版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡(jiǎn)介
1、硅材料是當(dāng)今微電子產(chǎn)業(yè)支柱,實(shí)現(xiàn)光電子和微電子系統(tǒng)的集成,是當(dāng)前國(guó)際上富有活力的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域:硅光電子學(xué)。但是單晶硅(c-Si)間接帶隙的屬性阻礙了其在有效發(fā)光器件上的應(yīng)用,因此探索有效硅基可見發(fā)光材料的應(yīng)用研究對(duì)最終實(shí)現(xiàn)光電子和微電子的集成具有重要的意義。研究發(fā)現(xiàn),硅的合金化或者低維的納米硅體系,如多孔硅,納米晶硅,超晶格硅等均具有良好的發(fā)光性能。之前被廣泛研究的是含有硅納米結(jié)構(gòu)的氧化硅體系,但是理論和實(shí)驗(yàn)研究表明該體系具有非常高的勢(shì)
2、壘(~8.5 eV),嚴(yán)重阻礙了載流子的注入,降低了發(fā)光效率。因此,為滿足目前光電子器件的需求探尋一種合適的基體材料是非常有意義的。近年來,研究者們發(fā)現(xiàn)含有納米硅量子點(diǎn)(SiQDs)的氫化非晶氮化硅(α-SiNx:H)薄膜具有較低的勢(shì)壘(~2.0 eV)和較強(qiáng)的室溫可見發(fā)光,是硅基發(fā)光器件的良好候選材料。
α-SiNx:H薄膜由于具有良好的光電性能、可調(diào)的折射率(~1.8-2.5)和較大的帶隙(~2-5eV),不僅被廣泛應(yīng)
3、用于制備發(fā)光二極管等發(fā)光器件方面,而且越來越多的被應(yīng)用于新型硅基(單晶硅和多晶硅)和薄膜太陽(yáng)電池的減反和鈍化材料。然而,目前為止,盡管已有多種機(jī)制或模型被提出,α-SiNx:H薄膜的室溫可見發(fā)光機(jī)制一直存在爭(zhēng)議;同時(shí),α-SiNx:H薄膜作為新型太陽(yáng)電池的鈍化材料,其鈍化機(jī)理尚未研究清楚。因此,研究α-SiNx:H薄膜的光學(xué)性質(zhì)對(duì)于提高其發(fā)光效率和太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率,推動(dòng)硅光電子學(xué)的發(fā)展具有重要意義。
對(duì)于生長(zhǎng)在單晶硅
4、襯底上的α-SiNx:H薄膜而言,其光學(xué)常數(shù)(折射率、帶尾、光學(xué)帶隙及吸收系數(shù))一般不能夠用實(shí)驗(yàn)方法直接測(cè)量得到,必須借助于其他方法進(jìn)行分析提取。首先,我們采用基于α-SiNx:H薄膜光學(xué)反射譜的Taue-LorentZ Urbach(TLU)模型提取出用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法在不同沉積溫度(Td)下制備的α-SiNx:H薄膜室溫時(shí)(300 K)的光學(xué)帶隙、帶尾、折射率和吸收系數(shù)。接著,我們分析討論了擬合結(jié)果和沉積溫度之間的關(guān)系,并
5、基于Wemple-DiDomenico模型分析了α-SiNx:H薄膜帶隙以下折射率的色散行為。
其次,我們主要研究了α-SilNx:H薄膜隨沉積溫度變化的室溫光致發(fā)光(PL)性質(zhì)。運(yùn)用Raman,高分辨透射電鏡(HRTEM)證實(shí)了α-SiNx:H薄膜中硅量子點(diǎn)的存在,通過紅外吸收(IR)實(shí)驗(yàn)分析了SiQDs尺寸及結(jié)構(gòu)隨沉積溫度變化的情況。接著我們通過研究Si QDs尺寸及密度的變化與紅光峰位及強(qiáng)度的關(guān)系,得出了紅光起源于非
6、晶硅量子點(diǎn)的量子限制效應(yīng)(QCE)的結(jié)論?;跍囟纫蕾囆訮L光譜,靜態(tài)無序模型,我們把綠光光譜歸因于帶尾中局域態(tài)載流子的輻射復(fù)合。而后,我們根據(jù)氮化硅的隙態(tài)理論模型計(jì)算結(jié)果把藍(lán)光光譜指認(rèn)為載流子在≡Si-Si≡與≡SiO缺陷能級(jí)之間的輻射躍遷。
具有量子限制效應(yīng)的硅量子點(diǎn)可以為硅基光電器件的應(yīng)用提供新的突破,這主要是因?yàn)镼CE可以提高電子-空穴對(duì)的輻射復(fù)合速率。為了深入研究起源于Si QDs的紅光在不同條件退火處理后發(fā)光性
7、能的調(diào)控,我們將含有Si QDs的α-SiNx:H薄膜在Ar和O2中分別進(jìn)行退火處理,而后采用波長(zhǎng)為514 nm的At+作為PL光譜的激發(fā)光源。實(shí)驗(yàn)和理論結(jié)果表明,退火處理可以改變Si QDs尺寸、密度和表面化學(xué),而且它們是決定Si QDs發(fā)光性能的重要因素。當(dāng)Si QDs在惰性氣體Ar中退火時(shí),HRTEM,Raman,F(xiàn)TIR和X射線光電子能譜(XPS)結(jié)果一致表明:當(dāng)退火溫度TA≤800℃時(shí),Si QDs具有較小的尺寸(~3.6-4
