氢化非晶硅薄膜中氢含量和键合方式的红外分析

氢化非晶硅薄膜中氢含量和键合方式的红外分析

一、氢化非晶硅薄膜中氢含量及键合模式的红外分析(论文文献综述)

杨淞婷[1](2021)在《P型a-Si薄膜电极制备和气体氢化处理对其结构和电化学储氢性能的影响》文中研究说明镍氢(Ni-MH)电池作为一种成熟的二次电池,已在能源应用领域广泛普及。然而,由于受到传统储氢合金材料电化学容量较低、水系电解液电化学窗口较窄的制约,当前Ni-MH电池的能量密度相对于锂离子电池较低,在二次电池的激烈竞争中处于不利地位。因此,亟需探索高容量的储氢负极材料,寻找电化学窗口较宽的电解质溶液体系,来提高Ni-MH电池的市场竞争力,促进镍氢产业的长远发展。本文基于非晶硅材料具有良好电化学储氢性能的理论依据,以磁控溅射沉积的P型非晶硅薄膜为研究对象,首先探索了磁控溅射工艺对薄膜品质的影响,然后在两个不同气体氢化条件下对其进行氢化处理,采用SEM、XRD、TEM、FTIR、电化学测试等表征手段分析气体氢化处理对非晶硅薄膜表面性质、微观结构和电化学性能的影响,旨在研究气体氢化行为影响非晶硅薄膜电化学储氢性能的关键因素。主要研究结果如下:(1)在磁控溅射镀膜过程中,随着溅射功率的增加,薄膜沉积速率增加。溅射偏压的引入可以改善薄膜与衬底之间的结合强度,但偏压过大会造成沉积衬底的质量损耗,对硅薄膜电极活性物质质量的确定带来误差。在偏压50 V,功率300W,沉积3 h的镀膜条件下,溅射偏压对衬底的损耗较小,此时薄膜质量的不准确度为±0.01 mg,质量损耗可忽略不计。(2)喷砂预处理衬底工艺可显着改善硅薄膜与衬底之间的结合强度。通过FTIR分析发现,氢化后的非晶硅薄膜中存在Si H、Si H2和(Si H2)n三种键合模式。经300℃、5 MPa和500℃、1 MPa氢化处理后,硅薄膜的接触角由溅射态的50.8-51.8°,分别减小至42.6-45.3°、33.5-35.2°。(3)以1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([EMIM][Ac])与冰醋酸混合液为电解质溶液,探究非晶硅薄膜负极在质子型离子液体中的电化学储氢性能。结果表明,在2000 m A·g-1的充电电流密度和200 m A·g-1的放电电流密度条件下,溅射态的P型a-Si薄膜最大放电容量为180.6 m Ah·g-1,经300℃、5 MPa和500℃、1 MPa氢化处理后,其最大放电容量分别增加至316.2 m Ah·g-1和1827.2 m Ah·g-1。随着充电电流密度的增加,薄膜电极的放电容量呈增加趋势。

尤超[2](2020)在《非晶硅薄膜的结构分析及作为新型镍氢电池负极材料的研究》文中认为Ni-MH电池自上世纪90年代投入商业应用以来,作为Ni-MH电池负极的储氢合金电极材料发展已取得显着进展。然而,在绿色电动汽车和储能器件高速发展的今天,传统Ni-MH电池由于受限于现有储氢合金电极容量较低以及水系电解质电化学窗口较窄的缺点,致使镍氢电池能量密度的提升仍比较缓慢,这极大限制和阻碍了Ni-MH电池的进一步应用。因此,探索非传统储氢合金的新型高容量储氢电极负极材料以及与之匹配的具有较宽电化学窗口的电解液,这对发展高能量密度的镍氢电池有着十分重要的意义。基于最近有关非晶硅材料具有可逆电化学储氢性能的初步研究结果,本文首先通过磁控溅射方法制备非晶硅(a-Si)薄膜材料,探究了非晶硅薄膜的制备工艺,并采用三维轮廓、XRD、XPS、EDS、TEM等表征手段对非晶硅薄膜进行表征。对上述a-Si薄膜在以一定的压力和温度下的高纯H2中进行氢化处理,以制备氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜,并采用红外FT-IR光谱等对该a-Si:H薄膜的结构和硅-氢键合模式进行分析。最后,以1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐离子液体([EMIM][Ac])与醋酸混合组成的质子型离子液体为电解质,分别以非晶硅薄膜和氢化非晶硅薄膜作电池负极,组装成世伟洛克型电池,测试和分析了上述a-Si薄膜及a-Si:H薄膜的电化学性能。主要研究结果如下:(1)在磁控溅射制备非晶硅薄膜过程中,溅射功率和气体工作压强对非晶硅薄膜的生长影响明显。随着溅射功率的增大,薄膜的生长速率随之增大;工作压强的作用则相反,随着工作压强的增大,薄膜的生长速率呈减小趋势。通过相关的表征分析可知硅薄膜呈现非晶态,但由于实验条件的制约,非晶硅薄膜在表面及体相中存在一定程度的氧化,并且在溅射过程中,在衬底与薄膜的界面处有硅镍化合物产生。(2)通过储氢性能PCT装置对非晶硅薄膜进行氢化处理。在高温氢化处理过程中薄膜出现剥落,随着氢化时间的延长薄膜的剥落现象加剧,薄膜表面出现气孔。另外,通过相关表征发现高温氢化后的薄膜部分发生晶化,氢化后的薄膜氧化现象更为明显。通过红外光谱分析,在制备的氢化非晶硅薄膜中存在SiH,SiH2,SiH3三种键合模式。(3)在电化学测试中,设定充放电电流密度为200 mA·g-1,本征非晶硅薄膜最大放电容量为113 mAh·g-1,采用共溅射制备的含有合金的非晶硅薄膜最大放电容量为221 mAh·g-1,电导率对非晶硅的电化学性能影响明显。氢化处理后的氢化非晶硅薄膜的最大放电容量为479.5 mAh·g-1,说明氢化处理对非晶硅薄膜的电化学性能影响更为明显。三组样品的放电平台均出现在0.7V附近。以上的电化学性能证明非晶硅在镍氢电池中有这非常大的应用潜力。

