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硅基SiC薄膜制备与应用研究进展
1
作者
杨晨光
王秀峰
《材料导报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第7期26-39,共14页
碳化硅(SiC)材料具有极为优良的物理、化学及电学性能,可满足在高温、高腐蚀等极端条件下的应用,碳化硅还是极端工作条件下微机电系统(MEMS)的主要候选材料,成为国际上新材料、微电子和光电子领域研究的热点。同时,碳化硅有与硅同属立...
碳化硅(SiC)材料具有极为优良的物理、化学及电学性能,可满足在高温、高腐蚀等极端条件下的应用,碳化硅还是极端工作条件下微机电系统(MEMS)的主要候选材料,成为国际上新材料、微电子和光电子领域研究的热点。同时,碳化硅有与硅同属立方晶系的同质异形体,可与硅工艺技术相结合制备出适应大规模集成电路需要的硅基器件,因此用硅晶片作为衬底制备碳化硅薄膜的工作受到研究人员的特别重视。本文综述了近年来国内外硅基碳化硅薄膜的研究现状,就其制备方法进行了系统的介绍,主要包括各种化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD)法和物理气相沉积(Physical vapor deposition,PVD)法,并归纳了对硅基碳化硅薄膜性能的研究,包括杨氏模量、硬度、薄膜反射率、透射率、发光性能、电阻、压阻、电阻率和电导率等,以及其在微机电系统传感器、生物传感器和太阳能电池等领域的应用,最后对硅基碳化硅薄膜未来的发展进行了展望。
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关键词
硅基碳化硅薄膜
化学气相沉积
物理气相沉积
微机电系统传感器
生物传感器
太阳能电池
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职称材料
脉冲功率对含硅量子点SiC_x薄膜物相结构及光谱特性的影响
2
作者
张志恒
赵飞
+4 位作者
杨雯
莫镜辉
葛文
李学铭
杨培志
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2019年第2期529-534,共6页
基于硅量子点(Si-QDs)的全硅叠层太阳电池被认为是最有潜质的高效太阳电池之一。目前所报道的硅量子点薄膜存在硅量子点数密度低、缺陷多等问题,限制了硅量子点太阳电池的光电转换效率。微波退火(microwave annealing,MWA)被认为是一种...
基于硅量子点(Si-QDs)的全硅叠层太阳电池被认为是最有潜质的高效太阳电池之一。目前所报道的硅量子点薄膜存在硅量子点数密度低、缺陷多等问题,限制了硅量子点太阳电池的光电转换效率。微波退火(microwave annealing,MWA)被认为是一种有益于制备纳米结构材料的方法。微波退火的非热效应可以降低形核能,改善薄膜的微结构和光电性能。因此,采用磁控共溅射技术并结合微波退火工艺,在不同的脉冲功率下制备了含硅量子点SiCx薄膜;采用掠入射X射线衍射(GIXRD)、拉曼(Raman)光谱、紫外-可见-近红外分光光度计和光致发光(PL)光谱表征薄膜的物相结构及光谱特性;研究不同脉冲功率对硅量子点数密度和性能的影响,进而改进磁控共溅射工艺,制备硅量子点数密度较高和性能良好的薄膜。样品的GIXRD谱和Raman谱均显示其中存在硅量子点,其强度先增大后减小;通过谢乐(Scherrer)公式估算出硅量子点尺寸呈现先增大后减小的规律,脉冲功率为80W时尺寸达到最大(8.0nm)。在Raman光谱中还观察到中心位于511cm-1处出现硅量子点Si-Si横向光学振动模式的拉曼峰,其强度也呈现先增大后减小的趋势;对拉曼光谱做最佳高斯(Gauss)分峰拟合,得出薄膜的晶化率均高于62.58%,脉冲功率为80W时制备的薄膜具有最高的晶化率(79.29%)。上述分析表明薄膜中均有硅量子点的形成,且数量先增加后减小,脉冲功率为80 W时硅量子点数量最多。通过测量样品的透射率T、反射率R等光学参数,利用Tauc公式估算出薄膜的光学带隙,发现带隙值随溅射功率的增加先减小后增大,在脉冲功率为80W时最小(1.72eV)。硅量子点尺寸与光学带隙成反比,说明薄膜中的硅量子点具有良好的量子尺寸效应。通过PL光谱分析样品的发光特性,对其做最佳高斯拟合,发现样品中均有6个发光峰。结合Raman光谱的分析结果,可以得出波长位于463～624nm的发光峰源于硅量子点的作用;而波长位于408和430nm的发光峰则源于薄膜内部的缺陷态,峰位没有偏移,但强度有变化。根据发光峰对应的波长可计算其能带分布,从而确定缺陷态类型:408nm的发光峰归因于≡Si°→Ev电子辐射跃迁,430nm的发光峰则归因于≡Si°→≡Si-Si≡的缺陷态发光。还研究了硅量子点的尺寸对发光峰移动的影响。结果表明,随硅量子点尺寸变小(大),发光峰蓝移(红移)。综上,溅射功率为80W时制备的含硅量子点SiCx薄膜性能最佳。研究结果为硅量子点太阳电池的后续研究奠定了基础。
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关键词
脉冲功率
微波退火
硅
量子点
富
硅
碳化硅
基
薄膜
光谱特性
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职称材料
题名
硅基SiC薄膜制备与应用研究进展
1
作者
杨晨光
王秀峰
机构
陕西科技大学材料科学与工程学院
出处
《材料导报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第7期26-39,共14页
文摘
