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第28卷 第4期影像科学与光化学Vol.28 No.4 2010年7月Imaging Science and Photochemistry J uly,2010 研究简报掺硼p型非晶硅薄膜的制备及光学性能的表征夏冬林,王慧芳,石正忠,张兴良,刘 俊(武汉理工大学硅酸盐工程教育部重点实验室,湖北武汉430070)摘 要:以高氢稀释的硅烷(Si H4)为反应气体,硼烷(B2H6)为掺杂气体,利用RF2PECVD方法,在玻璃衬底上制备出掺硼的氢化非晶硅(a2Si∶H)薄膜,研究了硼掺杂量对氢化非晶硅(a2Si∶H)薄膜的光学性能的影响.利用N KD27000W光学薄膜分析系统测试薄膜的透射谱和反射谱,并利用该系统的软件拟合得出薄膜的折射率、消光系数、吸收系数等光学性能参数,利用Tauc法计算掺硼的非晶硅薄膜的光学带隙.实验结果表明,随着硼掺杂量的增加,掺杂非晶硅薄膜样品在同一波长处的折射率先增大后减小,而且每一样品均随着入射光波长的增加而减小,在波长500nm处的折射率均达到4.3以上;薄膜的消光系数和吸收系数随着硼掺杂量的增大而增大,在500nm处的吸收系数可高达1.5×105cm-1.在实验的硼掺杂范围内,光学带隙从1.81eV变化到1.71eV.关键词:RF2等离子体增强化学气相沉积方法;非晶硅薄膜;折射率;消光系数;吸收系数;光学带隙文章编号:167420475(2010)0420296209 中图分类号:O484 文献标识码:A自从1975年Spear等人[1]在非晶硅薄膜中成功实现气相掺杂以来,非晶硅薄膜迅速在半导体器件领域获得应用.氢化非晶硅薄膜具有高的光吸收系数,制备工艺简单并易于大规模生产,被广泛应用于制作大面积、高效率的薄膜太阳能电池,大屏幕液晶显示和显像平面电视机等[2,3].目前,氢化非晶硅薄膜制备技术主要有等离子体增强化学气相沉积(PECVD)[427],微收稿日期:2010203218;修回日期:2010204222.基金项目:材料复合新技术国家重点实验室(武汉理工大学)开放基金(20102KF29);武汉市科技攻关(20061002037).作者简介:夏冬林(19642),男,副研究员,通讯联系人,E2mail:donglinxia@.296 第4期夏冬林等:掺硼P型非晶硅薄膜的制备及光学性能的表征297 波电子回旋共振化学气相沉积(MWECR2CVD)[8]以及射频磁控溅射法[9,10]等.其中, PECVD制备技术具有对衬底温度要求低,易于在玻璃衬底上大面积制备的优点,这些制备优点使其在太阳能屋顶,太阳能玻璃幕墙等光伏与建筑结合方面具备很大的应用潜力,被认为是更有发展潜力的沉积方法,并且已经应用于工业领域.硅基薄膜太阳电池一般多为PIN结构,P层作为太阳能电池的窗口层,是影响电池整体性能的重要因素,其带隙的宽窄、电导率的高低将直接影响电池的短路电流及填充因子[11].国内外科学工作者[12215]对掺杂非晶硅薄膜材料结构和性能的研究多有报道,而专门对薄膜材料的光学性能参数进行全面表征的报道还较少,而太阳电池窗口层的光学性能会直接影响到电池性能的好坏,因此我们有必要对P型非晶硅薄膜的光学性能进行全面的表征与研究,从而起到对太阳电池窗口层制备的重要指导作用.本论文采用等离子体增强化学气相沉积方法(PECVD)沉积掺硼氢化非晶硅薄膜,研究硼掺杂量对于薄膜光学性能参数的影响.1 实验部分实验采用等离子体增强化学气相沉积方法(PECVD)沉积掺硼氢化非晶硅薄膜, PECVD沉积设备的射频电源的激发频率为13.56M Hz,极板直径为20cm,反应室本底真空最高可达10-5Pa.衬底为普通载玻片,采用酒精和去离子水超声清洗,基片在沉积薄膜之前用氮气吹干.本实验固定沉积气压、辉光功率、衬底温度等其它工艺参数,以髙氢稀释的硅烷(Si H4体积分数[Si H4]/[Si H4+H2]=10%)和硼烷(B2H6体积分数[B2H6]/[B2H6+ H2]=3%)分别为反应气体和掺杂气体.通过改变硼烷掺杂气体的比例(R=[B2H6]/ [Si H4]),在玻璃衬底上制备掺硼非晶硅薄膜,研究硼烷掺杂比例对氢化非晶硅(a2Si: H)薄膜光学性能的影响,其制备工艺参数如表1所示.