翁秀章[3](2018)在《PECVD沉积参数对非晶硅向微晶硅薄膜转化及微结构的影响》文中认为微晶硅薄膜材料既具有非晶硅薄膜材料高的光吸收系数,又具有晶体硅材料的高稳定性、长载流子寿命,以及较小光致衰退效应而被国内外专家与市场肯定。对于微晶硅薄膜材料的研究,国内外一般均采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术制备,设备简单,技术成熟,低温且大面积均匀性好,材料与电池一次成形,成本低。本文参考国内外的研究成果,分析了硅基薄膜的性能和生长机制,对硅基薄膜的制备方法和沉积工艺进行了初步的探索研究,并研究了PECVD沉积工艺对非晶硅向微晶硅转化以及微结构的影响。论文采取射频(13.56MHz)PECVD系统制备硅基薄膜材料。通过X射线衍射谱,紫外可见光透射谱,红外傅里叶吸收谱,拉曼光谱等对样品薄膜进行表征分析,探索了硅烷浓度、射频功率、沉积温度、沉积压强等参数对非晶硅向微晶硅薄膜材料转化的影响,并探究其对材料的结构性质以及光学特性的影响。研究结果表明:1.采用PECVD系统,以硅烷和氢气为反应气源,通过改变射频功率、硅烷浓度来制备氢化硅基薄膜材料。研究了沉积参数的变化对硅基薄膜材料微结构的影响。实验结果表明,随着射频功率的增加,薄膜中氢含量也相应地增大,而光学带隙表现出先增大后减小的规律。当硅烷浓度逐渐降低时,薄膜材料的光学带隙相应地降低,并从非晶硅薄膜逐渐向微晶硅薄膜材料转变,且薄膜材料在晶向(111)方向的晶粒尺寸达到了10.92nm。因此,在高沉积压强、大射频功率、低硅烷浓度条件下可以有效优化并改善硅基薄膜材料的质量,使其从非晶硅薄膜向微晶硅薄膜材料过渡。2.利用PECVD沉积系统,以硅烷和氢气为气源,通过改变衬底温度来制备微晶硅薄膜材料。研究结果表明:随着衬底温度的升高,薄膜中的氢含量在逐渐降低,而薄膜材料中微结构因子表现出相反的趋势,薄膜的晶相表现为从非晶逐渐向微晶转变,且当衬底温度为200℃时,薄膜样品的晶化率达到最大为68.7%。光学带隙表现出单调递减的规律。最终结果表明,优化的其它参数条件下,当衬底温度为200℃时,可以有效地促使非晶硅薄膜向微晶硅薄膜材料转变,即最优衬底沉积温度为200℃。3.利用PECVD沉积系统,以硅烷和氢气为气源,通过变化沉积压强来研究硅基薄膜材料的微结构。研究结果表明:薄膜样品的光学带隙随着沉积压强的升高而减小,薄膜逐渐从非晶态向微晶态转化,且薄膜样品的晶化率从51.6%增加到62.8%。薄膜氢含量减小而结构因子随之增大,薄膜样品表面会呈现出一些不均匀性现象。

王涛[4](2018)在《HWCVD制备氢化非晶硅和氢化非晶氧化硅对晶体硅表面的钝化性能研究》文中指出硅片表面钝化是a-Si:H/c-Si异质结太阳电池获得高转换效率的关键技术之一。用于钝化的薄膜材料主要有氢化非晶硅a-Si:H、氢化非晶氧化硅a-SiOx:H。目前,对这两种材料钝化的关键控制参量的认识仍不够明晰,导致无法准确把握其制备技术改进方向。本文采用热丝化学气相沉积(HWCVD)法制备a-Si:H薄膜和a-SiOx:H薄膜,通过改变工艺参数获得不同微观结构和钝化效果的薄膜,采用椭圆偏振光谱仪、傅里叶红外以及少子寿命测试仪系统分析薄膜微观结构、介电函数等指标与钝化效果的关联,主要取得如下结论:(1)在形成非晶硅网络结构时,高频介电函数ε1∞与折射率的关系为当k=0,ε1∞=n∞2,a-Si:H薄膜的折射率越大意味着薄膜结构更为致密。结合红外光谱分析发现,每个工艺参数中,薄膜微观结构因子R*[ISiH2/(ISi H+ISiH2)]是在折射率n∞值最大时,其值最小。R*值越小说明a-Si:H薄膜中SiH2键合占比较低,体现出较为致密网状结构,所以,可通过ε∞值大小判断薄膜致密度的高低。(2)改变沉积气压与衬底温度,发现其变化与a-Si:H薄膜的光学带隙Eg和介电函数虚部ε2峰值变化均有线性关系。沉积气压系列中,Eg值与ε2峰值随着沉积气压均增加线性降低;衬底温度系列中,Eg值随着沉底温度增加而减小,ε2峰值随着衬底温度增加而升高。说明a-Si:H薄膜的Eg与ε2存在较强的关联。(3)a-Si:H薄膜中SiH2含量逐渐提高时,折射率nbulk(632.8nm)逐渐降低,在本研究范围内,二者呈线性关系。(4)HWCVD法沉积a-SiOx:H薄膜的样品中最高少子寿命值为2539μs,沉积a-Si:H薄膜的样品最高少子寿命为1154μs,此时两种薄膜的R*分别为0.11和0.25,均不是所做样品中的最小值,也非最大值。说明钝化薄膜中SiH2键含量并非越小越好,需在合适范围。以上结果体现出两种薄膜的ε1∞、ε2峰值、nbulk(632.8nm)与其R*和钝化效果之间存在较强的关联性,可以为优化薄膜材料与沉积工艺取得最佳钝化效果提供有效表征手段。

