發(fā)布時間：2017-11-09 13:05

  本文關鍵詞：包含非晶硅量子點的富硅—氮化硅薄膜結構與特性研究

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【摘要】：由于量子尺寸效應,包含硅量子點的富硅-氮化硅薄膜材料表現(xiàn)出了優(yōu)異的發(fā)光性能。同時,鑲嵌在富硅-氮化硅薄膜材料中的非晶硅量子點在短波范圍具有好的發(fā)光效率,且發(fā)光波長連續(xù)可調,使得其在光電子器件中具有非常好的應用前景。將包含硅量子點的富硅氮化硅材料引入到太陽能電池中,可以極大地增強對太陽光的有效吸收,提高太陽電池的光電轉換效率,成為未來高效的第三代硅基量子點太陽能電池最有可能的競爭者。基于這些優(yōu)點,本文進一步的研究了沉積參數(shù)對包含非晶硅量子點的富硅-氮化硅薄膜結構及性質的影響,以便優(yōu)化出最佳的制備工藝參數(shù)應用于材料的制備工藝中。采用了等離子體化學氣相沉積(PECVD)方法制備包含非晶硅量子點的富硅-氮化硅薄膜材料,并利用傅里葉變換紅外光譜,X-射線衍射譜,紫外-可見光吸收譜,光致發(fā)光譜,掃描電子顯微鏡等手段來表征與分析所制備樣品的結構及特性。樣品沉積時采用的氣源分別為純度為99.999%以上的SiHH4、NH3、N2和H2。本論文主要的實驗研究結果如下：1.以SiHH4、NH3、N2為反應氣源,研究改變N2流量對富硅氮化硅薄膜結構及性質的影響。實驗結果表明,隨著氮氣流量的增加,薄膜的鍵密度及各原子含量增加,伴隨著折射率增大,薄膜光學帶隙逐漸減少,薄膜有序度提高,但過量的增加氮氣反而起到稀釋作用,阻止氮氣摻入到薄膜中,導致缺陷態(tài)增多,價帶及導帶之間距離減小,導致薄膜的帶尾吸收邊變寬,光學帶隙減小,有序度降低,影響薄膜的致密度。2.以SiHH4、NH3和N2為反應氣源,通過改變射頻功率制備富硅-氮化硅薄膜材料。實驗表明,隨著射頻功率的逐漸增加,薄膜Eg緩慢減小、有序度增加,樣品中的硅氫鍵、氮氫鍵緩慢減小,硅氮鍵增多。分析結果發(fā)現(xiàn),適量的增加射頻功率有利于提高樣品反應速率,使薄膜有序度增加,致密性增強,提高薄膜質量,但過高的射頻功率會使薄膜質量變差。3.以SiHH4、NH,、H2為反應氣源,改變氫流量制備包含非品硅離子點的富硅-氮化硅薄膜材料。實驗發(fā)現(xiàn),適量的提高氫氣流量,可提高反應過程中H離子與Si、N懸掛鍵的鍵合幾率,起到鈍化薄膜懸掛鍵的作用。當H2流量在10 sccm跟20 sccm之間時,H原子主要鈍化薄膜懸掛鍵,使缺陷態(tài)減少,從而缺陷態(tài)發(fā)光減弱,薄膜光學帶隙緩慢展寬。隨著增加H2流量,薄膜中的氮原子同時持續(xù)增加,將伴隨著缺陷態(tài)再次增多,輻射加強,導致光學帶隙迅速展寬。當Hz流量達到30 sccm時,薄膜中的氮化硅晶粒增大,數(shù)目增多,缺陷態(tài)所引起的發(fā)光消失,出現(xiàn)了由非晶硅量子點團簇引起的發(fā)光現(xiàn)象,說明樣品中出現(xiàn)了非晶硅量子點團簇。因此,適量的提高氫氣流量能夠鈍化薄膜缺陷態(tài),并實現(xiàn)從富硅-氮化硅向Si3N4相轉變的過程中形成氮化硅基質包埋的非晶硅量子點團簇結構。
【學位授予單位】：內蒙古師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O613.72;TB383.2

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本文編號：1161973