表1 硼掺杂非晶硅薄膜制备的工艺参数Processing parameters of boron2doped amorphous silicon t hin film deposited by PECVD 样品编号a b c d e 衬底温度/℃250250250250250沉积气压/Pa150150150150150射频功率/W150150150150150氢稀释比/Si H4200200200200200掺杂气体比[B2H6]/[Si H4]0.4%0.5%0.6%0.8% 1.0%沉积时间/min3040403040薄膜厚度/nm127232********* 采用英国Aquila公司生产的N KD27000W薄膜分析系统测试硼掺杂氢化非晶硅薄膜的透射光谱与反射光谱,并采用该系统分析软件,根据柯西模型进行理论计算,得出薄膜的厚度、消光系数和折射率等光学常数.掺硼非晶硅薄膜的吸收系数,可由公式α(hν)=4πk/λ计算得出.其中α(hν)表示吸 影 像 科 学 与 光 化 学第28卷 298收系数,它是光子能量(hν)的函数,k表示材料的消光系数.掺硼非晶硅薄膜是间接带隙半导体材料,其光学带隙可以通过Tauc公式计算:(αhν)1/2=B(hν-E g),α为吸收系数, hν为光子能量,E g为掺硼非晶硅薄膜的光学带隙,B为常数.根据Tauc公式,可以得到不同条件下制备的掺硼非晶硅薄膜的(αhν)1/2-hν曲线图,曲线的线性部分外延到与横坐标相交所得截距的大小,即为光学2隙E g[16].2 结果和讨论2.1 硼烷的掺杂量对薄膜的紫外2可见光的透过率和反射率的影响图1为不同硼烷掺杂量所制备的氢化非晶硅薄膜样品的透射光谱.从图1中可以明显的看出,随着硼烷掺杂浓度的增加,薄膜的透过率曲线的截止边红移,薄膜透过率曲线的干涉峰位置也出现红移现象,即薄膜在短波长的透过率急剧减小,在波长60021000nm 的范围内薄膜的透过率也明显降低,使得可见光区域的大部分太阳光的透过都降低,因而导致薄膜太阳电池的活性层I层得到的可见光区域的光子减少,I层的光响应必然降低,影响太阳能电池的开路电压、短路电压、转换效率[17].由此可见,低硼烷掺杂浓度(a 号样)有利于薄膜透过率的提高.图1 不同硼烷掺杂比沉积的a2Si∶H薄膜样品的透射谱Transmission spectra of a2Si∶H t hin films wit h different boron doped gas ratio 图2是不同硼烷掺杂比例的薄膜样品在350-1100nm波段的反射率曲线.从图2中可以看出,在测试波段范围内硼掺杂的非晶硅薄膜出现了多个干涉峰(干涉峰的位置和个数与薄膜的厚度有很大的关系),并且随着硼烷掺杂比例的增加,薄膜的干涉峰红移,且反射峰逐渐变宽.反射峰变宽,在更长的波段内光透过就少,因而薄膜太阳电池窗口层材料的光谱响应的光波减少.有文献表明[18],薄膜在紫外2可见光反射率曲线的反射峰的强弱可以反映薄膜结构的有序状况.从反射率曲线可知,掺杂比例为0.4%时得到的薄膜的反射率最高,薄膜结构的有序性最好,其余几个薄膜样品的反射峰都比较弱,说明 第4期夏冬林等:掺硼P型非晶硅薄膜的制备及光学性能的表征299其薄膜无序化程度非常高,这说明硼的掺杂可以抑制硅薄膜的晶化.图2 不同硼烷掺杂比沉积的a2Si∶H薄膜的反射谱Reflection spectra of a2Si∶H t hin films wit h different boron doped gas ratio2.2 硼烷的掺杂量对薄膜折射率、消光系数、吸收系数的影响图3为不同硼烷掺杂量所制备非晶硅薄膜样品的折射率曲线.从图3中可以观察到,随着硼烷掺杂比例的升高,薄膜的折射率增大;薄膜样品在波长500nm处的折射率图3 不同硼烷掺杂比沉积的a2Si∶H薄膜样品的折射率曲线Refraction spectra of a2Si∶H t hin films wit h different boron dopant gas ratio都达到了4.3以上;但当硼烷的掺杂比例为1.0%时,薄膜的折射率反而降低了. 影 像 科 学 与 光 化 学第28卷 300 当硼烷掺杂浓度在0.5%-0.8%范围内变化时,随着硼烷掺杂浓度的加大,薄膜中H原子的脱附能降低,薄膜表面的B原子加速其周围生长表面上H原子的脱附,增大表面悬挂键密度,从而提高了反应前驱物Si H x(主要是Si H3)在生长表面的吸附几率,增大了薄膜的沉积速率.薄膜的沉积速率的增大,使沉积的薄膜结构更为致密,薄膜中的微孔等缺陷更少,薄膜的折射率增大.当硼烷的掺杂比例达到1.0%时,由于硼烷的比例过大,薄膜的沉积速率过大,薄膜中的组成基团得不到及时的迁移,使薄膜中出现很多的缺陷.同时,由于沉积速率过大,反应基团来不及在衬底表面扩散、均匀分布,导致薄膜的结构不致密,因此折射率下降.