碳化硅(SiC)材料具有极为优良的物理、化学及电学性能,可满足在高温、高腐蚀等极端条件下的应用,碳化硅还是极端工作条件下微机电系统(MEMS)的主要候选材料,成为国际上新材料、微电子和光电子领域研究的热点。同时,碳化硅有与硅同属立方晶系的同质异形体,可与硅工艺技术相结合制备出适应大规模集成电路需要的硅基器件,因此用硅晶片作为衬底制备碳化硅薄膜的工作受到研究人员的特别重视。本文综述了近年来国内外硅基碳化硅薄膜的研究现状,就其制备方法进行了系统的介绍,主要包括各种化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD)法和物理气相沉积(Physical vapor deposition,PVD)法,并归纳了对硅基碳化硅薄膜性能的研究,包括杨氏模量、硬度、薄膜反射率、透射率、发光性能、电阻、压阻、电阻率和电导率等,以及其在微机电系统传感器、生物传感器和太阳能电池等领域的应用,最后对硅基碳化硅薄膜未来的发展进行了展望。
关键词
硅基碳化硅薄膜
化学气相沉积
物理气相沉积
微机电系统传感器
生物传感器
太阳能电池
Keywords
Si-based SiC films
chemical vapor deposition
physical vapor deposition
MEMS sensors
biosensors
solar cells
分类号
TB34 [一般工业技术—材料科学与工程]
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职称材料
题名
脉冲功率对含硅量子点SiC_x薄膜物相结构及光谱特性的影响
2
作者
张志恒
赵飞
杨雯
莫镜辉
葛文
李学铭
杨培志
机构
可再生能源材料先进技术与制备教育部重点实验室
出处
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2019年第2期529-534,共6页
基金
国家自然科学基金项目(51362031
21701140)
+1 种基金
云南省基础研究重点项目(2017FA024)
云南省高校科技创新团队支持计划资助
文摘
基于硅量子点(Si-QDs)的全硅叠层太阳电池被认为是最有潜质的高效太阳电池之一。目前所报道的硅量子点薄膜存在硅量子点数密度低、缺陷多等问题,限制了硅量子点太阳电池的光电转换效率。微波退火(microwave annealing,MWA)被认为是一种有益于制备纳米结构材料的方法。微波退火的非热效应可以降低形核能,改善薄膜的微结构和光电性能。因此,采用磁控共溅射技术并结合微波退火工艺,在不同的脉冲功率下制备了含硅量子点SiCx薄膜;采用掠入射X射线衍射(GIXRD)、拉曼(Raman)光谱、紫外-可见-近红外分光光度计和光致发光(PL)光谱表征薄膜的物相结构及光谱特性;研究不同脉冲功率对硅量子点数密度和性能的影响,进而改进磁控共溅射工艺,制备硅量子点数密度较高和性能良好的薄膜。样品的GIXRD谱和Raman谱均显示其中存在硅量子点,其强度先增大后减小;通过谢乐(Scherrer)公式估算出硅量子点尺寸呈现先增大后减小的规律,脉冲功率为80W时尺寸达到最大(8.0nm)。在Raman光谱中还观察到中心位于511cm-1处出现硅量子点Si-Si横向光学振动模式的拉曼峰,其强度也呈现先增大后减小的趋势;对拉曼光谱做最佳高斯(Gauss)分峰拟合,得出薄膜的晶化率均高于62.58%,脉冲功率为80W时制备的薄膜具有最高的晶化率(79.29%)。上述分析表明薄膜中均有硅量子点的形成,且数量先增加后减小,脉冲功率为80 W时硅量子点数量最多。通过测量样品的透射率T、反射率R等光学参数,利用Tauc公式估算出薄膜的光学带隙,发现带隙值随溅射功率的增加先减小后增大,在脉冲功率为80W时最小(1.72eV)。硅量子点尺寸与光学带隙成反比,说明薄膜中的硅量子点具有良好的量子尺寸效应。通过PL光谱分析样品的发光特性,对其做最佳高斯拟合,发现样品中均有6个发光峰。结合Raman光谱的分析结果,可以得出波长位于463～624nm的发光峰源于硅量子点的作用;而波长位于408和430nm的发光峰则源于薄膜内部的缺陷态,峰位没有偏移,但强度有变化。根据发光峰对应的波长可计算其能带分布,从而确定缺陷态类型:408nm的发光峰归因于≡Si°→Ev电子辐射跃迁,430nm的发光峰则归因于≡Si°→≡Si-Si≡的缺陷态发光。还研究了硅量子点的尺寸对发光峰移动的影响。结果表明,随硅量子点尺寸变小(大),发光峰蓝移(红移)。综上,溅射功率为80W时制备的含硅量子点SiCx薄膜性能最佳。研究结果为硅量子点太阳电池的后续研究奠定了基础。
关键词
脉冲功率
微波退火
硅
量子点
富
硅
碳化硅
基
薄膜
光谱特性
Keywords
Pulse power
MWA
Si-QDs
Si-rich silicon carbide thin films
Spectral properties
分类号
O484.5 [理学—固体物理]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
硅基SiC薄膜制备与应用研究进展
杨晨光
王秀峰
《材料导报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
0
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职称材料
2
脉冲功率对含硅量子点SiC_x薄膜物相结构及光谱特性的影响
张志恒
赵飞
杨雯
莫镜辉
葛文
李学铭
杨培志
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2019
0
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