刘晶晶[5](2018)在《基于温和等离子体处理的a-Si薄膜的钝化研究》文中指出面对越来越严重的能源以及环境问题,人们将越来越多的注意力转向了光伏太阳能。其中,晶体硅太阳电池技术已经高度产业化,效率已达瓶颈。为了进一步提高电池效率、降低成本以实现平价上网的目标,大量的光伏企业,大学和研究机构已致力于各种低成本、高效率晶体硅太阳能电池的研究。非晶硅/晶体硅异质结太阳电池作为高效晶体硅太阳电池的一种,有望进一步降低成本,于是成为了行业内的研究热点。异质结太阳电池获得高转换效率的关键在于非晶硅薄膜可以对晶体硅表面的悬挂键实现优异的钝化。常用制备非晶硅薄膜的方法有等离子体增强化学气相沉积、电感耦合等离子体化学气相沉积和热丝化学气相沉积。但是,其中前两种技术沉积过程中会对衬底造成表面损伤,第三种则容易导致硅的低温外延,都会降低薄膜的质量。本论文采用一种先进的温和等离子体沉积技术来制备非晶硅薄膜,并对其在晶硅表面的钝化性能作了系统的研究。具体研究工作如下:(1)介绍了本文采用的自主研发的温和等离子体沉积系统(即CCEP非平行板式电容耦合等离子体系统)的结构、原理与先进性,并对沉积非晶硅薄膜的实验流程进行了详细介绍。(2)通过改变温和等离子体系统的工艺参数(沉积气压、功率、温度和氢气硅烷流量比等)制备不同质量的非晶硅薄膜。利用傅里叶变换红外光谱仪、拉曼光谱仪、椭圆偏振光谱仪和扫描电子显微镜研究薄膜的微结构,并以薄膜的氢含量和微结构因子来分析制备工艺参数对非晶硅薄膜微结构的影响。结果表明,沉积气压为65 Pa时,薄膜具有较高的氢含量17.6%,且微结构因子最低为0.24,薄膜具有较好的致密性。气压升高或者降低,薄膜的氢含量都会降低,并且微结构因子增大,薄膜致密性变差;沉积功率为100 W时,薄膜氢含量为18.2%,微结构因子最低为0.28,薄膜致密性最好。沉积功率较小或较大时,薄膜致密性会变差,前者是由于硅烷不能被完全分解,后者则是较大的功率导致生长的薄膜受到粒子轰击而产生缺陷;沉积温度为50℃时,薄膜具有最高的氢含量21.3%,薄膜也相对疏松,微结构因子为0.35。随着温度的上升,薄膜变得相对致密,但同时氢含量也不断减少;在氢气硅烷流量比为R=0时,薄膜的氢含量最高为24.27%,微结构因子相对较高,随着氢气硅烷流量比的增加氢含量逐渐降低,薄膜变得相对致密。在氢气硅烷流量比为R=5时,薄膜氢含量为20.16%,微结构因子为0.25,薄膜的致密性最好。氢气硅烷流量比继续增加时,过高的氢气稀释会在薄膜中引入缺陷,导致薄膜微结构质量变差。(3)基于温和等离子体在n型(电阻率:0.71Ω·cm,厚度:430μm)晶体硅片上双面制备了非晶硅薄膜,利用少子寿命仪测试少子寿命和开路电压,计算表面复合速度,研究了不同工艺参数对非晶硅薄膜在此晶硅表面钝化性能的影响。结果表明,随着沉积气压的升高,薄膜中的氢含量升高,微结构因子减小,薄膜的钝化性能得以提升。当沉积气压进一步升高时,薄膜微结构因子增大,致密性变差,导致钝化性能下降;随着沉积功率的升高,薄膜的钝化性能先提高后下降。功率较小或较大时,薄膜的致密性较差,从而降低了钝化性能;沉积温度为50℃时,薄膜具有最高的氢含量。随着沉积温度的上升,薄膜中氢含量减少且变得相对致密,对应的钝化性能先降低后升高。温度过高时,由于氢含量严重降低导致薄膜钝化性能下降;在氢气硅烷流量比较低时,薄膜中形成的多孔隙微结构导致薄膜钝化性能较差。随着流量比的增加,薄膜微结构因子逐渐降低,薄膜钝化性能得以改善。过高的氢气稀释,导致薄膜微结构因子再次升高,薄膜钝化性能下降。最终,在优化的最佳条件(沉积气压:65 Pa,功率:100 W,温度:50℃,氢气硅烷流量比:R=5)下,经非晶硅薄膜钝化的晶体硅片获得了445μs的少子寿命,开路电压达到696 mV,表面复合速度低至48 cm/s,薄膜的钝化性能得到了显着的改善。

翁秀章,周炳卿,谷鑫[6](2018)在《PECVD沉积参数对非晶硅向微晶硅薄膜转化的影响》文中研究指明采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统,以硅烷和氢气为反应气源,通过改变射频功率、硅烷浓度来制备氢化硅基薄膜材料。研究了沉积参数的变化对硅基薄膜材料微结构的影响。通过红外吸收谱、紫外可见光谱以及X射线衍射谱对样品材料进行表征。实验结果表明,随着射频功率的增加,薄膜中氢含量也相应地增大,而光学带隙表现出先增大后减小的规律。当硅烷浓度逐渐降低时,薄膜材料的光学带隙相应地降低,并从非晶硅薄膜逐渐向微晶硅薄膜材料转变,且薄膜材料在(111)方向的晶粒尺度达到了10.92 nm。实现了在高沉积压强、大射频功率、低硅烷浓度条件下可以有效优化改善硅基薄膜质量。

