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《浙江大学》 2002年
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CVD法纳米硅系复合薄膜的微结构、性能及新型无光污染节能镀膜玻璃的研究

刘锋  
【摘要】: 本论文全面介绍了纳米材料,特别是纳米镶嵌复合材料的发展概况、特性、常用的制备方法、常见的几种硅系纳米材料以及有关纳米硅材料的发光,并对新型无光污染节能镀膜玻璃的研制和发展作了概述。 以硅烷和乙烯为原料气采用常压化学气相沉积制备得到Si/SiC复合薄膜,并使用退火处理方法对该薄膜进行后处理,最终得到Si/SiC/SlO:纳米镶嵌复合薄膜。利用HREM作为测试手段,系统地研究了退火处理工艺与薄膜微结构的关系,并分析了微结构的成因。研究结果发现,未经过退火处理的薄膜是纳米晶粒镶嵌于非晶介质的复合薄膜,薄膜中的结晶程度不是很高。在500℃退火一个小时以后,薄膜中开始出现大量的纳米晶粒,结晶度提高到50%,晶粒开始长大,同时还在薄膜中发现了异常长大的单晶Si,其尺寸达到了200nm左右。当退火温度升高到600℃后,薄膜的结晶度继续增加到60%~70%,晶粒继续长大,并发现了两种异常的结构:同心环和空心环。前一种结构主要是由外环、介质以及内心三个部分组成的。而后一种结构实际上是晶格取向非常好的多晶石墨环。当退火时间延长到5个小时,薄膜的结晶度和600℃退火一个小时的薄膜相类似,不过,薄膜中大量存在的是10nm左右的SiO2晶粒。 在500℃退火一个小时的薄膜中发现了一种很特殊的结构——纳米硅线,该种结构的产生可以用金属诱导的机理来解释。 未经过退火处理的薄膜其光致发光现象不是很明显,只在473nm附近有一个非常微弱的发光谱带。而退火处理过后,薄膜出现两种光致发光现象,即蓝色发光和紫外发光,其峰值分别在493nm和368nm附近,而且随着退火温度的升高和退火时间的延长,发光谱带的强度逐渐增大,峰形的位置也有不明显的蓝移。纳米硅的表面态发光模型能较好地解释实验结果。 对复合薄膜的光学性能作了系统研究。首次提出利用退火处理同时实现复合薄膜的梯度化和微结构改性,从而减小镀膜玻璃的反射率并获得无光污染的新型节能镀膜玻璃。实验结果表明,随着退火处理温度的升高和退火时间的延长,镀膜玻璃的平均反射比呈线性下降的趋势,而其平均透射比则呈现增大的趋势,不过前者的下降趋势更加剧烈和明显。在500℃下退火(氧气氛中)一个小时后, 浙江大学硕士学位论文 镀膜玻璃的平均反射比为27.7%,平均透射比为33.0%。
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