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非晶硅/纳米晶硅薄膜的微结构和光学性质研究

作　者: 邹红叶
导　师: 于威
学　校: 河北大学
专　业: 光学
关键词: 纳米硅能带结构键合特性多层膜
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本工作利用螺旋波等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅和康宁玻璃衬底上制备了非晶及纳米晶硅薄膜。通过傅立叶变换红外吸收光谱、紫外—可见透射光谱、原子力显微镜等多种技术手段,对薄膜的成分、键合结构、形貌、光学带隙、沉积速率等性质进行了表征和分析。研究了氢气流量和薄膜生长厚度等实验参量对薄膜微观结构和光学性质的影响,根据典型非晶、晶态结构薄膜的制备条件,设计制备了非晶硅/纳米晶硅多层膜结构,并对其微观结构和光学特性进行了研究。通过改变氢气的流量,制备了不同氢含量的硅氢薄膜,研究结果表明低氢环境下沉积的薄膜表现为氢化非晶硅(a-Si:H)特征,在高氢环境下沉积的薄膜表现为氢化纳米晶硅(nc-Si:H)特征,随着氢气流量的增加,薄膜的光学带隙和结构有序度提高,样品中总的氢含量减小。以非晶硅薄膜为初始生长层,制备了不同厚度的a-Si:H/nc-Si:H异质结,研究结果表明,随着p层厚度的增加,薄膜的有序度和光学带隙逐渐增大,薄膜表面逐渐成核。以非晶硅为势垒层,纳米晶硅薄膜为势阱层,获得了层间界面清晰的纳米硅多层结构薄膜,结果表明多层薄膜表现为非晶硅特征,随着纳米晶硅层厚度的增加,多层薄膜的有序度得到提高,而光学带隙单调减小。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-14
  1.1 硅系太阳能电池的研究历史  9-10
  1.2 太阳能电池的原理  10
  1.3 非晶硅和纳米晶硅的结构特性  10-11
  1.4 硅基薄膜的制备技术  11-13
  1.5 本文主要工作  13-14
第2章实验原理及技术  14-21
  2.1 纳米硅薄膜的生长机制  14-15
  2.2 实验技术  15-17
    2.2.1 螺旋波等离子体增强化学气相沉积(HWP—CVD)实验装置  15-16
    2.2.2 衬底处理  16-17
  2.3 薄膜的形貌和结构分析技术  17-21
    2.3.1 拉曼散射谱(Raman)  17
    2.3.2 傅里叶变换红外吸收谱(FTIR)  17-18
    2.3.3 原子粒显微镜(AFM)  18-19
    2.3.4 紫外-可见透射反射谱(UV-VIS Transmission and Reflection)  19-21
第3章不同氢稀释纳米硅薄膜的微结构及能带特性分析  21-31
  3.1 纳米硅样品的制备条件  21
  3.2 不同氢稀释样品的拉曼表征  21-24
  3.3 不同氢稀释样品的红外表征  24-28
  3.4 不同配比样品的能带特性  28-29
  3.5 不同氢稀释样品的形貌表征  29-30
  3.6 本章小结  30-31
第4章 A-SI:H/NC-SI:H异质结薄膜的微结构和能带特性分析  31-38
  4.1 不同厚度P层制备条件  31
  4.2 薄膜的拉曼光谱分析  31-34
  4.3 薄膜的AFM形貌表征  34-35
  4.4 薄膜的红外光谱分析  35-36
  4.5 不同样品的能带特性  36-37
  4.6 本章小结  37-38
第5章氢化非晶硅多层薄膜的微观结构和能带特性研究  38-44
  5.1 多层膜的拉曼  38-40
  5.2 多层薄膜的红外表征  40-41
  5.3 多层薄膜的形貌分析  41-42
  5.4 紫外可见吸收谱分析  42-43
  5.5 小结  43-44
结束语  44-46
参考文献  46-49
致谢  49

非晶硅/纳米晶硅薄膜的微结构和光学性质研究

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