图4 不同硼烷掺杂比沉积的a2Si∶H薄膜的消光系数曲线Extinction coefficient spectra of a2Si∶H t hin films wit h different boron dopant gas ratio 由N KD拟合也可以得到薄膜的消光系数曲线,如图4所示.从图4中可以知道:随着波长的增大,消光系数减小;随着硼烷掺杂浓度的升高,薄膜的消光系数增大.由公式α(hν)=4πk/λ可知,消光系数与薄膜的吸收系数成正比,因此高的消光系数,意味着薄膜对入射光更高的吸收.因此作为太阳能电池的窗口层,薄膜的消光系数必须控制在很低的水平. 吸收系数决定了薄膜对光子的吸收的多少,影响透过窗口层的光子的数量,从而影响薄膜电池的性能.图5为通过公式α(hν)=4πk/λ计算得到的薄膜的吸收系数曲线.由图5可知,在波长500—700nm的范围内,薄膜的吸收系数随波长的增大而减小;在波长为700—1000nm范围内,薄膜的吸收系数基本上不随波长的变化而变化.由不同掺杂浓度的吸收系数曲线可知,随着制备薄膜的硼烷掺杂浓度的增大,吸收系数不断增大.硼烷掺杂比例为0.4%和0.8%时得到的薄膜在500nm处的吸收系数分别为1.0×105cm-1和1.5×105cm-1.因此低硼烷掺杂浓度有利于让更多的光通过薄膜窗口层,从而提高电池的性能. 第4期夏冬林等:掺硼P型非晶硅薄膜的制备及光学性能的表征301图5 不同硼烷掺杂比沉积的a2Si∶H薄膜样品的吸收系数曲线Absorption coefficient spectra of a2Si∶H t hin films wit h different boron doped gas ratio2.3 硼烷的掺杂比对薄膜的光学带隙的影响图6示出了不同硼烷掺杂比例沉积的薄膜的光学带隙.由图6可以看出,随着硼烷掺杂浓度的增加,薄膜的光学带隙出现递减趋势,由1.81eV下降到1.71eV.这与前面得到的薄膜透过率降低,消光系数、吸收系数增大的结果相一致.薄膜光学带隙变窄的原因可能是由于硼烷掺杂使薄膜中的H的脱附能降低,H的脱附增加,使薄膜中的H含量降低,进而使光学带隙变窄.硼的掺杂,还使得薄膜结构的无序度增加,由此引起从能带到带尾态的重新分布,在薄膜的带隙中引入了多个带隙态,从而导致由能带到带尾和带尾到带尾的跃迁数目的增加.这些位于原吸收边附近的带隙态是使得薄膜光学带隙变窄的主要原因.硼的掺入,会改变薄膜的结构,抑制硅薄膜的晶化,使薄膜中的非晶成份增多,导致光学带隙减小[19].因此从光学带隙的角度上看,应尽量减小硼烷的掺杂浓度,当然硼烷掺杂浓度太低也会导致薄膜电导率的急剧下降.3 结论研究表明,硼掺杂对非晶硅薄膜的光学性能有着极其重要的影响:随着硼烷掺杂浓度的增加,(a)薄膜的透过率曲线的截止边红移.(b)薄膜的反射谱干涉峰红移,且反射峰逐渐变宽.(c)掺杂非晶硅薄膜的折射率随着入射光波长的增加而减小,并且在波长500nm处的折射率都达到了4.3以上.(d)薄膜在500nm处吸收系数高达1.5×105cm-1,光学带隙从1.8eV变化到1.7 eV. 影 像 科 学 与 光 化 学第28卷 302图6 不同硼烷掺杂比沉积的a2Si∶H薄膜的光学带隙Optical band gap of a2Si∶H t hin films wit h different boron doped gas ratio (e)所有的光学参数表征都表明,硼烷掺杂浓度不宜过高,在本实验范围内,0.4%掺杂浓度制得的薄膜做窗口材料最宜.薄膜电学性能这里未做研究和表征,硼烷掺杂浓度的具体确定还需综合考虑薄膜的电学性能.因此低浓度硼烷掺杂(体积分数为0.4%),可以得到光学性能优异的低吸收的p型窗口层. 第4期夏冬林等:掺硼P型非晶硅薄膜的制备及光学性能的表征303 参考文献:[1] Spear W E,Lecomber P G.Substitutional doping of amorphous silicon[J].S oli d S tate Com 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非晶纳米和超薄硅钢
非晶纳米材料：
非晶纳米材料通常指的是非晶合金的纳米结构形式，如铁基非晶合金或铁镍基非晶合金。
这些材料的特点是在快速冷却过程中形成无定形结构，导致其原子排列不规则，没有晶体结构中原有的晶界，从而减少了磁滞损耗和涡流损耗，提高了在高频下的磁性能。
非晶纳米材料具有优异的磁导率和较低的高频损耗，适合用于精密电流互感器、共模滤波电感等需要高效率转换和低功耗的场合。
超薄硅钢：
超薄硅钢是一种经过特殊工艺处理的硅钢片材料，主要成分是铁与硅，其中硅含量一般在1.5%至3.5%之间。