朱永航,刘一剑,黄霞,黄惠良[7](2016)在《氢化非晶硅薄膜的制备与工艺参数优化》文中提出采用间接型射频等离子体增强化学气相沉积方法,通过改变H2/SiH4气流量比、工艺功率和工艺压强,制备出了氢化非晶硅薄膜。研究了H2/SiH4气流量比、工艺功率以及工艺压强对非晶硅薄膜光学特性的影响。实验结果表明,该方法可以制备出氢化非晶硅薄膜,且通过改变实验条件,可以改变薄膜微观结构及成分;随着H2/SiH4气流量比的增加,SiH化合物含量增加,多氢化合物含量降低;适当增加射频功率,可以提高薄膜表面的均匀性,同时,功率的增加会使氢含量增加;此外,薄膜表面氢含量随工艺气压的降低而减小。

刘云飞[8](2016)在《基于第一性原理的a-Si:H红外特性研究》文中研究指明氢化非晶硅具有很强的光电导和较大的光吸收系数,不但可以通过掺杂改变其导电类型,而且可通过改变沉积工艺条件连续的调整材料的光电性质,它作为一种优秀的半导体材料在军事和民用领域都得到了广泛应用。但是由于传统的非晶硅材料中悬挂键的存在会劣化材料的稳定性,从而影响非晶硅薄膜器件的性能。目前大部分研究主要集中在工艺条件对氢化非晶硅薄膜结构和性质的影响,通过计算机模拟仿真的研究较少。本文以实验为基础,基于第一性原理建立了a-Si:H模型,并对其结构和红外特性的仿真结果与实验结果进行了对比分析。本文首先建立了2×2×2含64个Si原子的c-Si64模型,而后采用液相冷却方法对模型进行了加热冷却得到纯硅非晶态结构模型,仿真结果表明该结构较好的体现了非晶硅的短程有序、长程无序的性质。进一步研究了非晶态模型的密度对其结构和性质的影响,并发现当密度为2.20g/cm3时模型缺陷的数量较低,模型性质较为稳定。为了更加深入的认识非晶硅薄膜中H原子的重要性,建立理想的氢化非晶硅模型。本文进行了薄膜的红外特性实验研究,对薄膜中氢含量做了定量计算,研究了薄膜中氢含量随压强的变化,发现薄膜的氢含量随压强升高的先增加而后降低当反应压强为80pa时到达最大值。并且对上述不同的氢含量薄膜中的键合模式、折射率、消光系数进行了对比分析。实验部分不仅加深了对薄膜结构和红外性质的认识,并且为仿真模型合理性验证提供了实验依据。最后对非晶态模型进行了H原子的添加,并且建立了不同氢含量的非晶硅模型,研究了模型中氢含量对模型结构和性质的影响,发现11%氢含量模型缺陷密度较低,相变程度较小,H原子以Si-H键存在于模型中,其性质较为稳定。最后对上述模型的红外特性进行了仿真分析,并通过与实验结果的对比验证了模型的合理性。

周湘[9](2016)在《氢含量对非晶硅薄膜热光效应影响的研究》文中进行了进一步梳理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。在基于非晶硅热光效应设计的器件中,材料的热光系数是影响其光学性能的关键因素。表征热光系数的禁带宽度、极化率等参数会因为材料微结构的变化而发生改变。而薄膜中氢含量及氢的键合方式是影响薄膜的微结构的主要因素。因此本文从仿真和工艺两方面研究了薄膜中氢含量的变化对热光效应的影响。首先,通过对非晶硅结构和热光效应基本物理原理的理论分析,总结出非晶硅薄膜中氢含量的变化会影响其热光效应。基于非晶硅热光系数的单振荡器模型,推导出氢含量与非晶硅热光系数的关系,并在此基础上仿真分析了氢含量对薄膜热光系数的影响,为之后的实验设计提供了理论依据。其次,为了测试非晶硅薄膜的热光系数,设计搭建了基于FILMeasure-20的测量平台,并使用搭建的平台研究分析了热处理非晶硅薄膜和N掺杂非晶硅薄膜在1550nm波段薄膜的氢含量对热光效应的影响。通过对PECVD沉积的非晶硅薄膜样品进行不同温度的短时间退火热处理,研究了氢含量及其键合方式的改变对热光效应的影响。实验结果表明,与未经过退火处理的薄膜样品相比,由FTIR吸收峰强度表征的氢含量在退火温度为100℃到300℃时逐渐上升;当退火温度到500℃之后吸收峰强度减弱,氢含量下降,薄膜的热光系数也是呈先增长再下降的趋势。将SiH4和NH3的混合气体通入PECVD制备了N掺杂非晶硅薄膜,研究不同掺杂比下薄膜中氢含量和Si-H的键合方式的变化对热光效应的影响。分析发现,当氮含量较低时,薄膜的FTIR吸收峰强度较大,膜中氢含量较高,N掺杂非晶硅薄膜的折射率和热光效应的表征更接近非晶硅;薄膜中掺氮含量较高时,Si-N键的吸收峰会增强,影响Si-H键的键合方式,N掺杂非晶硅薄膜的折射率及其热光系数都呈下降的趋势,更接近氮化硅。通过仿真分析和实验验证可知,工艺参数的改变能有效地改变薄膜中氢的键合方式及氢含量,进而改变其热光系数,这对于光电器件的实际生产实践具有重要的参考意义。

