本文關(guān)鍵詞：異質(zhì)襯底鍺薄膜的制備

  更多相關(guān)文章： 鍺薄膜 異質(zhì)襯底 石墨 單晶硅 快速熱退火

【摘要】：隨著傳統(tǒng)化石能源問題的日益突出,發(fā)展和利用可再生能源,尤其是利用太陽電池獲得電力,已經(jīng)成為當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然選擇。目前,太陽電池中效率最高的是III-V族多結(jié)太陽電池,一般選擇鍺單晶作為襯底,但是由于鍺是典型的稀散金屬,價(jià)格昂貴。為了節(jié)省鍺材料,降低成本,考慮在異質(zhì)襯底上制備鍺薄膜代替鍺單晶作為多結(jié)太陽電池的襯底材料。因此,本文的研究內(nèi)容主要是在石墨襯底和單晶硅襯底上制備位錯(cuò)密度小、晶體質(zhì)量完美的鍺薄膜。本文首先利用射頻磁控濺射技術(shù)和快速熱退火(Rapid Thermal Annealing, RTA)技術(shù)在石墨襯底上制備出了鍺薄膜。接下來,根據(jù)石墨襯底鍺薄膜的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,在單晶硅襯底上通過引入石墨過渡層的方法制備出了鍺薄膜。最后利用掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope, SEM)、X射線衍射(X-Ray Diffraction, XRD)和臺(tái)階儀等測試手段進(jìn)行了表征和分析。獲得的主要成果為：(1)利用磁控濺射設(shè)備在石墨襯底上制備出了鍺薄膜,研究了襯底溫度對(duì)鍺薄膜微觀結(jié)構(gòu)的影響。XRD測試結(jié)果表明襯底溫度對(duì)鍺薄膜結(jié)晶化程度有很大的影響,表現(xiàn)為襯底溫度低于500℃時(shí),沉積的鍺薄膜為非晶態(tài),說明500℃是石墨襯底鍺薄膜由非晶態(tài)晶化為多晶態(tài)的臨界襯底溫度。(2)對(duì)襯底溫度為450℃的石墨襯底鍺薄膜進(jìn)行快速熱退火處理,并研究了快速熱退火對(duì)鍺薄膜微觀結(jié)構(gòu)的影響。發(fā)現(xiàn)快速熱退火溫度對(duì)鍺薄膜的結(jié)晶質(zhì)量有很大的影響,即隨著退火溫度的升高,鍺的各個(gè)衍射峰增強(qiáng),其中對(duì)Ge(111)晶面衍射峰強(qiáng)度影響最大,呈現(xiàn)Ge(111)晶面擇優(yōu)取向,并且900℃是最佳退火溫度。(3)利用磁控濺射設(shè)備在單晶硅襯底上制備出了鍺薄膜,其中,在單晶硅襯底和鍺薄膜之間引入了石墨過渡層,緩解了二者之間的晶格失配和熱失配。SEM測試結(jié)果表明鍺薄膜/石墨/硅的多層膜結(jié)構(gòu)厚度均勻、具有連續(xù)的結(jié)構(gòu)。XRD測試結(jié)果表明,450℃是單晶硅襯底鍺薄膜晶化為多晶態(tài)的臨界襯底溫度。(4)對(duì)襯底溫度為440℃的單晶硅襯底鍺薄膜進(jìn)行快速熱退火處理,并研究了快速熱退火對(duì)鍺薄膜微觀結(jié)構(gòu)的影響。XRD測試結(jié)果表明,退火溫度升高至750℃時(shí),鍺薄膜RTA晶化程度明顯提高。在退火溫度為750℃的條件下最佳退火時(shí)間為30 s,同時(shí),900℃是最佳退火溫度。
【關(guān)鍵詞】：鍺薄膜 異質(zhì)襯底 石墨 單晶硅 快速熱退火
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM914.4;O484.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-27
• 1.1 太陽電池的研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景10-15
• 1.1.1 能源危機(jī)和新能源的發(fā)展10-11
• 1.1.2 太陽電池的發(fā)展前景11-13
• 1.1.3 太陽電池的分類13-15
• 1.2 多結(jié)太陽電池制備技術(shù)15-18
• 1.2.1 正向生長法16
• 1.2.2 倒裝生長法16-17
• 1.2.3 雙面生長法17-18
• 1.3 異質(zhì)襯底鍺薄膜制備技術(shù)18-26
• 1.3.1 組分漸變法19-21
• 1.3.2 低溫緩沖層法21-23
• 1.3.3 選區(qū)外延法23-26
• 1.4 本論文主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排26-27
• 第2章 異質(zhì)襯底鍺薄膜的制備系統(tǒng)與表征技術(shù)27-38
• 2.1 制備系統(tǒng)27-31
• 2.1.1 磁控濺射系統(tǒng)27-30
• 2.1.2 快速熱退火系統(tǒng)30-31
• 2.2 沉積過程31-34
• 2.2.1 薄膜的濺射過程31-32
• 2.2.2 薄膜的生長模式32-34
• 2.3 表征技術(shù)34-37
• 2.3.1 X射線衍射34-35
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡35-36
• 2.3.3 臺(tái)階儀36-37
• 2.4 本章小結(jié)37-38
• 第3章 石墨襯底鍺薄膜的制備及性質(zhì)研究38-48
• 3.1 石墨的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)38-40
• 3.1.1 石墨的晶體結(jié)構(gòu)38-39
• 3.1.2 石墨的物理化學(xué)性質(zhì)39-40
• 3.2 石墨襯底鍺薄膜的制備40-42
• 3.2.1 磁控濺射過程40-42
• 3.2.2 快速熱退火過程42
• 3.3 制備工藝對(duì)鍺薄膜性質(zhì)的影響42-46
• 3.3.1 襯底溫度對(duì)鍺薄膜的影響42-43
• 3.3.2 快速熱退火對(duì)鍺薄膜的影響43-46
• 3.4 本章小結(jié)46-48
• 第4章 硅襯底鍺薄膜的制備及性質(zhì)研究48-56
• 4.1 硅襯底鍺薄膜的制備48-50
• 4.1.1 單晶硅襯底的選擇和處理48
• 4.1.2 石墨過渡層的加入48-49
• 4.1.3 鍺薄膜的制備及退火處理49-50
• 4.2 SEM測試分析50
• 4.3 XRD測試分析50-54
• 4.4 本章小結(jié)54-56
• 第5章 結(jié)論與展望56-58
• 5.1 本文的主要結(jié)論56
• 5.2 展望56-58
• 參考文獻(xiàn)58-63
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果63-64
• 致謝64

，

本文編號(hào)：548383