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《氢化纳米硅薄膜中氢的键合特征及其能带结构分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、------------------------------------------------------------------------------------------------氢化纳米硅薄膜中氢的键合特征及其能带结构分析第55卷第4期2006年4月100023290Π2006Π55(04)Π1936206物 理 学 报ACTAPHYSICASINICAVol.55,No.4,April,2006ν2006Chin.Phys.Soc.于 威 张 立 王保柱 路万兵 王利伟 傅广生(河北大学物理科学与技术学
2、院,保定 071002)(2005年5月27日收到;2005年12月12日收到修改稿)3?? 对氢化纳米硅薄膜中氢的键合特征和薄膜能带结构之间的关系进行了研究.所用样品采用螺旋波等离子体化学气相沉积技术制备,利用Raman散射、红外吸收和光学吸收技术对薄膜的微观结构、氢的键合特征以及能带结构特性进行了分析.Raman结果显示不同衬底温度下所生长薄膜的微观结构存在显著差异,从非晶硅到纳米晶硅转化的衬底温度阈值为200℃.薄膜中氢的键合特征与薄膜的能带结构密切相关.量,因键合氢引起的价带化学位移和低衬底温度决定的结构无序
3、性,.升高,,该.,晶粒界面的悬键,关键词,PACC:,786511引言——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------氢化纳米硅(nc-Si:H)薄膜是一种由纳米量级晶粒构成的新型功能材料,其晶粒大小约为3—7nm,各相邻界面之间构成界面组织.由于量子尺寸效应,该薄膜的有效带隙接近甚至高于非晶硅的光学
4、带隙,与氢化非晶硅(a-Si:H)相比,nc-Si:H结构更加稳定,具有较高的电导率以及带隙可剪裁等优点,容易实现规模生产,在大面积显示、太阳电池及光电器件等领域具有诱人的应用前景.因此,该材料的制备技术探索和材料结构及其光电特性分析一直[1—3]是近年来受人关注的课题.射频溅射、等离子体化学气相沉积、热丝化学气相沉积等技术已应用于nc-Si:H薄膜的制备,在各种技术中纳米薄膜的生长通常处于非晶到微晶过渡区.为提高薄膜晶化度及实现低衬底温度生长,在反应气体内添加氢活性成[4,5]分是薄膜制备中的主要技术手段之一.氢加入
5、的另一方面作用还在于调整所制备nc-Si:H薄膜的微观结构及其键合特征,活性氢能钝化纳米硅的表面悬键,显著降低薄膜中的缺陷态密度,抑制带隙中非辐射复合中心的形成,使薄膜器件的稳定性和光电3河北省自然科学基金(批准号503129)资助的课题.??E-mail:w-yu-hbu@yahoo.com.cn性能显著增强.然而,实验结果也已表明,薄膜中氢的键合结构与薄膜的制备技术紧密相关,薄膜的能带结构及其相关的薄膜的光电特性如光电导、光——————————————————————————————————————--------
6、----------------------------------------------------------------------------------------[4]致发光等随制备条件发生显著变化.因此,分析与薄膜生长过程相关的薄膜中氢的键合特征、薄膜的微观结构和能带结构之间的关系对深入探索其光电性能具有重要意义.利用螺旋波等离子体(HWP)高等离子体密度特性,采用螺旋波等离子体化学气相沉积(HWP-CVD)技术在较低工作气压下可以实现高晶化度nc-Si:H[8]薄膜的低温沉积.本工作在采用HWP-CV
7、D技术制备nc-Si:H薄膜基础上,通过对薄膜的Raman散射谱、傅里叶变换红外(FTIR)谱和紫外-可见吸收特性分析,重点探讨了衬底温度变化导致的薄膜微观结构变化以及薄膜中氢的键合特征与能带结构之间的关系.[6,7]21实 验实验所用样品采用HWP-CVD技术制备,该设[8,9]备主要包括HWP产生室和薄膜沉积室,30MHz的射频源功率通过NagayaⅢ型天线馈入HWP产生4期于 威等:1937室,激发H2等离子体,SiH4从薄膜沉积腔体通过环形喷口引入.本实验中,为实现不同结构特点的薄膜——————————————
8、————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------沉积,衬底温度在50—350℃之间调整,采用单晶Si(100)和康宁7059玻璃为衬底,源反