硅能够降低铁芯的电阻率，减少涡流损耗，提高磁导率。
超薄型硅钢片通过进一步减小厚度来优化磁性能，增加铁芯的磁感度（磁通密度），并在工频和中频应用中表现出较高的磁感应强度和较低的损耗特性。
它广泛应用于各种电机、发电机以及电力变压器的铁芯制作，特别适合于要求体积小、重量轻、能耗低的设备中。
氢化⾮晶硅和低温多晶硅⼀、引⾔随着科技的⻜速发展，太阳能电池作为⼀种可再⽣能源，在我们的⽣活中扮演着越来越重要的⻆⾊。
在这个领域中，氢化⾮晶硅和低温多晶硅是两种常⻅的材料，它们在太阳能电池的制造过程中发挥了关键作⽤。
本⽂将对这两种材料进⾏详细的介绍和分析。
⼆、氢化⾮晶硅氢化⾮晶硅，也称为a-Si:H，是⼀种⼴泛⽤于太阳能电池制造的⾮晶态硅材料。
相⽐于传统的晶体硅材料，氢化⾮晶硅具有更快的⽣产速度、更低的能耗以及更好的环境适应性。
氢化⾮晶硅的主要优势在于其制造过程中的⾼效性和灵活性。
由于其⾮晶态的结构，氢化⾮晶硅在制造过程中可以采⽤连续沉积的⽅法，⼤⼤提⾼了⽣产效率。
此外，其制造⼯艺可以在较低的温度下进⾏，从⽽降低了能耗。
同时，氢化⾮晶硅的柔韧性和稳定性使其能够适应各种不同的应⽤场景。
然⽽，氢化⾮晶硅也存在⼀些缺点。
由于其较低的载流⼦迁移率，氢化⾮晶硅的效率通常低于晶体硅。
此外，氢化⾮晶硅的光衰减问题也限制了其在⾼温和⾼光强度环境下的应⽤。
三、低温多晶硅低温多晶硅，也称为LTPS，是⼀种在相对较低的温度下制备的多晶硅材料。
与传统的晶体硅材料相⽐，低温多晶硅具有更⾼的载流⼦迁移率和更好的稳定性。
低温多晶硅的主要优势在于其⾼效率和良好的稳定性。
由于其多晶结构，低温多晶硅具有较⾼的载流⼦迁移率，从⽽提⾼了太阳能电池的效率。
此外，低温多晶硅的稳定性使其能够在⾼温和⾼光强度环境下保持较⾼的效率。
然⽽，低温多晶硅的制造过程相对复杂，需要在相对较低的温度下进⾏晶体⽣⻓和掺杂。
这导致了其制造成本的增加，并限制了其在⼤规模⽣产中的应⽤。
四、未来展望尽管氢化⾮晶硅和低温多晶硅在太阳能电池制造中都有⼴泛的应⽤，但未来的研究重点仍需放在提⾼效率和降低成本上。
对于氢化⾮晶硅来说，可以通过改进制备⼯艺和掺杂技术来提⾼其载流⼦迁移率，从⽽提升电池效率。
对于低温多晶硅来说，则可以通过优化晶体⽣⻓和掺杂⼯艺来降低制造成本。
此外，随着科技的进步，新型的太阳能电池材料和结构也不断涌现。
网络出版时间：2013-01-18 18:43网络出版地址：/kcms/detail/41.1398.C.20130118.1843.201206.497_007.html第29卷 第6期新乡学院学报（自然科学版）2012年12月 V ol. 29 No. 6 Journal of Xinxiang University(Natural Science Edition) Dec. 2012非晶硅锗薄膜太阳能电池研究赵红枝，黄娟（新乡学院物理与电子工程系，河南新乡453003）摘 要：介绍了薄膜电池的制备技术及发展进程. 采用射频等离子体加强气相沉积法(PECVD)，制备了非晶锗硅薄膜，提出了制备优质非晶锗硅薄膜的条件和非晶锗硅薄膜的基本性质及其制备工艺中存在的问题和解决方案.关键词：非晶半导体；非晶硅锗薄膜；太阳能电池中图分类号：O484.5 文献标志码：A文章编号：1674–3326(2012)06–0497–04Research on Si1-x Ge x Thin Film Solar CellsZHAO Hong-zhi, HUANG Juan(Physics and Electronic Engineering Department, Xinxiang University, Xinxiang 453003, China) Abstract:Preparative technique and development progress of thin-film cell are introduced. A-Si1–x Ge x:H thinfilms are prepared by radio frequency (RF) plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD). Factors ofpreparing high quality a-Si1–x Ge x: H thin films and the fundamental properties of films are presented. Furthermore,the existing problems in the preparation are proposed to which some possible solutions are discussed.Key words: amorphous semiconductor; amorphous silicon-germanium thin film; solar cells0引言目前，太阳能电池产业是增速最快的产业之一，但晶硅(单晶硅和多晶硅)太阳能电池价格较高(约1.98 $/w[1]). 