Si基納米晶陣列的制備及特性研究.pdf

1、納米結(jié)構(gòu)Si基半導(dǎo)體材料正日益受到人們的廣泛的關(guān)注，這是由于其在硅集成光電子和納米器件如單電子器件、太陽(yáng)電池以及薄膜晶體管等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。為獲得具有良好光、電特性和能夠用于器件制造的納米結(jié)構(gòu)Si基半導(dǎo)體材料，關(guān)鍵在于對(duì)納米結(jié)構(gòu)尺寸和分布的人工控制。 本工作以探索晶粒尺寸和分布可控的納米結(jié)構(gòu)Si基薄膜的制備方法為目標(biāo)，以AAO模板作為襯底，用等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(PECVD)法制備出晶粒尺寸可控，等間距均勻分布的Si

2、基納米晶陣列，并對(duì)其特性進(jìn)行了表征，主要展開了以下方面的工作： (1)優(yōu)化酸性刻蝕液的濃度、氧化電壓、時(shí)間以及溫度，利用兩次氧化法制備出不同參數(shù)(孔徑、分布距離等)的優(yōu)質(zhì)多孔氧化鋁(AAO)模板，作為制備Si基納米陣列的襯底。 (2)選取合適的沉積條件，用PECVD法在AAO模板上沉積非晶硅(a-Si：H)薄膜，并對(duì)樣品進(jìn)行退火處理，制備出Si納米晶陣列。 (3)利用X射線衍射儀(XRD)、紅外吸收譜、拉曼光譜、

3、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)等表征手段觀察分析了Si納米晶陣列的微結(jié)構(gòu)及表面形貌。測(cè)量發(fā)現(xiàn)，樣品經(jīng)退火后由非晶轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶相，H原子在退火過(guò)程中從樣品內(nèi)逸出。Si納米晶陣列中，島狀晶粒尺寸均勻、以AAO模板孔分布方式等間距規(guī)則分布。受所用AAO模板孔徑的限制，島狀晶粒的直徑與AAO模板的孔徑相當(dāng)。因此，通過(guò)改變AAO模板的孔徑大小可以對(duì)Si納米晶陣列的晶粒尺寸進(jìn)行調(diào)制。 (4)對(duì)Si納米晶陣列進(jìn)行室溫發(fā)光和電

4、導(dǎo)率性質(zhì)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)室溫下樣品有強(qiáng)的可見(jiàn)光發(fā)射，發(fā)光峰中心位于485nm-535nm之間。觀察到樣品的兩種激活機(jī)制(即擴(kuò)展態(tài)傳導(dǎo)和帶尾定域態(tài)傳導(dǎo))。場(chǎng)發(fā)射測(cè)量表明，樣品具有穩(wěn)定的場(chǎng)發(fā)射特性，開啟電壓為7V/μm。 (5)采用PECVD法在AAO襯底上制備出了具有不同Ge組分的Si1-xGex晶陣列。利用透射電子顯微鏡對(duì)樣品形貌進(jìn)行了觀察，用能量色散譜(EDS)對(duì)樣品內(nèi)Ge組分進(jìn)行定量分析。XRD和Raman光譜測(cè)量表明，退火后