等离子体CVD法制备a-SiC：H薄膜及其微结构和性能研究

摘要

氢化非晶硅碳材料(a-Si<,1-x>C<,x>:H)是一种宽带隙非晶半导体材料,其光学带隙可以通过组分调制的,人们可以根据不同的应用目的制备出不同光学带隙的a-Si<,1-x>C<,x>:H材料.然而,氢化非晶硅碳a-Si<,1-x>C<,x>:H薄膜在太阳能电池、发光二极管等的应用中往往会由于薄膜结构的无序度而导致性能不稳定,引起发光效率的下降和引起太阳能电池的内建电势降低和串联电阻增加从而使太阳能电池的转换效率降低.在硅基发光材料的应用中,一般在衬底温度600℃以上的较高温度下制备的纳米硅碳薄膜才观察到镶嵌在无序网络中SiC和Si纳米颗粒因量子尺寸效应而引发了光致发光现象和在800~C沉积并经退火获得的高度择优取向薄膜后能在室温下发出更强的光.作为窗口材料在非晶硅薄膜太阳能电池的应用中,发现在薄膜非晶网络中生成微晶Si相的结构,才能更好地在光学带隙满足要求的同时控制其所需的合适电导率. 本论文的研究目的在于通过电容耦合等离子体增强化学气相沉积法(CCP-CVD)和电感耦合等离子体增强化学气相沉积法(ICP-CVD)制备氢化非晶硅碳薄膜,探讨a-Si<,1-x>C<,x>:H薄膜的形成和网络结构畸变的内在影响因素,对a-Si<,1-x>C<,x>:H薄膜网络结构畸变机理进行深入了解和实现对薄膜网络结构的精确可控;开发一种与半导体集成工艺完全匹配且同时能在较低的温度下在硅碳薄膜中形成晶相颗粒,特别是形成取向颗粒的制备新方法;设计

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章文献综述

2.1引言

2.2氢化非晶硅碳材料的特点及研究现状

2.2.1氢化非晶硅碳材料的特点

2.2.2氢化非晶硅碳材料的研究现状

2.3 a-Si1-xCx：H薄膜的制备方法

2.3.1热丝化学气相沉积法(HFCVD or HWCVD)

2.3.2等离子体化学气相沉积法(PECVD)

2.3.3电子回旋共振化学气相沉积法(ECR-CVD)

2.3.4溅射法(sputtering)

2.3.5光增强化学气相沉积(LECVD)

2.4 a-Si1-xCx：H薄膜的应用

2.4.1太阳能电池的窗口材料

2.4.2发光二极管(LED)

2.4.3硅基发光材料

2.4.4传感器

2.4.5薄膜晶体管(TFT)

2.4.6光电探测器

2.5电容耦合等离子体化学气相沉积法(CCP-CVD)

2.6电感耦合等离子体化学气相沉积法(ICP-CVD)

2.7非晶态硅碳的晶化研究

2.7.1晶态硅碳薄膜的制备方法

2.7.2金属诱导非晶态薄膜的晶化研究

2.7.3金属在低温诱导中的作用

2.8本论文的研究目的与意义

第三章实验方法

3.1实验设备与材料

3.1.1实验设备

3.1.2实验材料

3.2薄膜样品的制备

3.2.1电容耦合PECVD法沉积a-Si1-xCx：H薄膜

3.2.2电感耦合PECVD法沉积薄膜步骤

3.2.3 Al/a-Si1-xCx：H复合薄膜的沉积

3.2.4薄膜样品的退火处理与分析测试

3.3测试方法

3.3.1膜厚测试

3.3.2 X射线衍射分析(XRD)

3.3.3红外光谱分析(IR)

3.3.4 Raman光谱分析

3.3.5紫外可见光谱测试分析(UV-VIS)

3.3.6场发射扫描电镜(FE-SEM)测试

3.3.7 X射线能谱仪

3.3.8透射电子显微镜(TEM)测试

3.3.9高分辨透射电镜(HRTEM)

3.3.10薄膜电阻率测试

第四章电容耦合PECVD法在玻璃基板上制备a-Si1-xCx：H薄膜及其结构和性能研究

4.1引言

4.2试验过程与方法

4.3 a-Si1-xCx：H薄膜的制备研究

4.4 a-Si1-xCx：H薄膜的键结构及Si-C键的形成

4.5 a-Si1-xCx：H薄膜的光学性能与薄膜中成键的关系研究

4.6 a-Si1-xCx：H薄膜中非晶网络结构畸变研究

4.7小结

第五章电容耦合PECVD法在硅基板上制备a-Si1-xCx：H薄膜及其结构和性能研究

5.1引言

5.2试验过程与方法

5.3 a-Si1-xCx：H薄膜的制备与结构研究

5.4 a-Si1-xCx：H薄膜的电学性能研究

5.5小结

第六章电感耦合PECVD法制备a-Si1-xCx：H薄膜及其结构和性能的研究

6.1引言

6.2试验过程与方法

6.3 a-Si1-xCx：H薄膜的制备研究

6.4 a-Si1-xCx：H薄膜的键结构及Si-C键的形成

6.5 a-Si1-xCx：H薄膜的光学性能与薄膜中成键关系研究

6.6 a-Si1-xCx：H薄膜的电学性能与非晶网络结构畸变研究

6.7不同耦合方法制备a-Si1-xCx：H薄膜的结构和性能对比研究

6.8小结

第七章Al/a-Si1-xCx：H复合薄膜的结构、结晶性能研究

7.1引言

7.2试验过程与方法

7.3 Al/a-Si1-xCx：H复合薄膜的制备研究

7.4 Al/a-Si1-xCx：H复合薄膜的结构研究

7.5 Al诱导a-Si1-xCx：H晶化的机理

7.6 Al/a-Si1-xCx：H复合薄膜的晶化过程研究

7.7小结

第八章研究总结与展望

8.1研究总结

8.2存在的问题与展望

参考文献

致 谢

附录一：作者攻读博士期间发表和撰写的论文

附录二：作者攻读博士期间公开的专利