pecvd法制备硅系材料的原位晶化与微结构研究

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1、⑧论文作者签名：堑苎塑指导教师签名．．J盥I"v论文评阅人1：评阅人2：评阅人3：评阅人4：评阅人5：答辩委员会主席：委员1：委员2：委员3：委员4：委员5：垒血坦盏丝兰塑i兰查重边曼垦j歪丑笙量洫迦查至逝建．旦氧塑丝聋堑堡查奎蕈蟑益通越丝童塑造燧盎趑§拯益边坦盟笺。歪鳋勖趁撞边渔叁至塾重豳塑查垒曼亟渔尘圣&盘。)虱豳盈鱼盗主亟丝叁至．PECVDpreparedsilico————nbas．．e．．．．．．d．．．．．．．．．．．．m．．．．．．．．．．．．a．．．．．．．t．．．．．e．．．．．．r

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3、14。。-●_。。。。____。。。。_一I____-—————_●_—————__--————●-—一浙江大学研究生学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝婆太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：输Jf互两学位论文版权使用授权书签字日期：年月曰知印弓

4、fLP本学位论文作者完全了解迸江太堂有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙婆太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：茸专亿融签字日期：如l忤，月I丫日导师签名签字日耖惟岁月∥百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

5、究中，以SiH4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．Sil．，C。：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-Sil．xC，：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(

6、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．Sil。G：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2000C上升到6000C时，硅一氢(Si．H。)组分和碳一硅(C-H。)组分会降低，更多的硅．碳(S

7、i-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．SilIxC；：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

8、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。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：微结构浙江大学硕士学位论文ⅡAbs