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玻璃基板上硅薄膜结构和性能的研究

朱建强  
【摘要】:本文介绍了硅薄膜的发展状况、结构特点、性质以及应用,详细阐述了硅薄膜制备技术——化学气相沉积(CVD)方法的原理、特点和用途等,并简要概述镀膜玻璃的节能性能表征。 模拟浮法在线镀膜玻璃生产工艺,采用常压化学气相沉积(APCVD)技术以硅烷(SiH_4)为主要原料气体在移动的玻璃基板上制备硅薄膜。利用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)及红外光谱(FTIR)等手段系统研究了沉积温度、掺杂等制备工艺对薄膜微结构的影响,并分析了微结构的成因。研究发现,在600~680℃的范围内制备的薄膜具有纳米晶粒镶嵌的结构;随着沉积温度的升高,镶嵌的纳米晶粒粒径增大,并且致密度增加。乙烯掺杂制备的薄膜是一种纳米Si/SiC镶嵌的复合材料,其中存在Si-C键结合。乙烯掺杂会降低薄膜的沉积速率,改善硅的结晶程度,致使薄膜形成较为有序的结构;在形貌上表现为颗粒分布均匀;而薄膜中碳的存在会加剧硅的氧化,表现为薄膜中Si-O含量较高。 研究了沉积工艺对薄膜的力学性能和光学性能的影响。用划痕法测量了薄膜与玻璃基板之间的附着力。温度升高,一方面会促使基板表面物理吸附态原子向化学吸附态转化;另一方面由于扩散加强,会形成多原子层化学吸附,致使薄膜的附着力随着温度的升高而增加。乙烯掺杂会促进硅的结晶,使微结构的有序度增加,导致薄膜与玻璃基板之间失配,致使薄膜的附着力随着乙烯掺杂量的增加略有降低。薄膜在紫外波段的透射比很低:在可见光波段有较高的透射比,其平均透射比会随着温度的升高而降低;在近红外波段有较高的反射比,其平均反射比随着温度的升高而增大。


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