晶硅薄膜太阳能电池因具有无毒、原料丰富、沉积温度低和与晶体硅电池生产有较好的兼容性等优点，而被广泛研究. 1954年，贝尔实验室首次研制成功具有实用性的单晶硅太阳能电池；1969年，Chittick 制备出第一个非晶硅(a-Si:H)薄膜[2]. 然而其性能不稳定，出现严重的光致衰退现象(Staebler-Wronsli效应，简称SW效应[3])，使其稳定转换效率远低于初始转换效率. 为了提高能量转换效率，研究者采用了制备高纯本征层、提高使用温度等多种方法. 其中，多结结构是增强a-Si:H薄膜电池稳定性最有效的途径.在多结结构电池中，每一节电池能够吸收不同波长的光，以便有效地吸收太阳光能，这需要合适地匹配各结点间的能带. 在各种电池材料中，a-Si:H能带较宽(1.8 eV)，一般用作顶层电池；中间层和底层通常采用如微晶硅(µc-Si:H)、纳米晶硅(nc-Si:H)和非晶硅锗(a-Si1–x Ge x:H)等带宽小于1.8 eV的材料. 其中，可通过调节Si和Ge的组分，在1.1 eV~1.8 eV之间[4]调节a-Si1–x Ge x:H带宽.1Si x Ge1–x薄膜电池1.1单结Si x Ge1–x薄膜电池Haku等通过控制气体中的杂质浓度、a-Si1-x Ge x:H薄膜中N和O杂质浓度等，得到了转换效率为3.34 %的单结a-Si1–x Ge x:H薄膜太阳能电池[5]；2005年，Liao等采用射频磁控溅射法，在覆盖了金属/ZnO背电极的不锈钢上沉积单结a-Si1–x Ge x:H太阳能电池，通过优化GeH4、Si2H6的比例和氢的稀释量，得到面积为0.25 cm2的太阳能电池，初始效率和稳定效率分别为12.5% ~13.0%和10.4%[6].收稿日期：2012-10-16 修回日期：2012-11-14基金项目：新乡学院“理论物理”重点建设学科资助项目作者简介：赵红枝(1977-)，女，河南鹤壁人. 讲师，硕士，研究方向：理论物理、教学论. E-mail: zhhzh007@.黄娟(1982-)，女，湖南衡阳人. 讲师，硕士，研究方向：信息光学. E-mail: mokel@.·498·新乡学院学报（自然科学版）1.2多结Si x Ge1-x薄膜电池K. Mitchell等以a-Si: H作为计算模型，计算结果表明，在顶层电池能带宽度为1.8 eV和底层能带宽度为1.2 eV的条件下，多结太阳能电池转换效率为20% [7–8]. 1982年，Nakamura等发现a-Si1-x Ge x:H的暗电导随Ge含量的增加而降低，同时发现a-Si1-x Ge x:H薄膜能有效地拓展光谱响应范围，制备出的a-Si: H/a-Si: H/a-Si1–x Ge x:H三叠层电池转换效率为8.5%[9]. 1996年，Hishikawa等发现a-Si1–x Ge x:H太阳能电池的初始效率、稳定效率和缺陷密度与SiH2结构的氢含量关系密切. 在维持能带宽度不变的条件下，通过减少杂质含量和优化氢含量，制备出了转换效率为10.6%的a-Si1-x Ge x:H双叠层太阳能电池[10]. 1997年，Yang等采用宽禁带a-Si:H作为顶层电池的本征层，以吸收部分蓝光能量，采用不同锗硅比例的a-Si1–x Ge x:H层作为中间电池和底层电池的本征层，以吸收绿光和红光能量，采用织构化的Ag/ZnO作背电极，并在p层和n层及n 层和本征层之间掺入很薄的缓冲层，以改善隧道结的性能，制备出的a-Si/a-Si1–x Ge x:H/a-Si1–x Ge x:H三叠层电池初始效率为14.6%，稳定效率为13.0%[11]. 2008年，他们进一步采用纳米晶Si作为底层本征层，制备出最高转换效率为15.3 %的a-Si:H/a-Si1–x Ge x:H/nc-Si:H三叠层电池[12].1.3大面积Si x Ge1-x薄膜电池如在实际中应用a-Si1–x Ge x:H薄膜，就必须制成大面积的太阳能电池. 1991年，Catalano等采用5:1的氢稀释比，以降低Si二氢键的浓度，将激光束缩小到直径约0.254 cm，并采用高精度定位系统，制得了有效面积98%、转换效率9.27%、面积939.6 cm2的太阳能电池[13]. 