Fe-Si系非晶半導(dǎo)體薄膜及團(tuán)簇模型解析.pdf

1、半導(dǎo)體型非晶Fe-Si薄膜室溫具有與晶體β-FeSi2相似的半導(dǎo)體性能，是一種低耗、高效的光伏材料。它不僅能避免β-FeSi2成分局限、制備困難，還能避免硅基技術(shù)應(yīng)用中晶體β-FeSi2與硅基體膜基界面失配等問(wèn)題。這種新型半導(dǎo)體材料的制備與硅集成電路技術(shù)兼容，簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)。它的潛在應(yīng)用能與非晶硅相媲美，是非晶半導(dǎo)體中非常有前景的一種材料，有望應(yīng)用到硅基光電器件、太陽(yáng)能電池以及近紅外探測(cè)器中。
　　非晶中的近程序決定了非晶材料的性能。但

2、目前沒(méi)有關(guān)于非晶Fe100-xSix薄膜成分范圍與半導(dǎo)體性能和局域結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)研究結(jié)果，而這恰恰是制備和合理利用非晶Fe100-xSix薄膜的前提。另外，在Fe-Si二元體系中引入其它元素M，不僅可以提高非晶形成能力，還能在保持其近程序的前提下，拓展其成分范圍增加其應(yīng)用的靈活性。
　　因此，本文采用射頻磁控濺射方法在Si(100)和Al2O3(0001)基片上制備了Fe100-xSix系(x=30.3～100at.％)非晶薄膜以

3、及Fe-Si-C和Fe-Si-Mn三元非晶薄膜，并進(jìn)行了薄膜的成分、微結(jié)構(gòu)、帶隙測(cè)量、退火晶化相、電阻率和熱穩(wěn)定性的分析。
　　本文從實(shí)驗(yàn)和理論兩方面確定了非晶Fe-Si成分與局域結(jié)構(gòu)的聯(lián)系，驗(yàn)證了非晶結(jié)構(gòu)模型對(duì)非晶Fe100-xSix局域結(jié)構(gòu)解析的有效性。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明薄膜性能是分區(qū)變化的:30.3≤x≤50 at.％，無(wú)半導(dǎo)體性能區(qū);50＜x＜87.5 at.％，具有直接帶隙半導(dǎo)體性能區(qū);87.5≤x≤100 at.％，具有

4、間接帶隙半導(dǎo)體性能區(qū)。采用“[團(tuán)簇]（連接原子）lor3”非晶結(jié)構(gòu)模型對(duì)薄膜的局域結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，從非晶Fe-Si相關(guān)晶體相ε-FeSi、β-FeSi2、 Si的基礎(chǔ)團(tuán)簇[Fe-Si7Fe6]、[Fe-Si8Fe2]和[Si-Si4]出發(fā)，也可將成分與基礎(chǔ)團(tuán)簇關(guān)系圖區(qū)分為上述三個(gè)主區(qū)域。長(zhǎng)時(shí)間真空退火后吸收系數(shù)減小，光學(xué)帶隙比較穩(wěn)定(～0.92eV)，不隨退火時(shí)間和成分的變化而顯著變化。
　　第三組元Mn和C的加入對(duì)非晶薄膜的電阻率