朱永航[10](2016)在《射频等离子体CVD法制备a-Si:H薄膜的研究》文中研究表明硅薄膜是常用光学薄膜材料之一,由于其工艺简单,制作成本较低,可选衬底较多,同时兼容硅半导体工艺,因此在太阳能电池应用中具有广泛的前景。本论文研究目的在于通过两种PECVD方法,即电容耦合等离子体增强化学气相沉积(CCP-CVD)法和电感耦合等离子体增强化学气相沉积(ICP-CVD)法,以SiH4和H2为前驱体,制备了多种参数条件下的硅薄膜。比较了两种PECVD方法的原理及特点,并研究了氢稀释比、工艺功率、工艺压强及温度对硅薄膜的影响。研究了利用实验室设计的CCP-CVD设备进行工艺前的清洗条件,以保证工艺稳定进行。并研究了这些参数对薄膜沉积速率、膜表面均匀性、表面晶粒及光学性能的影响。本工作主要研究成果如下:SiH4和H2流量对CCP-CVD设备辉光放电影响较大,随着SiH4气体流量的增大,辉光颜色由暗紫色变为蓝色再变为暗紫色。当SiH4流量为15 sccm,H2流量为10 sccm时,辉光最稳定。工艺功率与工艺气压对辉光稳定性没有明显影响;随着工艺时间的累积,CCP-CVD法辉光颜色越来越深,工艺腔内部被非晶硅颗粒污染;利用SF6与O2蚀刻非晶硅颗粒,当SF6与O2气流量分别为15 sccm和5 sccm时,蚀刻速率最快,效果最好。利用CCP-CVD法制备硅薄膜过程中,只能制备出a-Si薄膜,并且薄膜表面不均匀,沉积速率低,薄膜性能差,沉积系统不稳定,无法制备出满足器件级要求的硅薄膜。利用ICP-CVD法制备硅薄膜时,能沉积出性能良好的a-Si薄膜和多晶硅薄膜。当氢稀释比为98%时能沉积出结晶率为65%的多晶硅薄膜。功率更高或温度提高均可以提高硅薄膜结晶率。同时研究了硅薄膜的掺杂。当PH3以98%的H2稀释,功率3 kW、温度350℃、压强10 mTorr时,可以得到电导率为1.916Ω-1?cm-1的n型多晶硅薄膜,并且当压强增加为22 mTorr时,n型多晶硅薄膜的能带间隙可以减小到1.29 eV。当氢稀释比为77%时可以很容易制备性能良好的a-Si薄膜。当功率为2 kW,压强为20 mTorr,温度为200℃时,a-Si薄膜的能带间隙能达到1.77 eV。同时对a-Si薄膜进行p型掺杂可得到电导率为0.315Ω-1?cm-1的p型a-Si薄膜。

二、氢化非晶硅薄膜中氢含量及键合模式的红外分析(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、氢化非晶硅薄膜中氢含量及键合模式的红外分析(论文提纲范文)

(1)P型a-Si薄膜电极制备和气体氢化处理对其结构和电化学储氢性能的影响(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 镍氢电池的研究现状
        1.2.1 镍氢电池的工作原理
        1.2.2 镍氢电池传统合金负极的研究现状
    1.3 晶体硅的储氢研究现状
        1.3.1 晶体硅的气态储氢
        1.3.2 晶体硅的电化学储氢
    1.4 非晶硅薄膜的储氢研究现状
        1.4.1 非晶硅薄膜的结构
        1.4.2 非晶硅薄膜的制备
        1.4.3 非晶硅薄膜的储氢性能
    1.5 本文选题意义及研究内容
第2章 实验方法
    2.1 实验材料与设备
    2.2 磁控溅射技术
        2.2.1 磁控溅射的原理
        2.2.2 磁控溅射的特点
    2.3 非晶硅薄膜材料的表征方法
        2.3.1 静态接触角测试
        2.3.2 X射线衍射
        2.3.3 扫描电子显微镜
        2.3.4 原子力显微镜
        2.3.5 透射电子显微镜
        2.3.6 X射线光电子能谱分析
        2.3.7 拉曼光谱分析
        2.3.8 傅里叶变换红外光谱分析
        2.3.9 三维表面轮廓仪
    2.4 非晶硅薄膜电极的电化学表征方法
        2.4.1 世伟洛克型电池的组装
        2.4.2 充放电循环性能测试
        2.4.3 循环伏安测试
第3章 磁控溅射制备P型a-Si薄膜电极及其成膜工艺研究
    3.1 引言
    3.2 实验过程
    3.3 磁控溅射制备工艺对a-Si的成膜规律的影响
        3.3.1 溅射功率对a-Si薄膜的影响
        3.3.2 偏压对a-Si薄膜的影响
    3.4 薄膜电极中的a-Si活性物质质量的确定和不确定度分析
        3.4.1 a-Si薄膜的质量确定
        3.4.2 a-Si薄膜质量的不确定度分析
    3.5 衬底的不同预处理
        3.5.1 扫描电镜分析
        3.5.2 三维表面轮廓仪分析
        3.5.3 薄膜的物相和成分分析
    3.6 本章小结
第4章 非晶硅薄膜的气体氢化处理及其微观结构变化
    4.1 引言
    4.2 非晶硅薄膜的气体氢化处理
        4.2.1 实验过程
        4.2.2 气体氢化处理后薄膜的形貌
    4.3 气体氢化处理前后硅薄膜的表征分析
        4.3.1 X射线衍射分析
        4.3.2 透射电子显微镜分析
        4.3.3 EDS能谱分析
        4.3.4 X射线光电子能谱分析
        4.3.5 Raman图谱分析
        4.3.6 傅里叶变换红外光谱分析
        4.3.7 静态浸润角测试
    4.4 本章小结
第5章 非晶硅薄膜电极在质子型离子液体中的电化学储氢行为研究
    5.1 引言
    5.2 不同气体氢化条件下P型a-Si薄膜电极的电化学性能
        5.2.1 充放电循环测试
        5.2.2 循环伏安测试
    5.3 充放电电流密度对a-Si:H薄膜电极的影响
    5.4 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