1999年，联合太阳公司制得了面积为900 cm2转换效率为10.5 %的a-Si:H/a-Si1–x Ge x:H/a-Si1–x Ge x:H三叠层太阳能电池[14]. 2002年，三洋公司采用玻璃/透明导电层(TCO)/p a-SiC:H/i a-Si:H/n a-Si:H/p a-SiC:H/i a-Si1-x Ge x:H/n a-Si:H/金属电极结构，制得了初始转换效率为11.2%、稳定效率为10%、面积达到8 252 cm2的a-Si/a-Si1–x Ge x:H两叠层电池[15]. 虽然大面积a-Si1–x Ge x:H太阳电池研究取得了较好的效果，但实际转换效率与理论转换效率之间还有很大差距.2Si1–x Ge x薄膜材料2.1Si1–x Ge x薄膜材料制备方法1977年，Chevalier等采用射频等离子体加强气相沉积法(PECVD)，以SiH4和GeH4为原料，第一次制备出a-Si1–x Ge x:H薄膜材料[16]，大大降低了反应温度，成为制备a-Si1–x Ge x:H薄膜材料最主要的方法. 热丝化学气相沉积(HWCVD)是一种最近发展起来的薄膜沉积技术[17]，它不会产生等离子体，避免了因等离子体轰击损伤衬底. 除PECVD和HWCVD外，还有电子束蒸发[18]、光CVD[19]、离域等离子体CVD[20]、电子回旋共振(ECR)微波沉积[21]和脉冲激光沉积[22]等方法都被用于a-Si1–x Ge x:H薄膜的制备.2.2Si1-x Ge x薄膜的能带经验公式E g=1.62+1.3h-0.7x通常被用来描述a-Si1–x Ge x:H的能带变化规律. 其中h为氢的比例. 由此式可见，随Ge含量的增加，a-Si1–x Ge x:H能带变窄；随氢含量的增加，能带变宽[23]. Shockley和Queisser根据能带宽度，预言了半导体p/n结电池的最高转换效率[24]，认为在大气常数(AM 1.5，100 mW/cm2)的光照条件下，最优能带宽度为1.45 eV. 这正好落在a-Si1–x Ge x:H的能带变化范围之内. Sheng等发现a-Si1–x Ge x:H薄膜的光电导和载流子迁移率随能带宽度减小而降低，证明其光电性能随Ge含量增加而降低[25–26]. Watanabe 等发现缺陷密度随Ge含量增加而增加[27]. 因此，只有采用合适的沉积工艺[28]，才能得到能带宽度为1.45 eV 的高质量a-Si1–x Ge x:H薄膜.2.3Si1–x Ge x薄膜制备制备优质的a-Si1–x Ge x:H薄膜，必须精确控制沉积过程、Ge含量、气体流量、沉积气压、H2与SiH4+GeH4的比例和衬底温度. 另外，还应尽量减少杂质含量[29]. 在PECVD方法中，沉积气压范围应保持在6 ~ 266 Pa 以内，射频功率一般设在10~100 mW/cm2以内，当功率小于10 mW/cm2时，很难维持等离子体放电；当功率大于100 mW/cm2时，气体因高速反应而产生Si和Ge的氢聚合物，导致薄膜质量降低. 衬底温度一般设在150~350 ℃以内，电极间距一般设在5~20 cm以内，气体流量则由沉积速率和反应平面面积决定.3实验分析笔者采用PECVD法，在氢稀释比例从10:1提高至89:1、衬底温度为200 ℃的条件下，制备出a-Si1–x Ge x:H薄膜. 图1是不同样品的拉曼光谱，由图1可见，氢稀释比高于15:1后，样品在520 nm处出现尖锐的拉曼峰，表明a-Si1–x Ge x:H薄膜光电效率衰退率有所降低，稳定性有所提高. 从图1可见，氢稀释比高于30:1后，a-Si1-x Ge x:H薄膜的性能更好，但过高的氢稀释比将导致沉积速率降低，因此，选择25:1赵红枝, 黄 娟：非晶硅锗薄膜太阳能电池研究 ·499·的氢稀释比可满足制备的薄膜性能需要.4 结束语由于a-Si 1–x Ge x :H 带宽在1.8 eV~1.1 eV 之间可调，在此范围内，材料成为最合适的光电转换材料之一. 本文使用PECVD 法制备出一系列a-Si 1–x Ge x :H 样品，通过拉曼光谱分析，得出25:1的氢稀释比即可满足高性能薄膜的需要. 但因在太阳能电池a-Si 1–x Ge x :H 薄膜中还存在如光电效率SW 等现象，需要进一步增强电池的稳定性. 参考文献：[1] ROHATGI A, RISTOW A, YELUNDUR V. 