本文關鍵詞：Fe-Si系非晶半導體薄膜及團簇模型解析

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【摘要】：半導體型非晶Fe-Si薄膜室溫具有與晶體β-FeSi2相似的半導體性能,是一種低耗、高效的光伏材料。它不僅能避免β-FeSi2成分局限、制備困難,還能避免硅基技術應用中晶體β-FeSi2與硅基體膜基界面失配等問題。這種新型半導體材料的制備與硅集成電路技術兼容,簡單經濟。它的潛在應用能與非晶硅相媲美,是非晶半導體中非常有前景的一種材料,有望應用到硅基光電器件、太陽能電池以及近紅外探測器中。非晶中的近程序決定了非晶材料的性能。但目前沒有關于非晶Fe100-xSix薄膜成分范圍與半導體性能和局域結構對應的系統研究結果,而這恰恰是制備和合理利用非晶Fe100-xSix薄膜的前提。另外,在Fe-Si二元體系中引入其它元素M,不僅可以提高非晶形成能力,還能在保持其近程序的前提下,拓展其成分范圍增加其應用的靈活性。因此,本文采用射頻磁控濺射方法在Si(100)和Al2O3(0001)基片上制備了Fe100-XSix系(x=30.3～100at.%)非晶薄膜以及Fe-Si-C和Fe-Si-Mn三元非晶薄膜,并進行了薄膜的成分、微結構、帶隙測量、退火晶化相、電阻率和熱穩(wěn)定性的分析。本文從實驗和理論兩方面確定了非晶Fe-Si成分與局域結構的聯系,驗證了非晶結構模型對非晶Fe100-Six局域結構解析的有效性。實驗研究結果表明薄膜性能是分區(qū)變化的30.3≤x≤50 at.%無半導體性能區(qū)；50x87.5at.%,具有直接帶隙半導體性能區(qū)；87.5≤x≤100 at.%,具有間接帶隙半導體性能區(qū)。采用“[團簇](連接原子)1or3”非晶結構模型對薄膜的局域結構進行研究,從非晶Fe-Si相關晶體相ε-FeSi、β-FeSi2、Si的基礎團簇[Fe-Si7Fe6]、[Fe-Si8Fe2]和[Si-Si4].出發(fā),也可將成分與基礎團簇關系圖區(qū)分為上述三個主區(qū)域。長時間真空退火后吸收系數減小,光學帶隙比較穩(wěn)定(-0.92eV),不隨退火時間和成分的變化而顯著變化。第三組元Mn和C的加入對非晶薄膜的電阻率和光學帶隙的影響很小,但是C的加入明顯提高了非晶穩(wěn)定性,明確了二元非晶薄膜的光學帶隙及電阻率基本不受摻雜的影響,穩(wěn)定性比較好。本研究對于明確非晶Fe100-xSix的局域結構和拓展具有半導體性能的非晶Fe100-xSix薄膜的應用具有實際指導意義。
【關鍵詞】：非晶半導體 Fe-Si薄膜 團簇 結構模型
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 非晶態(tài)半導體材料9-10
• 1.2 非晶Fe-Si的性能和結構研究10-12
• 1.2.1 半導體性能10-11
• 1.2.2 非晶Fe-Si的近程序研究11-12
• 1.3 與半導體型非晶Fe-Si相關的晶態(tài)p-FeSi212-15
• 1.4 Fe-Si系統的摻雜研究15-16
• 1.5 論文依據和主要內容16-17
• 2 薄膜制備與分析方法17-23
• 2.1 Fe-Si薄膜的制備工藝17-18
• 2.2 Fe-Si-M薄膜的分析18-23
• 2.2.1 薄膜成分分析18-19
• 2.2.2 薄膜微結構分析19
• 2.2.3 薄膜光學性能分析19-21
• 2.2.4 薄膜電阻率分析21
• 2.2.5 薄膜熱穩(wěn)定性分析21-23
• 3 團簇理論23-27
• 3.1 團簇來源23-24
• 3.2 相圖介紹24-25
• 3.3 Fe-Si二元非晶團簇模型的建立25-27
• 4 Fe-Si二元實驗結果分析27-44
• 4.1 薄膜成分和微結構分析27-29
• 4.2 薄膜帶隙特性分析29-31
• 4.3 薄膜電阻率和晶化溫度分析31-33
• 4.4 薄膜局域結構的團簇解析33-36
• 4.5 經DSC退火后薄膜的微結構36-40
• 4.6 長時間退火后薄膜的微結構及帶隙特性分析40-43
• 4.7 小結43-44
• 5 第三組元M對Fe-Si-M薄膜性能的影響44-56
• 5.1 薄膜成分和微結構分析44-48
• 5.1.1 薄膜成分分析44-45
• 5.1.2 薄膜微結構分析45-48
• 5.2 Fe-Si-M薄膜性能分析48-56
• 5.2.1 基片對薄膜帶隙測量的影響48-49
• 5.2.2 Fe-Si-C和Fe-Si-Mn三元非晶薄膜的帶隙特性分析49-51
• 5.2.3 薄膜電阻率分析51-52
• 5.2.4 薄膜晶化溫度分析52-54
• 5.2.5 三元薄膜與二元薄膜的性能對比54-56
• 結論56-57
• 參考文獻57-65
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況65-66
• 致謝66-67

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

1 李志成;;氫氧合成氧化爐管改POCL3摻雜爐管[J];化工管理;2014年14期

2 張春紅;閆萬s，

本文編號：999099