(2)非晶硅薄膜的结构分析及作为新型镍氢电池负极材料的研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 镍氢电池概述
        1.2.1 传统合金氢化物镍氢电池的特点和应用
        1.2.2 新型镍氢电池的发展
    1.3 硅基材料在储能和电化学方面的应用
        1.3.1 硅在锂离子电池中的应用
        1.3.2 硅在储氢及电化学方面应用
    1.4 本文选题意义及研究内容
第2章 实验方法及原理
    2.1 薄膜制备方法简述
    2.2 磁控溅射原理及非晶硅薄膜制备
        2.2.1 磁控溅射原理
        2.2.2 磁控溅射影响成膜质量的因素
    2.3 非晶硅的气态氢化处理和方法
    2.4 非晶硅薄膜的表面形貌和微观结构分析表征
        2.4.1 三维轮廓仪
        2.4.2 小角掠入射X射线衍射
        2.4.3 扫描电子显微镜
        2.4.4 透射电子显微镜
        2.4.5 傅里叶变换红外光谱
    2.5 电池组装及非晶硅薄膜电极的电化学性能测试
        2.5.1 世伟洛克型电池组装
        2.5.2 电解液配置
        2.5.3 充放电循环性能测试
        2.5.4 循环伏安测试
第3章 非晶硅薄膜的制备及组织结构分析
    3.1 引言
    3.2 实验过程
    3.3 实验设计
    3.4 结果分析及薄膜表征
        3.4.1 薄膜的厚度测量及工艺参数确定
        3.4.2 薄膜的形貌分析
        3.4.3 薄膜的物相及结构分析
    3.5 含掺杂的非晶硅薄膜制备
    3.6 本章小结
第4章 非晶硅薄膜的氢化及电化学性能研究
    4.1 引言
    4.2 非晶硅薄膜的氢化行为研究
        4.2.1 实验过程
        4.2.2 氢化非晶硅薄膜表面形貌和结构分析
        4.2.3 氢化处理后非晶硅薄膜的结构分析
        4.2.4 氢与硅的相互作用分析
    4.3 非晶硅薄膜电极在质子型离子液体中的电化学性能研究
        4.3.1 电解液相关分析
        4.3.2 电化学性能分析
        4.3.3 循环后电极片相关分析
    4.4 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
致谢
附录A 攻读硕士期间所发表的论文

(3)PECVD沉积参数对非晶硅向微晶硅薄膜转化及微结构的影响(论文提纲范文)

中文摘要
abstract
第一章 引言
    1.1 太阳能电池的研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 非晶硅薄膜材料
        1.3.1 非晶硅薄膜的基本特性
        1.3.2 非晶硅薄膜的制备以及其自身缺陷
    1.4 微晶硅薄膜材料
        1.4.1 微晶硅薄膜的基本特性
        1.4.2 微晶硅薄膜生长模型
    1.5 本文的研究目的及主要内容
第二章 硅基薄膜的制备及样品的表征分析
    2.1 实验仪器PECVD的介绍
    2.2 沉积原理及反应过程
    2.3 实验样品的表征手段及分析方法
        2.3.1 傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析
        2.3.2 X射线衍射谱(XRD)分析
        2.3.3 激光拉曼光谱(Raman)分析
第三章 沉积参数对非晶硅向微晶硅膜转化的影响
    3.1 实验目的
    3.2 实验过程
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 不同射频功率的红外光谱分析
        3.3.2 不同射频功率下的紫外可见光谱分析
        3.3.3 硅烷浓度对Si-H键合方式的影响
        3.3.4 硅烷浓度对样品光学特性的影响
    3.4 本章小结
第四章 衬底温度对非晶硅薄膜到微晶硅薄膜转变的影响
    4.1 实验目的
    4.2 实验过程
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 拉曼光谱分析
        4.3.2 傅里叶红外光谱分析
        4.3.3 紫外-可见光谱对薄膜样品的分析
    4.4 本章小结
第五章 沉积压强对非晶硅薄膜到微晶硅薄膜转变的影响
    5.1 实验目的
    5.2 实验过程
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 沉积压力对沉积速率的影响
        5.3.2 激光拉曼谱的表征
        5.3.3 紫外-可见光谱的表征
        5.3.4 结构因子的分析
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 本文主要结论
    6.2 展望及对后续工作的完善
参考文献
攻读硕士期间发表和完成的论文
致谢

(4)HWCVD制备氢化非晶硅和氢化非晶氧化硅对晶体硅表面的钝化性能研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 晶体硅异质结太阳电池概述
    1.2 氢化非晶硅薄膜的研究现状
        1.2.1 非晶硅薄膜的简况
        1.2.2 氢化非晶硅的结构与性能
        1.2.3 氢化非晶硅薄膜的制备方法
    1.3 椭圆偏振光谱仪的研究现状
        1.3.1 椭偏仪的发展简况
        1.3.2 椭偏分析的特性
    1.4 本论文研究目的与主要内容
第二章 氢化非晶硅薄膜的制备及表征方法
    2.1 引言
    2.2 实验过程与方法
        2.2.1 实验材料与式样
        2.2.2 实验设备
        2.2.3 样品准备与实验过程
    2.3 薄膜性能表征方法
        2.3.1 椭圆偏振光法
        2.3.2 傅立叶红外光谱法
        2.3.3 WCT-120少子寿命测试仪
第三章 氢化非晶硅薄膜的Si-H组态及椭圆偏振光谱法研究
    3.1 引言
    3.2 a-Si:H薄膜微结构及其钝化机理分析
        3.2.1 沉积气压的影响
        3.2.2 热丝电流的影响
        3.2.3 衬底温度的影响
        3.2.4 H_2稀释比的影响
        3.2.5 a-Si:H薄膜分析小结
    3.3 a-SiO_x:H薄膜微结构及其钝化机理分析
        3.3.1 热丝电流的影响
        3.3.2 不同SiH_4流量的影响
        3.3.3 α-SiO_x:H薄膜分析总结
第四章 总结与展望
    4.1 研究结论
    4.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果

