納米β-FeSi-,2-和α-Si混合結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與性能研究.pdf

1、β-FeSi2作為一種新型的半導(dǎo)體材料，具有正交晶體結(jié)構(gòu)，直接帶隙0.85-0.87ev，對應(yīng)的波長是1.3-1.5um，理論光電轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到16％-23％；β-FeSi2又是環(huán)境友好型半導(dǎo)體，合成它所需要的元素即含量豐富又安全；β-FeSi2還可以與硅工藝兼容，正是這些優(yōu)點(diǎn)使其在硅基半導(dǎo)體器件、光電器件、熱電器件及光伏器件等方面得到廣泛的應(yīng)用：另外因?yàn)棣?FeSi2具有高的光吸收能力，有望用于新太陽能電池。然而它的帶隙性能還沒有一個(gè)

2、定論，激發(fā)能得到光信號(hào)還比較弱，難以達(dá)到應(yīng)用所需要的水平。 在前期研究中，我們已經(jīng)成功的制備了納米β-FeSi2顆粒/a-Si多層膜，并在室溫測到其發(fā)光性能，但是在對納米β-FeSi2顆粒/a-Si多層膜微結(jié)構(gòu)表征過程中，發(fā)現(xiàn)850℃/8h退火后納米β-FeSi2顆粒出現(xiàn)層間擴(kuò)散趨勢，本次實(shí)驗(yàn)試圖對多層膜進(jìn)行更長時(shí)間的退火，專門研究退火對納米β-FeSi2顆粒/a-Si結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響；同時(shí)嘗試采用其它的實(shí)驗(yàn)方法制備鐵硅薄膜。制

3、備所得薄膜對其結(jié)構(gòu)、成分及光學(xué)性能進(jìn)行檢測和分析。論文分以下兩部分： 1，利用射頻磁控濺射的方法在Si(100)基片上成功的制備連續(xù)性和平整性較好的Fe/Si多層膜，經(jīng)過850℃/12h退火，發(fā)現(xiàn)薄膜相組成沒有變化，但是結(jié)構(gòu)不再穩(wěn)定，其中令人驚奇的是退火后形成一層厚厚非晶Si層，非晶Si主要來自于基體硅的非晶化，當(dāng)硅的沉積時(shí)間長時(shí)，原來多層膜中的非晶Si也有貢獻(xiàn)。非晶層的起始生成位置是在β-FeSi2顆粒一側(cè)。非晶層的長大需要基

4、體Si擴(kuò)散做補(bǔ)充，同時(shí)剩余多層結(jié)構(gòu)中反應(yīng)生成的β-FeSi2相會(huì)越過非晶層擴(kuò)散到頂層鐵硅化合物層。非晶硅向基體硅的推進(jìn)是需要Fe的存在。界面前沿的少量Fe元素的存在催化了晶體Si到非晶Si的轉(zhuǎn)變。樣品中鐵硅非晶對樣品的吸收有明顯貢獻(xiàn)。 2，利用微波ECR等離子體源增強(qiáng)非平衡磁控濺射法，在Si(100)基片上成功制備了非晶鐵硅薄膜；并探究鐵硅沉積功率的改變、氫氣的加入與否和退火對薄膜的結(jié)構(gòu)和性能的影響；樣品經(jīng)過850℃/4h退火處