本文選題：熱絲化學(xué)氣相沉積　切入點：硅量子點　出處：《內(nèi)蒙古師范大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：基于半導(dǎo)體硅量子點的量子尺寸效應(yīng)的第三代太陽能電池是目前研究的熱點之一。硅量子點的密度與大小對光的吸收和載流子的遷移有很大的影響,所以能制備出尺度合適,密度和均勻性較好的硅量子點納米薄膜材料是制備第三代硅量子點太陽電池的關(guān)鍵。制備鑲嵌在氮化硅母質(zhì)中的硅量子點薄膜材料,一般常采用磁控濺射法或等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法通過退火處理后凝結(jié)得到硅量子點,而采用熱絲化學(xué)氣相沉積(HWCVD)技術(shù)制備硅量子點薄膜材料的報道很少。對于熱絲化學(xué)氣相沉積硅量子點薄膜材料,由于熱絲溫度可高達(dá)1700℃左右,在化學(xué)氣相沉積過程中,不但能生成大量Si-N鍵,而且也直接生成了Si-Si鍵,也就是說在生成氮化硅的過程中也直接生成了硅量子點,這樣就省去了高溫退火后的處理工藝過程�；谝陨显�,本論文實驗采用的是熱絲化學(xué)氣相沉積方法,制備包含硅量子點氮化硅薄膜材料。氣源采用的為純度99.9999%的N_2、Si H_4、NH_3、和H_2組合,在P型單晶硅片與Corning7059玻璃上沉積出三組實驗數(shù)據(jù)。利用傅里葉紅外變換光譜、紫外-可見光透射譜、光致發(fā)光譜、X射線衍射譜對樣品薄膜的結(jié)構(gòu)及特性進(jìn)行表征。實驗結(jié)果表明:1.以SiH_4、NH_3與N_2為反應(yīng)氣源,在SiH_4、NH_3氣流量保持不變情況下,通過改變N_2流量來制備薄膜樣品。實驗結(jié)果表明:薄膜樣品是以Si-N鍵合結(jié)構(gòu)為主,在富氮樣品中H原子主要與N原子結(jié)合。隨著氮氣流量的增多,氮原子具有了摻雜的特性,與Si原子結(jié)合的N原子數(shù)目減少,N-H鍵峰值由微弱直至消失,并且由于N原子具有較高的電負(fù)性使得Si-N鍵的非對稱伸縮模式發(fā)生了藍(lán)移。氮氣在反應(yīng)過程中對薄膜內(nèi)的氮原子起到了稀釋作用。當(dāng)?shù)獨饬髁啃∮?0sccm時,其帶隙寬度值變化不大,在4.3e V左右與理想計量比的Si3N4帶隙接近,隨著氮氣流量的增加,薄膜的光學(xué)帶隙Eg逐漸降低,薄膜的有序程度增加,氮化硅晶粒逐漸增大。當(dāng)?shù)獨饬髁窟_(dá)到150sccm時,在2θ為69.5°處出現(xiàn)了晶化β-Si3N4的尖銳衍射峰,其擇優(yōu)取向沿(322)晶向,且Si3N4晶粒顯著增大。2.以SiH_4、NH_3與H_2為反應(yīng)氣源,在優(yōu)化其他參數(shù)不變的情況下,只改變H_2流量用來制備薄膜樣品。實驗結(jié)果表明:薄膜樣品主要以Si-N鍵合模式為主,隨著氫氣流量的增加,氫原子密度過量,H原子能充分與N、Si結(jié)合,N-H鍵與Si-H鍵增多,載流子的復(fù)合率降低壽命增強(qiáng),在薄膜中起到了很好的鈍化效果。當(dāng)氫氣流量低于40sccm時,帶隙展寬緩慢,當(dāng)氫氣流量從40sccm變化至60sccm時,帶隙展寬發(fā)生巨變,促使了高能Si-N鍵增多,折射率降低,薄膜逐漸向Si3N4結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。當(dāng)氫氣流量增至150sccm時,在2θ為64.5°處出現(xiàn)了晶化α-Si3N4的尖銳衍射峰,其擇優(yōu)取向沿(311)晶向,薄膜內(nèi)出現(xiàn)了氮化硅結(jié)晶現(xiàn)象,形成量子點所需要的非晶硅納米團(tuán)簇。氫氣流量對薄膜的鈍化效果有較大的影響,氫氣流量的增加可以提升N原子融入薄膜的幾率,促進(jìn)氮化硅晶粒的生成與增大。3.以SiH_4、NH_3與H_2為反應(yīng)氣源,在優(yōu)化其他參數(shù)不變的情況下,通過改變熱絲溫度來制備薄膜樣品。結(jié)果表明:隨著熱絲溫度的升高,Si-H鍵與N-H鍵發(fā)生斷裂,使得Si-H、N-H鍵密度隨之降低,H原子大量溢出薄膜,大量的Si懸鍵N懸鍵得不到鈍化,促使Si-N鍵再次發(fā)生重組,薄膜中Si-N鍵密度升高,薄膜的穩(wěn)定性與致密性得到了提升。而H原子含量降低,導(dǎo)致H原子的解吸附作用明顯下降,缺陷態(tài)密度增強(qiáng),帶隙發(fā)生展寬,價帶與導(dǎo)帶向禁帶移動趨勢增強(qiáng),薄膜有序性降低,呈現(xiàn)出一定的富硅態(tài)。熱絲溫度的升高,能夠使薄膜中硅氮原子充分弛豫,有利于硅氮網(wǎng)絡(luò)有序,硅原子之間的鍵合更加緊密,直接生成納米尺度的硅量子點團(tuán)簇。這樣就無需進(jìn)一步退火,而直接利用熱絲的高溫退火效果制備出了納米尺度的硅量子點薄膜材料。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O471.1;O484;TM914.4

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本文編號：1631849