掺杂纳米晶硅液晶光阀光敏层性能研究

发布时间：2017-08-15 06:15

  本文关键词：掺杂纳米晶硅液晶光阀光敏层性能研究

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【摘要】：掺杂纳米非晶硅薄膜在电学、光学和稳定性方面优于传统非晶硅和微晶硅薄膜。特别是作为液晶光阀的光敏层,它不仅有很高的吸收系数和光敏性,还具有宽带隙和光照稳定性,是比较理想的光敏探测材料。本文采用射频磁控溅射设备,以单晶硅靶为溅射材料,在H2和Ar混合气氛下,成功制备出具有纳米晶-非晶两相复合新型结构的掺硼nc-Si:H薄膜,系统研究了B含量对薄膜微结构及光电性能的影响；并首次提出将CdTe化合物与Si一同溅射,制备出a-Si1-x(CdTe)x:H薄膜,对a-Si1-x(CdTe)x:H薄膜的微结构、光学特性和电学特性做了深入研究。HRTEM、Raman测试结果表明,当C(B)=0.16%时,薄膜晶化率达到31.7%,晶粒尺寸为2.13nm,晶粒主要沿(111)方向生长,而再增加B含量,晶化率与晶粒尺寸明显降低。FTIR结果表明,薄膜中的硼含量与氢含量有密切关系,B原子在新生膜表面形成没有电活性的Si-B键,并替代Si-H键中H原子,Si-B键的键能比Si-H强很多,使得薄膜中H含量随B含量的增加而降低。UV-vis透射光谱测试发现,随着硼掺杂量增高,透过率降低,薄膜对可见光的吸收增强,并且薄膜光学带隙增大,当掺杂0.1%B时,光学带隙达到2.13eV。B轻掺杂时薄膜费米能级附近的局域态密度较低,掺杂效果明显,能达到10-4Ω-1cm-1,但随着B含量增加,薄膜的光敏性逐渐降低。研究还发现,衬底温度越高,薄膜内部缺陷越少,致密性越强,但薄膜中H含量急剧下降；而随着H2流量增加,薄膜内部悬挂键密度减小,缺陷态降低,但薄膜中的H含量并没有随着H2流量增大而显著增加。结合HTREM图、XRD以及Raman光谱分析：a-Si1-x(CdTe)x:H薄膜的微观结构可为在氢化非晶硅薄膜中镶嵌了CdTe纳米颗粒,CdTe晶粒尺寸大约5nm,沿(111)晶面生长。XPS及EDX结果表明,Te元素和Cd元素没按1：1的比例存在于薄膜中,Te的含量明显高于Cd。随着CdTe含量增加,薄膜的折射率与吸收系数均明显增加,而光学带隙则从2.01eV减小到1.75eV。a-Si1-x(CdTe)x:H薄膜的暗电导相比普通a-Si:H薄膜要高一两个数量级,并且随着CdTe含量增大,暗电导率呈上升趋势,但光暗电导比在降低。经过退火处理的薄膜样品微观结构发生了很大变化,薄膜中的CdTe由制备态变为尺寸50-.,100nm,形状不规则,大小不均匀,有(100)、(220)、(111)不同晶面的CdTe结晶态。
【关键词】：液晶光阀 纳米非晶硅 硼掺杂 碲化镉
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN304.12
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 液晶光阀概述10-13
• 1.1.1 液晶光阀的结构与工作原理10-11
• 1.1.2 液晶光阀光敏层的研究进展11-12
• 1.1.3 液晶光阀的应用12-13
• 1.2 氢化硅薄膜概述13-18
• 1.2.1 氢化非晶硅薄膜13-15
• 1.2.2 氢化纳米硅薄膜15-17
• 1.2.3 掺杂氢化硅薄膜17-18
• 1.3 本文的研究目的和研究内容18-21
• 1.3.1 本文的研究目的18-19
• 1.3.2 技术路线与研究内容19-21
• 第二章 掺杂氢化硅薄膜的制备与表征21-29
• 2.1 薄膜的生长与沉积技术21-24
• 2.1.1 薄膜的生长21
• 2.1.2 薄膜沉积技术21-24
• 2.2 掺杂氢化硅薄膜的表征方法24-27
• 2.2.1 拉曼散射谱24-25
• 2.2.2 傅里叶红外吸收谱25-26
• 2.2.3 X射线衍射(XRD)26
• 2.2.4 X射线光电子能谱26
• 2.2.5 扫描电子显微镜(SEM)26
• 2.2.6 高分辨透射电子显微镜(HRTEM)26-27
• 2.2.7 椭偏仪27
• 2.2.8 电阻测试及电导率计算27
• 2.3 本章小结27-29
• 第三章 轻掺硼氢化非晶/纳米晶硅薄膜研究29-48
• 3.1 轻掺硼a/nc-Si：H薄膜的制备29-30
• 3.2 轻掺硼a/nc-Si：H薄膜的微观结构特性30-35
• 3.3 轻掺硼a/nc-Si：H薄膜的光学性能35-38
• 3.4 轻掺硼a/nc-Si：H薄膜的电学性能38-39
• 3.5 衬底温度对硼轻掺杂a/nc-Si：H薄膜的影响39-43
• 3.6 氢气流量对硼轻掺杂a/nc-Si：H薄膜的影响43-47
• 3.7 本章小结47-48
• 第四章 掺CdTe氢化非晶硅薄膜制备与研究48-66
• 4.1 a-Si_(1-x)(CdTe)_x：H薄膜的制备与表征48-55
• 4.1.1 薄膜样品制备48-49
• 4.1.2 薄膜微观形貌分析49-51
• 4.1.3 X光电子能谱(XPS)51-53
• 4.1.4 XRD与拉曼光谱分析53-55
• 4.2 a-Si_(1-x)(CdTe)_x：H薄膜光学特性分析55-58
• 4.2.1 薄膜的折射率与吸收系数55-57
• 4.2.2 薄膜的光学带隙57-58
• 4.2.3 紫外可见光透射谱58
• 4.3 薄膜电学特性测试及分析58-60
• 4.4 热退火对薄膜性能的影响60-64
• 4.4.1 掺CdTe氢化非晶硅薄膜退火工艺研究60-61
• 4.4.2 热退火对薄膜微观结构的影响61-64
• 4.4.3 热退火对薄膜光学性能的影响64
• 4.5 本章小结64-66
• 第五章 总结与展望66-68
• 5.1 总结66-67
• 5.2 展望67-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-74
• 攻硕期间取得的研究成果74

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本文编号：676629