本文關(guān)鍵詞：基于第一性原理的a-Si:H紅外特性研究

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【摘要】：氫化非晶硅具有很強的光電導(dǎo)和較大的光吸收系數(shù),不但可以通過摻雜改變其導(dǎo)電類型,而且可通過改變沉積工藝條件連續(xù)的調(diào)整材料的光電性質(zhì),它作為一種優(yōu)秀的半導(dǎo)體材料在軍事和民用領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。但是由于傳統(tǒng)的非晶硅材料中懸掛鍵的存在會劣化材料的穩(wěn)定性,從而影響非晶硅薄膜器件的性能。目前大部分研究主要集中在工藝條件對氫化非晶硅薄膜結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響,通過計算機(jī)模擬仿真的研究較少。本文以實驗為基礎(chǔ),基于第一性原理建立了a-Si:H模型,并對其結(jié)構(gòu)和紅外特性的仿真結(jié)果與實驗結(jié)果進(jìn)行了對比分析。本文首先建立了2×2×2含64個Si原子的c-Si64模型,而后采用液相冷卻方法對模型進(jìn)行了加熱冷卻得到純硅非晶態(tài)結(jié)構(gòu)模型,仿真結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)較好的體現(xiàn)了非晶硅的短程有序、長程無序的性質(zhì)。進(jìn)一步研究了非晶態(tài)模型的密度對其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響,并發(fā)現(xiàn)當(dāng)密度為2.20g/cm3時模型缺陷的數(shù)量較低,模型性質(zhì)較為穩(wěn)定。為了更加深入的認(rèn)識非晶硅薄膜中H原子的重要性,建立理想的氫化非晶硅模型。本文進(jìn)行了薄膜的紅外特性實驗研究,對薄膜中氫含量做了定量計算,研究了薄膜中氫含量隨壓強的變化,發(fā)現(xiàn)薄膜的氫含量隨壓強升高的先增加而后降低當(dāng)反應(yīng)壓強為80pa時到達(dá)最大值。并且對上述不同的氫含量薄膜中的鍵合模式、折射率、消光系數(shù)進(jìn)行了對比分析。實驗部分不僅加深了對薄膜結(jié)構(gòu)和紅外性質(zhì)的認(rèn)識,并且為仿真模型合理性驗證提供了實驗依據(jù)。最后對非晶態(tài)模型進(jìn)行了H原子的添加,并且建立了不同氫含量的非晶硅模型,研究了模型中氫含量對模型結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)11%氫含量模型缺陷密度較低,相變程度較小,H原子以Si-H鍵存在于模型中,其性質(zhì)較為穩(wěn)定。最后對上述模型的紅外特性進(jìn)行了仿真分析,并通過與實驗結(jié)果的對比驗證了模型的合理性。
【關(guān)鍵詞】：非晶硅薄膜 第一性原理 紅外特性 氫含量 鍵合模式
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.2;TB383.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 引言10-11
• 1.2 a-Si:H薄膜研究背景11-17
• 1.2.1 非晶硅薄膜結(jié)構(gòu)和性質(zhì)11-12
• 1.2.2 非晶硅薄膜的制備方法12-13
• 1.2.3 非晶硅薄膜測試手段13-16
• 1.2.4 a-Si:H 薄膜的研究現(xiàn)狀16
• 1.2.5 a-Si:H 薄膜的應(yīng)用16-17
• 1.3 第一性原理的應(yīng)用17-18
• 1.4 本文研究意義18-19
• 1.5 本文內(nèi)容安排19-20
• 第二章 第一性原理理論簡介20-29
• 2.1 密度泛函理論20-23
• 2.1.1 薛定諤方程及其近似20-21
• 2.1.2 Hohenberg-Kohn定理：多體理論21
• 2.1.3 Kohn-Sham方程21-23
• 2.2 交換關(guān)聯(lián)泛函23-25
• 2.2.1 局域密度近似23-24
• 2.2.2 廣義梯度近似24-25
• 2.2.3 雜化密度泛函近似25
• 2.3 基組25
• 2.4 贗勢方法25-27
• 2.5 密度泛函計算過程27-28
• 2.6 本章小結(jié)28-29
• 第三章 純硅非晶態(tài)結(jié)構(gòu)模型的建立及優(yōu)化29-44
• 3.1 晶體硅模型建立及優(yōu)化29-32
• 3.2 晶體硅慢速冷卻非晶化32-34
• 3.3 冷卻模型Dmol3優(yōu)化34-36
• 3.4 密度對模型結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響36-43
• 3.4.1 密度對模型徑向分布函數(shù)的影響36-38
• 3.4.2 密度對模型的缺陷以及配位數(shù)的影響38-40
• 3.4.3 密度對模型的鍵角分布函數(shù)的影響40-41
• 3.4.5 密度對模型的能態(tài)密度的影響41-43
• 3.5 本章小結(jié)43-44
• 第四章 紅外特性實驗研究44-62
• 4.1 a-Si:H 硅薄膜鍵合模式介紹44-45
• 4.2 a-Si:H 薄膜的制備45-48
• 4.3 薄膜測試與紅外特性分析48-61
• 4.3.1 壓強對薄膜厚度及其均勻性的影響48-51
• 4.3.2 壓強對薄膜折射率和消光系數(shù)的影響51-52
• 4.3.3 壓強對傅里葉紅外光譜的影響52-60
• 4.3.4 薄膜氫含量分析60-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 第五章 摻氫模型及紅外特性分析62-78
• 5.1 冷卻模型氫原子添加62-64
• 5.2 氫含量對模型結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響64-69
• 5.2.1 氫含量對徑向分布函數(shù)的影響64-66
• 5.2.2 氫含量對模型缺陷數(shù)量的影響66-67
• 5.2.3 氫含量對模型鍵角分布的影響67-68
• 5.2.4 氫含量對模型能態(tài)密度的影響68-69
• 5.3 氫化非晶硅模型紅外特性分析69-77
• 5.3.1 紅外波段光吸收系數(shù)分析69-73
• 5.3.2 紅外波段折射率分析73-75
• 5.3.3 紅外波段消光系數(shù)分析75-77
• 5.4 本章小結(jié)77-78
• 第六章 總結(jié)78-80
• 6.1 本文完成的工作78-79
• 6.2 本文展望79-80
• 致謝80-81
• 參考文獻(xiàn)81-85
• 攻碩期間研究成果85-86

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本文編號：637037