Si基納米晶陣列的制備及特性研究.pdf

1、納米結構Si基半導體材料正日益受到人們的廣泛的關注，這是由于其在硅集成光電子和納米器件如單電子器件、太陽電池以及薄膜晶體管等方面具有廣闊的應用前景。為獲得具有良好光、電特性和能夠用于器件制造的納米結構Si基半導體材料，關鍵在于對納米結構尺寸和分布的人工控制。 本工作以探索晶粒尺寸和分布可控的納米結構Si基薄膜的制備方法為目標，以AAO模板作為襯底，用等離子體增強化學汽相沉積(PECVD)法制備出晶粒尺寸可控，等間距均勻分布的Si

2、基納米晶陣列，并對其特性進行了表征，主要展開了以下方面的工作： (1)優(yōu)化酸性刻蝕液的濃度、氧化電壓、時間以及溫度，利用兩次氧化法制備出不同參數(孔徑、分布距離等)的優(yōu)質多孔氧化鋁(AAO)模板，作為制備Si基納米陣列的襯底。 (2)選取合適的沉積條件，用PECVD法在AAO模板上沉積非晶硅(a-Si：H)薄膜，并對樣品進行退火處理，制備出Si納米晶陣列。 (3)利用X射線衍射儀(XRD)、紅外吸收譜、拉曼光譜、

3、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)等表征手段觀察分析了Si納米晶陣列的微結構及表面形貌。測量發(fā)現，樣品經退火后由非晶轉變?yōu)榻Y晶相，H原子在退火過程中從樣品內逸出。Si納米晶陣列中，島狀晶粒尺寸均勻、以AAO模板孔分布方式等間距規(guī)則分布。受所用AAO模板孔徑的限制，島狀晶粒的直徑與AAO模板的孔徑相當。因此，通過改變AAO模板的孔徑大小可以對Si納米晶陣列的晶粒尺寸進行調制。 (4)對Si納米晶陣列進行室溫發(fā)光和電

4、導率性質進行研究，發(fā)現室溫下樣品有強的可見光發(fā)射，發(fā)光峰中心位于485nm-535nm之間。觀察到樣品的兩種激活機制(即擴展態(tài)傳導和帶尾定域態(tài)傳導)。場發(fā)射測量表明，樣品具有穩(wěn)定的場發(fā)射特性，開啟電壓為7V/μm。 (5)采用PECVD法在AAO襯底上制備出了具有不同Ge組分的Si1-xGex晶陣列。利用透射電子顯微鏡對樣品形貌進行了觀察，用能量色散譜(EDS)對樣品內Ge組分進行定量分析。XRD和Raman光譜測量表明，退火后