和一系列独特的物理性质,可望应用于新型光电子器件、量子功能器件、集成电路等领域.本文综述了纳米硅薄膜的研究现状及其优良的光电性能和纳米硅薄膜太阳电池的研究进展,指出在生产制备与性能方面纳米硅薄膜太阳电池所具有的优势,具有良好的发展前景.     

溅射法低温生长纳米硅薄膜及异质结电池

用射频溅射法在P型硅衬底上生长了纳米硅薄膜,衬底温度控制在100℃左右,工作气体选用H2 Ar,氢气的分压控制在31%到73%,同时改变薄膜的沉积时间.用Raman、XRD、AFM、SEM 及椭偏仪对薄膜的特性进行了测定.XRD的测试结果表明,样品中存在一种微结构,不同于用PECVD方法生长的薄膜.椭偏仪的测试结果给出这种薄膜具有宽带隙.在室温条件下对异质结薄膜电池的I-V特性进行了测量.     

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.     

氮对纳米硅氮薄膜晶化的影响

在电容式耦合等离子体化学气相沉积系统中，用高氢稀释硅烷和氮气为反应气氛制备纳米硅氮（ｎｃ－ＳｉＮｘ２Ｈ）薄膜，结果表明，当Ｎ２／ＳｉＨ４气体流量比（Ｘｎ）从Ｉ增加为４时，薄膜的晶态率从５８％降至１４％，晶粒尺寸从１０ｎｍ降至５ｎｍ，Ｎ／Ｓｉ含量比从０．０３增至０．１２，当Ｘｎ≥５，则生成非晶硅氮（ａ－ＳｉｕＮｘ２Ｈ）薄膜，当Ｘｎ从１增加为１０时，薄膜暗电导率从１０＾－５（Ωｃｍ）＾－１降至１０＾－     

等离子体辅助铝诱导纳米硅制备多晶硅的研究

以超白玻璃为衬底,利用热丝化学气相沉积和磁控溅射法制备了Glass/nc-Si/Al叠层结构,置入管式退火炉中进行等离子体辅助退火.样品在氢等离子体氛围下进行了400,425和450℃不同温度,5h的诱导退火,用光学显微镜和拉曼光谱对样品进行了性能表征.结果表明随着诱导温度升高,样品的Si(111)择优取向越来越显著;晶粒尺寸不断增大,在450℃诱导温度下获得了最大晶粒尺寸约500μm的连续性多晶硅薄膜,且该温度下薄膜晶化率达97％;薄膜的结晶质量也随着温度的升高而不断提高.样品经450℃诱导后的载流子浓度p为5.8× 1017 cm-3,薄膜霍尔迁移率μH为74 cm2/Vs.还从氢等离子体钝化的角度分析了等离子体环境下铝诱导纳米硅的机理.     

四步法制备高质量硅基砷化镓薄膜

为了提高在硅基上外延砷化镓薄膜的质量和实验的可重复性, 我们提出了一种叫做四步生长法的新方法, 该方法是通过在低温成核层和高温外延层中间先后插入低温缓冲层和高温缓冲层实现的。通过此方法, 可以制备出表面具有单畴结构、在强白光下依然光亮如镜、粗糙度低且缺陷少的高质量砷化镓薄膜, 而且此方法的重复性很好。即便没有任何生长后的退火处理, 外延出的1 μm厚砷化镓薄膜在5 μm×5 μm扫描区域内的表面粗糙度只有2.1 nm, 且由X射线双晶衍射测试出的砷化镓(004)峰的半高宽只有210.6 arcsec。     

掺磷纳米硅薄膜的制备及介观力学性质与介观接触电阻的研究

采用PECVD法制备的纳米硅薄膜是一种具有特殊性能的人工材料.它是由大量具有纳米量级的硅微品粒构成,纳米硅晶粒镶嵌在由非晶硅构成网络中,其晶粒所占的体积百分比为Xc≈50%,从而决定了其特有的性质.本文通过严格控制薄膜生长的工艺参数,得到了掺磷纳米硅薄膜,并通过原位纳米力学电学测试系统对其力学和电学性质进行测试,发现掺磷纳米硅薄膜的纳米硬度为5 GPa,而其杨氏模量随着压入深度的增加而增大,其接触电阻与薄膜的结构密切相关.这些属性对于纳米硅薄膜微器件的制备具有重要的参考意义.     

力争促使纳米硅器件进入产业化

研究发现纳米晶硅（nc-Si：H）薄膜是一种具有实用前景的功能半导体材料。在研制成的纳米硅异质结二极管、薄膜太阳能电池以及灵敏传感中已显示出它的优异性能，具有进入产业化的前景和可行性。强调在纳米技术产业化的进程中企业应担负起重要角色，国家也应给其相应的政策支持。