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Thin Solid Films, 2008, 516: 6818-6823.600Raman Shift (cm R a m a n I n t e n s i t y 图1 采用PECVD 制备的a-Si 1-x Ge x :H 薄膜的拉曼光谱 Fig. 1 The Raman spectra of a-Si 1-x Ge x :H thin films prepared by PECVD.·500·新乡学院学报（自然科学版）[18] MILLER D L, LUTZ H, WIESMANN H, et al. Some Properties of Evaporated Amorphous Silicon Made with AtomicHydrogen[J]. J Appl Phys, 1978, 49: 6192-6193.[19] ROCHELEAU R E, HEGEDUS S S, BUCHANAN W A, et al. Novel Photochemical Vapor Deposition Reactor forAmorphous Silicon Solar Cell Deposition[J]. Appl Phys Lett, 1987, 51: 133-135.[20] PARSONS G N, TSU D V, LUCOVSKY G.Properties of Intrinsic and Doped a-Si:H Deposited by Remote PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition[J]. J Vac Sci Technol, A. 1988, 6(3): 1912-1916.[21] SAKAMOTO Y. Measurement of Power Transfer Efficiency from Microwave Field to Plasma under ECR Condition[J].Jap J Appl Phys, 1977, 16: 1993-1998.[22] HANABUSA M, SUZUKI M. Reactive Laser-evaporation for Hydrogenated Amorphous Silicon[J]. 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New York: Wiley, 2002: 522-523.【责任编辑 梅欣丽】。
半导体分类晶体非晶有机
半导体可以分为晶体半导体、非晶半导体和有机半导体三类。
晶体半导体是指具有长程有序结构的半导体材料，如硅、锗、砷化镓等。
晶体半导体的电子结构与晶体结构密切相关，具有良好的电子传输性能和稳定性，广泛应用于电子器件中。
其中，硅是最常用的晶体半导体材料之一，其优势在于晶体稳定性好、生产工艺成熟、价格相对便宜。
非晶半导体是指不具有长程有序结构的半导体材料，如非晶硅、非晶氮化硅等。
由于其结构不规则，导致其电子性质受杂质和缺陷影响显著，使其电子传输性能和稳定性相对较差，但其制备工艺相对简单，生产成本低，应用领域主要在平板显示、太阳能电池等领域。
有机半导体是指具有碳基化合物的半导体材料，如聚合物、小分子等。
有机半导体因具有良好的可溶性、可成膜性等特点，使其制备工艺简单、成本低廉。
同时，由于有机半导体的分子结构多样，可以通过调节其分子结构来改变其电子传输性能，因此在柔性电子器件、有机光电器件等领域具有广泛应用前景。
总体来说，不同类型的半导体材料具有各自的特点和应用领域。
在半导体产业的发展趋势中，晶体半导体、非晶半导体和有机半导体将会在不同领域得到广泛的应用。
《氢气等离子体处理Ga2O3及Ce掺杂Ga2O3薄膜的光电特性研究》篇一一、引言随着科技的发展，氧化镓（Ga2O3）及其掺杂材料在光电子器件、传感器和太阳能电池等领域的应用日益广泛。
其中，氢气等离子体处理技术在薄膜材料改性中起到了重要作用。
本篇论文主要探讨了氢气等离子体处理对未掺杂氧化镓（Ga2O3）及铈（Ce）掺杂氧化镓薄膜的光电特性的影响。
二、材料与方法1. 材料准备本实验采用未掺杂氧化镓（Ga2O3）及铈（Ce）掺杂氧化镓薄膜作为研究对象。
通过溶胶-凝胶法制备薄膜，并在适当的温度下进行热处理。
2. 氢气等离子体处理将制备好的薄膜样品置于氢气等离子体环境中，通过控制氢气流量、处理时间和温度等参数，对薄膜进行等离子体处理。
3. 光电特性测试采用紫外-可见分光光度计、X射线衍射仪、霍尔效应测试仪等设备，对处理前后的薄膜样品进行光电特性的测试和分析。
三、结果与讨论1. 氢气等离子体处理对Ga2O3薄膜的影响氢气等离子体处理后，Ga2O3薄膜的透光性能得到显著提高，尤其在可见光区域。
