氫化納米硅（nc-Si：H）薄膜及其摻雜.pdf

1、氫化納米硅(nc-Si：H)薄膜是一種具有納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體復(fù)合薄膜材料，由隨機(jī)取向的粒徑尺度在100nm以下的硅微晶顆粒及厚度約為幾個原子層的大量晶間界面組成。因?yàn)楸∧さ膬上嘟Y(jié)構(gòu)及膜中硅微晶粒的量子尺寸效應(yīng)而體現(xiàn)出不同于單晶硅和其它硅薄膜材料的高電導(dǎo)率、室溫下可見光的光致發(fā)光、量子點(diǎn)特征及高壓力靈敏系數(shù)等性質(zhì)，具有良好的應(yīng)用前景。 本文利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)技術(shù)，分別使用高氫稀釋法和layer-by-laye

2、r逐層生長/刻蝕法制備不摻雜和摻雜的氫化納米硅薄膜材料。測試了薄膜的光電性能并通過掃描電子顯微鏡、X射線衍射、拉曼散射譜、紅外吸收譜等手段對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。 實(shí)驗(yàn)表明，在使用高氫稀釋法沉積氫化納米硅薄膜時，氫稀釋度對沉積薄膜的狀態(tài)起主要作用，隨氫稀釋度的增加，沉積的硅薄膜逐漸由非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴糠志B(tài)直至納米晶態(tài)，由X射線衍射譜可以看出，當(dāng)硅烷濃度降至3.0％時，開始有微晶粒生成，此時材料的暗電導(dǎo)率迅速提高，光敏性下降。當(dāng)用此方法制

3、備摻雜的氫化納米硅薄膜時，對于施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)具有不同的摻雜效果。當(dāng)進(jìn)行磷摻雜時，其電導(dǎo)率進(jìn)一步升高，可達(dá)到1s/cm的數(shù)量級，硅晶粒尺寸變化不大；而進(jìn)行硼摻雜時，薄膜中的小晶粒尺寸和硼原子的高摻雜效率之間存在矛盾，P型摻雜過程中應(yīng)綜合兼顧與納米晶粒尺寸相關(guān)的量子尺寸效應(yīng)引起的光學(xué)帶隙寬化和硼原子的替位摻雜之間的統(tǒng)一，以制備寬帶隙、高電導(dǎo)的的P型納米硅薄膜材料。掃描電子顯微鏡圖像顯示，在制備的P型納米硅薄膜中，硅晶粒的尺寸為30～80

4、納米，晶界邊緣清晰，具有典型的納米晶形態(tài)。 論文對layer-by-layer方法制備納米硅薄膜進(jìn)行了探討，當(dāng)氫處理功率為30W和40W時，硅薄膜的厚度與無氫處理過程的單層薄膜相近，從X射線衍射譜可以看到硅立方晶系的衍射峰，與材料的高電率共同表征其納米硅特征；當(dāng)氫處理功率上升到50W時，沉積的薄膜總厚度突然降為零。說明在制備過程中，合適的氫處理功率和其他沉積條件的配合可以將非晶硅薄膜予以晶化而不對其厚度產(chǎn)生刻蝕效果，氫處理功率和

5、時間超過某閾值時才會引起非晶硅膜層厚度的損失；因此，單層薄膜厚度的控制對制備性能良好的氫化納米硅薄膜很關(guān)鍵，尤其在襯底上沉積的第一層膜的狀態(tài)對材料性能有重要影響。 通過實(shí)驗(yàn)，制備出光學(xué)帶隙為2.21eV,電導(dǎo)率和激活能分別為5.04×10-2s/cm和88.1meV,晶化率為47.52％的不摻雜的納米硅薄膜，以及光學(xué)帶隙為2.33eV,電導(dǎo)率和激活能分別為0.364s/cm和26.7meV，晶化率為39.98％的P型納米硅薄膜材