Si基纳米晶阵列的制备及特性研究

【摘要】：纳米结构Si基半导体材料正日益受到人们的广泛的关注,这是由于其在硅集成光电子和纳米器件如单电子器件、太阳电池以及薄膜晶体管等方面具有广阔的应用前景。为获得具有良好光、电特性和能够用于器件制造的纳米结构Si基半导体材料,关键在于对纳米结构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纳米结构Si基薄膜的制备方法为目标,以AAO模板作为衬底,用等离子体增强化学汽相沉积(PECVD)法制备出晶粒尺寸可控,等间距均匀分布的Si基纳米晶阵列,并对其特性进行了表征,主要展开了以下方面的工作: (1)优化酸性刻蚀液的浓度、氧化电压、时间以及温度,利用两次氧化法制备出不同参数(孔径、分布距离等)的优质多孔氧化铝(AAO)模板,作为制备Si基纳米阵列的衬底。 (2)选取合适的沉积条件,用PECVD法在AAO模板上沉积非晶硅(a-Si:H)薄膜,并对样品进行退火处理,制备出Si纳米晶阵列。 (3)利用X射线衍射仪(XRD)、红外吸收谱、拉曼光谱、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等表征手段观察分析了Si纳米晶阵列的微结构及表面形貌。测量发现,样品经退火后由非晶转变为结晶相,H原子在退火过程中从样品内逸出。Si纳米晶阵列中,岛状晶粒尺寸均匀、以AAO模板孔分布方式等间距规则分布。受所用AAO模板孔径的限制,岛状晶粒的直径与AAO模板的孔径相当。因此,通过改变AAO模板的孔径大小可以对Si纳米晶阵列的晶粒尺寸进行调制。 (4)对Si纳米晶阵列进行室温发光和电导率性质进行研究,发现室温下样品有强的可见光发射,发光峰中心位于485nm—535nm之间。观察到样品的两种激活机制(即扩展态传导和带尾定域态传导)。场发射测量表明,样品具有稳定的场发射特性,开启电压为7V/μm。 (5)采用PECVD法在AAO衬底上制备出了具有不同Ge组分的Si_(1-x)Ge_x晶阵列。利用透射电子显微镜对样品形貌进行了观察,用能量色散谱(EDS)对