(5)基于温和等离子体处理的a-Si薄膜的钝化研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
        1.1.1 高效晶体硅太阳电池
        1.1.2 异质结太阳电池
    1.2 非晶硅薄膜
        1.2.1 非晶硅薄膜的结构特性
        1.2.2 常用的制备方法
    1.3 非晶硅薄膜的国内外研究现状
    1.4 论文的主要内容和架构
第二章 基于温和等离子体的非晶硅薄膜制备与表征技术
    2.1 温和等离子体沉积系统
        2.1.1 结构
        2.1.2 原理与先进性
        2.1.3 操作流程
    2.2 非晶硅薄膜的表征技术
        2.2.1 少子寿命测试仪
        2.2.2 拉曼光谱仪
        2.2.3 椭圆偏振光谱仪
        2.2.4 傅里叶变换红外光谱仪
        2.2.5 扫描电子显微镜
    2.3 本章小结
第三章 制备工艺对非晶硅薄膜微结构的影响
    3.1 引言
        3.1.1 氢含量
        3.1.2 微结构因子
    3.2 非晶硅薄膜样品的制备
        3.2.1 衬底样品的选择
        3.2.2 薄膜样品的制备
    3.3 制备工艺参数对非晶硅薄膜微结构的影响
        3.3.1 沉积气压
        3.3.2 沉积功率
        3.3.3 沉积温度
        3.3.4 氢气硅烷流量比
    3.4 本章小结
第四章 制备工艺对非晶硅薄膜钝化性能的影响
    4.1 引言
        4.1.1 少子寿命与开路电压
        4.1.2 表面复合速度
    4.2 制备工艺参数对非晶硅薄膜钝化性能的影响
        4.2.1 沉积气压
        4.2.2 沉积功率
        4.2.3 沉积温度
        4.2.4 氢气硅烷流量比
    4.3 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文

(6)PECVD沉积参数对非晶硅向微晶硅薄膜转化的影响(论文提纲范文)

1 引言
2 实验
3 结果与讨论
    3.1 不同射频功率下薄膜的红外吸收光谱
    3.2 射频功率对薄膜光学带隙的影响
    3.3 硅烷浓度对Si-H键合方式的影响
    3.4 硅烷浓度对薄膜光学特性的影响
    3.5 硅烷浓度对薄膜晶向结构影响
4 结论

(7)氢化非晶硅薄膜的制备与工艺参数优化(论文提纲范文)

1 引言
2 实验
    2.1 实验系统介绍
    2.2 实验方法及表征
3 结果与讨论
    3.1 非晶硅薄膜的XRD衍射图谱与拉曼图谱
    3.2 H2/SiH4气流量比对Si-H键合方式的影响
    3.3 功率对Si-H键合方式的影响
    3.4 工艺气压对Si-H键合方式的影响
4 结论

(8)基于第一性原理的a-Si:H红外特性研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 a-Si:H薄膜研究背景
        1.2.1 非晶硅薄膜结构和性质
        1.2.2 非晶硅薄膜的制备方法
        1.2.3 非晶硅薄膜测试手段
        1.2.4 a-Si:H 薄膜的研究现状
        1.2.5 a-Si:H 薄膜的应用
    1.3 第一性原理的应用
    1.4 本文研究意义
    1.5 本文内容安排
第二章 第一性原理理论简介
    2.1 密度泛函理论
        2.1.1 薛定谔方程及其近似
        2.1.2 Hohenberg-Kohn定理:多体理论
        2.1.3 Kohn-Sham方程
    2.2 交换关联泛函
        2.2.1 局域密度近似
        2.2.2 广义梯度近似
        2.2.3 杂化密度泛函近似
    2.3 基组
    2.4 赝势方法
    2.5 密度泛函计算过程
    2.6 本章小结
第三章 纯硅非晶态结构模型的建立及优化
    3.1 晶体硅模型建立及优化
    3.2 晶体硅慢速冷却非晶化
    3.3 冷却模型Dmol3优化
    3.4 密度对模型结构和性质的影响
        3.4.1 密度对模型径向分布函数的影响
        3.4.2 密度对模型的缺陷以及配位数的影响
        3.4.3 密度对模型的键角分布函数的影响
        3.4.5 密度对模型的能态密度的影响
    3.5 本章小结
第四章 红外特性实验研究
    4.1 a-Si:H 硅薄膜键合模式介绍
    4.2 a-Si:H 薄膜的制备
    4.3 薄膜测试与红外特性分析
        4.3.1 压强对薄膜厚度及其均匀性的影响
        4.3.2 压强对薄膜折射率和消光系数的影响
        4.3.3 压强对傅里叶红外光谱的影响
        4.3.4 薄膜氢含量分析
    4.4 本章小结
第五章 掺氢模型及红外特性分析
    5.1 冷却模型氢原子添加
    5.2 氢含量对模型结构和性质的影响
        5.2.1 氢含量对径向分布函数的影响
        5.2.2 氢含量对模型缺陷数量的影响
        5.2.3 氢含量对模型键角分布的影响
        5.2.4 氢含量对模型能态密度的影响
    5.3 氢化非晶硅模型红外特性分析
        5.3.1 红外波段光吸收系数分析
        5.3.2 红外波段折射率分析
        5.3.3 红外波段消光系数分析
    5.4 本章小结
第六章 总结
    6.1 本文完成的工作
    6.2 本文展望
致谢
参考文献
攻硕期间研究成果