此外，薄膜的结晶性能也有所改善，晶粒尺寸增大，晶界更加清晰。
这可能是由于氢气等离子体处理过程中，氢气与薄膜表面的氧发生反应，减少了表面缺陷，提高了薄膜的结晶质量。
2. Ce掺杂对Ga2O3薄膜的影响Ce掺杂可以进一步提高Ga2O3薄膜的光电性能。
掺杂后，薄膜的禁带宽度减小，光吸收边发生红移，有利于提高薄膜对可见光的响应。
此外，Ce的引入还可能引入了新的能级，提高了薄膜的光生载流子浓度和迁移率。
3. 氢气等离子体处理对Ce掺杂Ga2O3薄膜的影响氢气等离子体处理对Ce掺杂Ga2O3薄膜的影响更为显著。
处理后，薄膜的光电性能得到进一步提升，透光性能、导电性能和光响应性能均有明显提高。
这可能是由于氢气等离子体处理过程中，氢气与Ce离子发生反应，形成了新的能级结构，进一步提高了薄膜的光电性能。
四、结论本篇论文研究了氢气等离子体处理对未掺杂Ga2O3及Ce掺杂Ga2O3薄膜的光电特性的影响。
PECVD分层结构对氢化非晶硅TFT迁移率的影响开题报告一、研究背景和意义：现如今，薄膜晶体管（TFT）已广泛应用于各种电子设备中。
氢化非晶硅（a-Si:H）TFT由于其制备工艺简单、设备制造成本低等优势，已广泛应用于柔性聚合物显示器、太阳能电池等领域。
但是，非晶硅的缺点是它具有低的电荷迁移率，这可能导致显示器或其他设备响应时间过长。
因此，提高非晶硅薄膜的电荷迁移率是非常重要的，这可以通过改善非晶硅薄膜的结构来实现。
一种常见的方法是在氢化非晶硅薄膜中引入微晶硅核或由多个非晶硅和微晶硅交叉堆叠而成的分层结构。
其中，分层结构可通过化学气相沉积（CVD）方法或等离子体增强化学气相沉积（PECVD）方法制备。
虽然已经有许多研究工作对引入微晶硅和使用分层结构提高非晶硅的电荷迁移率进行了研究，但仍然需要进一步探究分层结构对氢化非晶硅TFT性能的影响。
因此，本文旨在研究氢化非晶硅TFT中PECVD分层结构对其电荷迁移率的影响。
二、研究内容和步骤：本研究首先将在玻璃基板上沉积氧化硅（SiO2）层作为隔离层，然后利用PECVD方法沉积a-Si:H薄膜，并制备出具有分层结构的氢化非晶硅TFT。
制备过程中将研究和优化沉积参数，以控制分层结构中非晶硅和微晶硅的比例和位置。
接下来，将测量制备的器件的电学性能，比如电流-电压（I-V）特性曲线、阈值电压、开关比、漏电流等，并从中分析分层结构对TFT性能的影响。
最后，将对实验结果进行分析和总结，并讨论分层结构在提高氢化非晶硅TFT电性能方面的潜力。
三、预期结果和意义：通过本研究，可以探究PECVD分层结构对非晶硅TFT迁移率的影响，为进一步提高氢化非晶硅TFT性能提供重要的参考。
本研究可为柔性聚合物显示器、太阳能电池等领域的相关应用提供基础研究支持，提供前沿研究的技术参考。
同时，本研究对TFT薄膜晶体管的开发和应用也具有重要的意义。
分类号密级UDC注1学位论文氢含量对非晶硅薄膜热光效应影响的研究（题名和副题名）周湘（作者姓名）指导教师刘爽教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业光学工程提交论文日期2016.04 论文答辩日期2016.05学位授予单位和日期电子科技大学2016年06月日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。
STUDY ON THE EFFECT OF HYDROGEN CONTENT ON THE THERMO-OPTIC EFFECT OF AMOUPHOUS SILICOM FILMSA Master Thesis Submitted toUniversity of Electronic Science and Technology of ChinaMajor: Optical EngineeringAuthor: Xiang ZhouAdvisor: Shuang LiuSchool: School of Optoelectronic Information独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。
本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。
（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日摘要摘要非晶硅薄膜在近红外波段具有低吸收率、高热光系数、制作成本低且易于集成等优点，使其能够在半导体领域的光电器件中广泛应用。
