PECVD法制备硅系材料的原位晶化与微结构研究

【摘要】硅是微电子器件中应用最为广泛的半导体材料,以其为基础的各类硅系纳米材料具有与块体硅材料完全不同的光学、电学特性,可用于制备各种纳米器件。在本研究中,以SiHH4和H2为前驱体气体,通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法制备结合退火处理制备了一系列氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜、纳米硅(nc-Si)薄膜,氢化非晶碳化硅(a-Si1-xCx:H)薄膜,硅纳米线(SiNWs),研究了从氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜到纳米硅(nc-Si)薄膜的原位晶化过程和微结构变化,以及氢化非晶碳化硅(a-Si1-xCx:H)薄膜、硅纳米线(SiNWs)的微结构和其对材料性能的影响。研究成果有：1.首次在原位环境电子透射显微镜(ETEM)下观察到了从非晶硅(a-Si:H)薄膜的晶化过程,揭示了从非晶硅(a-Si:H)薄膜到纳米硅(nc-Si)的转变过程。确认了在这个相变过程中包含了五个主要步骤：胚晶的快速成型,小而稳定的成核过程,晶体颗粒取向、合并和进一步生长。这部分的工作将为未来合理可控设计生长纳米硅薄膜材料提供参考。2.研究了有着可调光学带隙和光致发光特性的氢化非晶碳化硅(a-Si1-xCx:H)薄膜的键结构以及其对性能的影响。实验结果表明,当退火温度从200℃上升到600℃时,硅-氢(Si-Hn)组分和碳-硅(C-Hn)组分会降低,更多的硅-碳(Si-C)键和sp3杂化的碳团簇会形成。这样的原子键结构变化导致薄膜光学带隙增大(从3.06eV增加到了3.33eV)。此外,由于微结构的变化,氢化非晶碳化硅薄膜光致发光的波长能够被有效调节,使其成功蓝移,相应的薄膜发光效率也显著增强。同时,本研究还详细讨论了原子键结构与氢化非晶碳化硅(a-Si1-xCx:H)光学性能之间的内在联系。3.研究了通过等离子化学气相沉积(PECVD)制备的TCO自催化硅纳米线(SiNWs)。实验表明,在不同衬底温度下制备的硅纳米线(SiNWs),随着衬底温度的升高,Si纳米线(SiNWs)的长度不断增加。在H原子刻蚀的影响下,Si纳米线(SiNWs)在500℃时最弯曲。同时,在衬底温度为500℃时,纳米硅薄膜的晶化率为36.8%。在其他实验温度主要呈现非晶态。并且,从实验中得出结论,随着衬底温度越高,硅纳米线的结构越细长,体表面积增大,且更加致密,从而使硅纳米线(SiNWs)光吸收率增加,使其成为更有潜力制备太阳能电池的材料。
【作者】韩佳丽；
【导师】韩高荣；
【作者基本信息】浙江大学，材料科学与工程，2014，硕士
【关键词】非晶硅薄膜；纳米硅薄膜；碳化硅薄膜；硅纳米线；原位晶化；微结构；

【参考文献】
[1]焦圣华.全球化与全球化进程中的中国外交[D].外交学院,国际关系,2004,硕士.
[2]章菁.论破产程序中待履行合同选择权[D].浙江大学,法律,2012,硕士.
[3]王硕.熊胆粉对肝癌抑制作用的实验研究[D].吉林农业大学,中药学,2012,硕士.
[4]赵继磊.对鲁东大学足球选项课按学生能力分班授课的实验研究[D].山东体育学院,体育教育学,2011,硕士.
[5]王培风.基于儒家文化的国企领导者行为与员工满意度相关性研究[D].燕山大学,企业管理,2014,硕士.
[6]张少中,王秀坤,孙莹光.贝叶斯网络及其在决策支持系统中的应用[J].计算机工程,2004,10:1-3.
[7]李小宁.角点检测技术在新闻视频检索中的应用研究[D].东北大学,计算机软件与理论,2010,硕士.
[8]刘婷.陇东面具装饰艺术试析[D].西安美术学院,艺术设计,2014,硕士.
[9]赵春阳.大连港航道锚地功能改善的研究[D].大连海事大学,载运工具运用工程,2004,硕士.
[10]姚宣德,王梦恕.地铁浅埋暗挖法施工引起的地表沉降控制标准的统计分析[J].岩石力学与工程学报,2006,10:2030-2035.
[11]刘曼.上市中小企业不动产抵押贷款影响因素的实证研究[D].华中科技大学,管理科学与工程,2012,硕士.
[12]付平妹,陈书瀚.平炉汽化冷却智能模糊控制系统[J].冶金自动化,1996,03:47-48.
[13]杨方沁.金属/聚合物复合结构对材料导热性能的影响研究[D].浙江工业大学,2013.
[14]李翠芸,林锦鹏,姬红兵.一种基于椭圆RHM的扩展目标Gamma高斯混合CPHD滤波器[J].控制与决策.
[15]王军.走出种族、阶级和性别歧视的樊篱[D].吉林大学,比较文学与世界文学,2004,硕士.