(9)氢含量对非晶硅薄膜热光效应影响的研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 基于热光特性的光电子器件概述
    1.2 研究意义
    1.3 本文的研究思路及内容安排
第二章 非晶硅薄膜氢含量与热光效应关系的理论研究
    2.1 非晶硅薄膜的结构及H含量的基础理论
        2.1.1 非晶硅薄膜结构的基本特点
        2.1.2 非晶硅薄膜的Si-H组态及H含量
    2.2 热光效应的物理原理
    2.3 非晶硅薄膜氢含量与热光系数的建模仿真
        2.3.1 非晶硅薄膜热光系数的单振荡器模型
        2.3.2 氢含量与热光系数关系的建立
        2.3.3 氢含量对热光系数影响的仿真分析
    2.4 本章小结
第三章 非晶硅热光效应研究的相关测试技术
    3.1 国内外测试方法的发展现状
    3.2 测试平台的搭建
    3.3 非晶硅薄膜其他性能表征方法
        3.3.1 傅里叶红外光谱法
        3.3.2 FILMeasure-20光谱分析法
        3.3.3 扫描电子显微镜法
        3.3.4 X射线衍射法
    3.4 本章小结
第四章 氢含量对热处理非晶硅薄膜热光效应的影响
    4.1 引言
    4.2 薄膜的制备及实验参数设计
        4.2.1 PECVD制备非晶硅薄膜
        4.2.2 实验参数的设计
    4.3 不同退火温度对薄膜氢含量的影响
    4.4 热处理对非晶硅薄膜热光系数的影响
    4.5 本章小结
第五章 氢含量对N掺杂非晶硅薄膜热光效应的影响
    5.1 引言
    5.2 实验参数的设计
    5.3 不同掺杂比下薄膜的H含量及性能的表征
    5.4 N掺杂对非晶硅薄膜热光系数的影响
    5.5 本章小结
第六章 总结
    6.1 工作总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间的研究成果

(10)射频等离子体CVD法制备a-Si:H薄膜的研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 研究意义
        1.1.2 国内外太阳能电池研究进展
    1.2 非晶硅薄膜概述
        1.2.1 概论
        1.2.2 a-Si薄膜的原子结构
        1.2.3 状态密度
        1.2.4 尾态和缺陷态的理论模型
    1.3 硅薄膜的应用
        1.3.1 薄膜太阳能电池的分类
        1.3.2 薄膜太阳能电池组件
        1.3.3 硅薄膜在太阳能电池方面的应用
    1.4 本文研究内容
第二章 薄膜制备及表征方法
    2.1 薄膜样品主要制备方法
        2.1.1 射频等离子体增强化学气相沉积
        2.1.2 高压强高功率RF PECVD
        2.1.3 甚高频等离子体增强化学气相沉积
        2.1.4 电容耦合等离子体化学气相沉积(CCP-CVD)
        2.1.5 电感耦合等离子体化学气相沉积(ICP-CVD)
    2.2 RF PECVD生长非晶硅薄膜原理
        2.2.1 等离子体内的化学反应
        2.2.2 样品生长表面的成膜反应
    2.3 薄膜样品性能表征方法
        2.3.1 扫描电子显微镜(SEM)
        2.3.2 X射线衍射
        2.3.3 拉曼散射
        2.3.4 傅立叶红外变换光谱(FTIR)
        2.3.5 四探针测量薄膜电导率
第三章 CCP-CVD制备非晶硅薄膜的研究
    3.1 实验设备
        3.1.1 设备介绍
        3.1.2 设备原理
    3.2 实验过程
        3.2.1 实验设备工艺调试
        3.2.2 工艺腔室清洗
        3.2.3 CCP-CVD制备硅薄膜的研究
    3.3 CCP-CVD制备硅薄膜的分析
        3.3.1 X射线衍射与拉曼图谱分析
        3.3.2 CCP-CVD的薄膜沉积速率分析
        3.3.3 傅立叶红外变换光谱(FTIR)的分析
    3.4 本章小结
第四章 ICP-CVD制备硅薄膜的研究
    4.1 ICP-CVD结构与原理
    4.2 实验过程
    4.3 ICP-CVD制备硅薄膜的研究与分析
        4.3.1 氢稀释比对硅薄膜的影响
        4.3.2 ICP-CVD对本征多晶硅薄膜的制备与研究
        4.3.3 ICP-CVD制备n型多晶硅薄膜的研究
        4.3.4 ICP-CVD制备a-Si薄膜的研究
        4.3.5 ICP-CVD制备p型a-Si薄膜的研究
    4.4 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 研究结论
    5.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

四、氢化非晶硅薄膜中氢含量及键合模式的红外分析(论文参考文献)

  • [1]P型a-Si薄膜电极制备和气体氢化处理对其结构和电化学储氢性能的影响[D]. 杨淞婷. 兰州理工大学, 2021(01)
  • [2]非晶硅薄膜的结构分析及作为新型镍氢电池负极材料的研究[D]. 尤超. 兰州理工大学, 2020(12)
  • [3]PECVD沉积参数对非晶硅向微晶硅薄膜转化及微结构的影响[D]. 翁秀章. 内蒙古师范大学, 2018(08)
  • [4]HWCVD制备氢化非晶硅和氢化非晶氧化硅对晶体硅表面的钝化性能研究[D]. 王涛. 南昌大学, 2018(12)
  • [5]基于温和等离子体处理的a-Si薄膜的钝化研究[D]. 刘晶晶. 江南大学, 2018(01)
  • [6]PECVD沉积参数对非晶硅向微晶硅薄膜转化的影响[J]. 翁秀章,周炳卿,谷鑫. 人工晶体学报, 2018(02)
  • [7]氢化非晶硅薄膜的制备与工艺参数优化[J]. 朱永航,刘一剑,黄霞,黄惠良. 微电子学, 2016(05)
  • [8]基于第一性原理的a-Si:H红外特性研究[D]. 刘云飞. 电子科技大学, 2016(02)
  • [9]氢含量对非晶硅薄膜热光效应影响的研究[D]. 周湘. 电子科技大学, 2016(02)
  • [10]射频等离子体CVD法制备a-Si:H薄膜的研究[D]. 朱永航. 上海交通大学, 2016(01)

标签:;  ;  ;  

氢化非晶硅薄膜中氢含量和键合方式的红外分析
下载Doc文档

猜你喜欢