包含非晶硅量子点的富硅—氮化硅薄膜结构与特性研究

发布时间：2017-11-09 13:05

  本文关键词：包含非晶硅量子点的富硅—氮化硅薄膜结构与特性研究

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【摘要】：由于量子尺寸效应,包含硅量子点的富硅-氮化硅薄膜材料表现出了优异的发光性能。同时,镶嵌在富硅-氮化硅薄膜材料中的非晶硅量子点在短波范围具有好的发光效率,且发光波长连续可调,使得其在光电子器件中具有非常好的应用前景。将包含硅量子点的富硅氮化硅材料引入到太阳能电池中,可以极大地增强对太阳光的有效吸收,提高太阳电池的光电转换效率,成为未来高效的第三代硅基量子点太阳能电池最有可能的竞争者。基于这些优点,本文进一步的研究了沉积参数对包含非晶硅量子点的富硅-氮化硅薄膜结构及性质的影响,以便优化出最佳的制备工艺参数应用于材料的制备工艺中。采用了等离子体化学气相沉积(PECVD)方法制备包含非晶硅量子点的富硅-氮化硅薄膜材料,并利用傅里叶变换红外光谱,X-射线衍射谱,紫外-可见光吸收谱,光致发光谱,扫描电子显微镜等手段来表征与分析所制备样品的结构及特性。样品沉积时采用的气源分别为纯度为99.999%以上的SiHH4、NH3、N2和H2。本论文主要的实验研究结果如下：1.以SiHH4、NH3、N2为反应气源,研究改变N2流量对富硅氮化硅薄膜结构及性质的影响。实验结果表明,随着氮气流量的增加,薄膜的键密度及各原子含量增加,伴随着折射率增大,薄膜光学带隙逐渐减少,薄膜有序度提高,但过量的增加氮气反而起到稀释作用,阻止氮气掺入到薄膜中,导致缺陷态增多,价带及导带之间距离减小,导致薄膜的带尾吸收边变宽,光学带隙减小,有序度降低,影响薄膜的致密度。2.以SiHH4、NH3和N2为反应气源,通过改变射频功率制备富硅-氮化硅薄膜材料。实验表明,随着射频功率的逐渐增加,薄膜Eg缓慢减小、有序度增加,样品中的硅氢键、氮氢键缓慢减小,硅氮键增多。分析结果发现,适量的增加射频功率有利于提高样品反应速率,使薄膜有序度增加,致密性增强,提高薄膜质量,但过高的射频功率会使薄膜质量变差。3.以SiHH4、NH,、H2为反应气源,改变氢流量制备包含非品硅离子点的富硅-氮化硅薄膜材料。实验发现,适量的提高氢气流量,可提高反应过程中H离子与Si、N悬挂键的键合几率,起到钝化薄膜悬挂键的作用。当H2流量在10 sccm跟20 sccm之间时,H原子主要钝化薄膜悬挂键,使缺陷态减少,从而缺陷态发光减弱,薄膜光学带隙缓慢展宽。随着增加H2流量,薄膜中的氮原子同时持续增加,将伴随着缺陷态再次增多,辐射加强,导致光学带隙迅速展宽。当Hz流量达到30 sccm时,薄膜中的氮化硅晶粒增大,数目增多,缺陷态所引起的发光消失,出现了由非晶硅量子点团簇引起的发光现象,说明样品中出现了非晶硅量子点团簇。因此,适量的提高氢气流量能够钝化薄膜缺陷态,并实现从富硅-氮化硅向Si3N4相转变的过程中形成氮化硅基质包埋的非晶硅量子点团簇结构。
【学位授予单位】：内蒙古师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O613.72;TB383.2

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