8、.9 nm),可見PL起源于Si QDs的量子限制效應(yīng);但進(jìn)一步升高退火溫度至TA>800℃,Si QDs在高溫下發(fā)生了聚集和長(zhǎng)大,其尺寸顯著增加(~9.8 nm),較大尺寸的Si QDs可以產(chǎn)生較多的界面態(tài),使得與界面態(tài)相關(guān)的載流子輻射復(fù)合為室溫PL的主要機(jī)制。
當(dāng)Si QDs在02中進(jìn)行退火處理時(shí),根據(jù)FTIR及XPS實(shí)驗(yàn)及理論計(jì)算知,高溫退火時(shí)α-SiNx:H薄膜的氧化程度加強(qiáng)。而且由于氧的電活性較強(qiáng)易產(chǎn)生Si=O鍵
9、,Si=O鍵又將在Si QDs隙態(tài)內(nèi)引入較多的局域表面態(tài)。并且,光致激發(fā)光譜與PL光譜之間存在的較大斯托克斯漂移表明,激子的輻射躍遷主要發(fā)生在帶隙內(nèi)。根據(jù)第一性原理對(duì)Si QDs的計(jì)算結(jié)果知,由時(shí)間分辨光譜得到的納秒量級(jí)的衰減時(shí)間可以歸因于Si QDs表面的局域態(tài)中的激子的輻射躍遷。綜合溫度依賴性PL光譜、時(shí)間分辨光譜和光致激發(fā)光譜的結(jié)果分析得出,被氧化處理后的Si QDs的室溫PL機(jī)制可被歸因于與Si-N和Si-O-Si鍵相關(guān)的經(jīng)由S
10、i QDs表面局域態(tài)激子的輻射復(fù)合。由此可見,Si QDs在不同的氣氛中退火處理后,其發(fā)光機(jī)制由QCE至界面態(tài)/表面態(tài)的調(diào)控可以通過改變輻射態(tài)缺陷密度而被成功實(shí)現(xiàn),反之亦然。
最后,我們主要運(yùn)用IR光譜、彈性反沖探測(cè)分析和少子壽命測(cè)量實(shí)驗(yàn)針對(duì)目前新型太陽(yáng)電池使用較為廣泛的α-SiNx:H鈍化膜的鈍化機(jī)理作了詳細(xì)的研究。結(jié)果表明,對(duì)原沉積的α-SiNx:H薄膜而言,當(dāng)沉積溫度為200℃時(shí),α-SiNx:H薄膜中的H含量和Si
11、-H鍵密度均較高,可以有效鈍化體缺陷或雜質(zhì)減少?gòu)?fù)合中心,提高少子有效壽命。α-SiNx:H薄膜在Ar保護(hù)下進(jìn)行退火處理后,當(dāng)TA=650℃時(shí),部分?jǐn)嗔训腟i懸掛鍵可以最大程度的由Si-N鍵彌補(bǔ),達(dá)到最好的鈍化效果。以上這些研究結(jié)果不僅對(duì)設(shè)計(jì)和研制Si基光電器件有一定的借鑒作用,而且對(duì)降低太陽(yáng)電池成本和提高效率也有一定的指導(dǎo)意義。
以上的研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金(10734020和10674094),國(guó)家基礎(chǔ)研究重大項(xiàng)目(
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 眾賞文庫(kù)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 氮化硅薄膜的制備工藝優(yōu)化和光學(xué)性質(zhì)的研究.pdf
- 氮化硅薄膜的螺旋波PECVD及其光學(xué)特性研究.pdf
- 釬焊氮化硅陶瓷高溫活性非晶釬料研究.pdf
- 低氣壓管式放電等離子體及制備非晶氮化硅薄膜研究.pdf
- 氮化硅透明光學(xué)薄膜的制備與特性分析.pdf
- PECVD沉積的氮化硅薄膜熱處理性質(zhì)研究.pdf
- 氮化硅透明光學(xué)薄膜的制備和特性分析
- 磁控濺射制備氮化硅薄膜特性研究.pdf
- PECVD氮化硅薄膜的制備工藝及仿真研究.pdf
- PECVD氮化硅薄膜制備工藝及性能測(cè)試研究.pdf
- 非晶碳及非晶碳化硅薄膜的制備及光學(xué)性能研究.pdf
- 晶種摻雜氮化硅陶瓷的制備及性能研究.pdf
- 氮化硅薄膜制備及其相關(guān)特性研究.pdf
- 氮化硅薄膜及多層膜的光性能研究.pdf
- 氫化處理及Li摻雜ZnO薄膜光學(xué)性能研究.pdf
- 納米硅-氮化硅薄膜微結(jié)構(gòu)特性研究.pdf
- 富硅氮化硅薄膜的光電性能研究.pdf
- 摻磷氮化硅薄膜鈍化特性的研究.pdf
- PECVD氮化硅薄膜制備與微結(jié)構(gòu)研究.pdf
- 熱光可調(diào)非晶硅薄膜濾波器結(jié)構(gòu)及薄膜光學(xué)特性研究.pdf
評(píng)論
0/150
提交評(píng)論