[16]刘豹.有关气动计算装置的若干问题[J].自动化学报,1964,01:53-58.
[17]鄢远会.柔嫩艾美耳球虫沉默信息调节因子2（EtSir2）功能的初步研究[D].云南农业大学,临床兽医学,2013,硕士.
[18]张文松,郭广珍.企业网络与企业边界理论[J].中国工业经济,2005,12:78-84.
[19]何世雄.农村“留守子女”学习状况研究——以甘肃省通渭县为例[D].西北师范大学,教育,2003,硕士.
[20]李宏伟.石墨烯的电化学方法制备及其对重金属离子的吸附研究[D].东北师范大学,2011.
[21]刘闻闻.过氧亚硝酸盐对耳蜗螺旋神经节细胞的损伤作用及机制研究[D].山东大学,耳鼻咽喉科学,2014,博士.
[22]侯淑玲.60米深水作业全回转综合舵桨结构设计与静力学分析[D].江苏科技大学,船舶与海洋工程（专业学位）,2013,硕士.
[23]丁昊.云模型在水体富营养化评价及水文序列展延中的应用[D].南京大学,水文学及水资源,2013,硕士.
[24]崔蕾.基层价格执法人员自由裁量权的控制对策研究[D].燕山大学,公共管理,2014,硕士.
[25]陈基才.高校国防教育的德育价值及其对策研究[D].大理学院,思想政治教育,2013,硕士.
[26]师婷.铝热法制备的大尺寸纳米晶/微米晶复相钢铁组织表征及其形成演化机理[D].兰州理工大学,材料加工工程,2013,硕士.
[27]王文浪.私人复制及其法律规制研究[D].扬州大学,民商法学,2012,硕士.
[28]纪岩.山西省新型农村合作医疗筹资机制研究[D].山西财经大学,社会保障,2014,硕士.
[29]魏玲玲.苏联“解冻时期”文论对中国“双百方针”时期文论的影响[D].西安外国语大学,比较文学与世界文学,2013,硕士.
[30]李园园.服务计算环境下信任模型与访问控制模型研究[D].山东师范大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[31]黄永兴.西洋参种子（苗）质量标准及农田西洋参单体皂苷研究[D].吉林农业大学,药用植物,2012,硕士.
[32]周琼.浇注聚氨酯/石墨烯碳毡复合材料制备及其水声吸声特性的研究[A].中国仪表功能材料学会、重庆材料研究院、哈尔滨工业大学、《功能材料》期刊社.第八届中国功能材料及其应用学术会议摘要[C].中国仪表功能材料学会、重庆材料研究院、哈尔滨工业大学、《功能材料》期刊社:,2013:1.
[33]张怡.紫花苜蓿MsPOD基因的克隆及对拟南芥的遗传转化[D].内蒙古农业大学,植物学,2013,硕士.
[34]叶显韬.卫星转发器幅频特性测量新方法[J].宇航计测技术.1997(01)
[35]陈立强.荧光素钠引导手术切除脑胶质瘤的临床研究[D].吉林大学,临床医学,2014,硕士.
[36]胡鑫亮.自然垄断行业的政府有效管制研究[D].湖北大学,行政管理,2011,硕士.
[37]段蓓蓓.安徽花鼓灯的体育文化开发与推广策略研究[D].首都体育学院,体育教育训练学,2013,硕士.
[38]骆丽斐.活血祛瘀法治疗慢性肺源性心脏病的临床研究[D].广州中医药大学,中医内科学（专业学位）,2013,硕士.
[39]窦月芹.淮河淮南段水质评价及总量控制模式的研究[D].合肥工业大学,环境工程,2003,硕士.
[40]孔娜.385例良恶性甲状腺结节术后临床资料比较分析[D].大连医科大学,内分泌学,2012,硕士.
[41]林丹.熊十力“体用”论研究[D].华东师范大学,中国哲学,2001,硕士.
[42]陈磊.基于ANSYS的钢筋混凝土结构试验有限元分析[D].西安理工大学,水工结构工程,2004,硕士.
[43]殷志良.基于IEC61850的变电站过程总线通信的研究[D].华北电力大学（北京）,2005.
[44]吴华.近红外建模及其在烤烟配方打叶中应用研究[D].湖南农业大学,作物,2012,硕士.
[45]刘美丽.老工业基地发展低碳经济的对策研究[D].内蒙古科技大学,区域经济学,2014,硕士.
[46]马显军,钟灿柱.型号质量管理重在质量问题的预防[J].质量与可靠性.2004(06)
[47]吴凤立.沈北新区农业可持续发展研究[D].中国农业科学院,农村与区域发展（专业学位）,2012,硕士.
[48]王兵.元胞自动机交通流模型的数值模拟和相变特性分析[D].兰州理工大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[49]国潇.《筱园诗话》诗学理论研究[D].苏州大学,文艺学,2014,硕士.
[50]孙玉海,赵国伟,莫小崇,王冠男,陈礼敏.石墨烯负载铂催化剂对肉桂醛选择性加氢性能影响[J].中国科技论文,2014,12:1344-1350.