课外百科物理知识点之氢化非晶硅
3.1非晶硅结构及性质
非晶硅薄膜材料的优点
（5）方便建筑一体化。由于薄膜技术固有的灵活性，能够以多 种方式嵌入屋顶和墙壁，将电池集成到建筑材料。
（6）基片种类不限，可以广泛地使用玻璃、铝、银、不锈钢、 塑料、多晶硅等膨胀系数差异较大的材料，并且便于形成大面积 薄膜。 （7）受温度影响小。晶体硅太阳能电池在高温环境下，其性能 会发生变化，而非晶硅薄膜太阳能电池由于温度系数相对较小， 不容易受到温度的影响。
如果改变激光波长，在某一个特定的固定波长下探测光 荧光强度随激发波长的变化，就得到非晶硅薄膜光荧光的激 发（PLE）谱。光荧光的激发谱主要反应了材料的吸收特性。 值得一提的是，在a-Si:H薄膜光致发光峰与激发谱测定 的光吸收峰之间存在0.4-0.5eV的能量差，即存在明显的斯托 克斯位移。这是因为在光的吸收和发射的电子跃迁过程中分 别吸收和发射了声子的缘故。
有SiH才能饱和Si悬挂键，减少禁
带中的悬空键密度。
非晶硅薄膜材料的能带
价电子能态也可分为导带、 价带和禁带，但导带与价 带都带有伸向禁带的带尾 态。带尾态与键长和键角 的随机变化有关，导带底 和价带顶被模糊的迁移边 取代，扩展态与局域态在 迁移边是连续变化的，高 密度的悬挂键在隙带中引 进高密度的局域态。
非晶硅薄膜材料的光学特性(光致发光PL)
非晶硅光致发光过程中存在着辐射跃迁和非辐射跃迁的竞争 1.3eV附近的发光带是带边发光，来自热弛豫到导带带尾态 和价带带尾态的光生载流子之间的辐射复合； 0.9 eV附近的发光带是由于俘获到悬键上的光生电子和弛豫 到价带尾态的光生空穴之间的辐射复合。
非晶硅薄膜材料的光学特性(激发谱PLE)
lcd材料氢化非晶硅半导体
lcd材料氢化非晶硅半导体
氢化非晶硅（Hydrogenated amorphous silicon，a-Si:H）是一种特殊的非晶硅材料，具有广泛的应用前景。
它是由硅原子和氢原子组成的非晶态材料，与晶态硅相比，氢化非晶硅具有以下特点：
1. 薄膜形式：氢化非晶硅可以以薄膜形式制备，厚度通常在几纳米到几微米之间，适合用于制作薄型显示器和太阳能电池等器件。
2. 宽光谱吸收：氢化非晶硅薄膜对可见光和红外光有很好的吸收能力，因此可用于制作光探测器、光电传感器等光学器件。
3. 可变电阻：氢化非晶硅的电阻可通过添加或去除氢原子来进行调节，使其变为导电、绝缘或半导体材料，因此可以用于制作电阻器、场效应晶体管等电子器件。
4. 稳定性：氢化非晶硅具有良好的化学和热稳定性，可以在较高温度下工作，适合用于高温环境下的器件制造。
5. 可重复制备：氢化非晶硅的制备过程相对简单，可以通过化学气相沉积或射频辉光放电等方法进行大面积、连续性制备。
在液晶显示器中，氢化非晶硅常用作TFT（Thin-Film Transistor，薄膜晶体管）的材料，用于控制液晶分子的偏转和透过率，从而实现像素点的开关控制。
此外，在太阳能电池中，氢化非晶硅可以作为吸收层和导电层，用于将太阳能转化
为电能。
总的来说，氢化非晶硅材料在光电领域具有广泛的应用潜力，其优异的光学和电学性质使其成为一种重要的半导体材料。
氢化非晶硅（a-Si：H）薄膜稳定性的研究进展
氢化非晶硅（a-Si：H）薄膜稳定性的研究进展氢化非~A(a-Si:H)薄膜稳定性的研究进展/廖乃镘等?21?氢化非晶硅(a—Si:H)薄膜稳定性的研究进展廖乃镘,李伟,蒋亚东,匡跃军,李世彬,吴志明(电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,成都610054)摘要氢化非gn~(a-Si:H)是一种重要的光敏感薄膜材料,其稳定性的好坏是决定能否应用于器件的重要因素之一.介绍了a-Si:H薄膜稳定性的研究进展,论述了a-Si:H薄膜的稳定性与Si-Si 弱键的关系,分析了光致衰退效应(S-W效应)产生的几种机理,提出了在薄膜制备和后处理过程中消除或减少Si-Si弱键以提高a-Si:H薄膜稳定性的方法.关键词氢化非晶硅稳定性光致衰退效应物理模型稳定化处理RecentProgressesontheStabilityofHydrogenatedAmorphousSiliconThinFilmsLIA0Naiman,LIWei,JIANGY adong,KUANGYuejun,LIShibin,WUZhiming (StateKeyLaboratoryofElectronicThinFilmsandIntegratedDevices,UESTC,Chengdu61 0054)AbstractThea-Si:Hthinfilmisanimportantlight-sensitivematerialthathasreceivedsignific antattentionnowadaysbecauseofitsuniqueproperties.Thestabilityofthisthinfilmisakeyfactorwhichisf atalintheapplicationofcommercialdevices.Thispapersummarizesandcommendssomeresearchesonthestabilit yofa-Si:Hthinfilmsbasedonrecentliterature,anddiscussestherelationshipbetweentheweakbondingofSi—Siandthestabilityofthefilms.Itintroducesthemechanismsoflight-indUCeddegenerationofa-Si:Hthinfilmsandalsorecommendssomemethodsoffilmfabricationandpost-treatmenttechniquesinordertoreducetheweakbondin gofSi—Siina-Si:HthinfiIres.Keywordsa-Si:H,stability,light-induceddegeneration,physicalmodel,stabilizationtreat ment0前言氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜具有光吸收率高,电阻温度系数(TCR)相对较大(1.8～8/K)[1],禁带宽度可控,可大面积低温(<400C)成膜,基片种类不限,生产工艺较简单,与硅半导体工艺兼容等突出优点,在红外成像,太阳能电池,液晶显示,复印机感光鼓等领域得到快速发展.众所周知,在无掺杂a-Si薄膜中,由四配位si原子组成的无规网络具有很高的内应力.为了减小内应力,a-Si无规网络中的弱Si-Si键有自发断裂倾向,形成三配位的si原子和1个悬挂键缺陷.所以,无掺杂的a-Si薄膜中的悬挂键密度很高(10am或更高),电学性能很差,不能满足器件的应用要求.a_Si:H中引入的H原子饱和或部分饱和了a-Si薄膜中的悬挂键(DB)缺陷态,使它的DB密度大大下降(可以降低到(1～5)×10am-.),使a-Si:H薄膜成为一种十分重要的光电材料.然而,可移动H的存在也带来了一些不利的影响,如H原子在a-Si:H薄膜中扩散,容易引起弱Si-Si键的断裂和H的聚集,导致悬挂键的移动和悬挂键密度的增加等.事实上,10at的H(约5×10.am-.)才能大幅度减少DB密度,比实际a_Si:H薄膜中的DB密度大了1～2个数量级,所以H在a-Si:H薄膜中的利用效率是很低的[2].此外,H在a-Si薄膜中不只是以Si—H键方式存在,同时还存在(SiHHSi),分子氢(H2)及双原子氢化合物等键合方式,而只有Si-H键合方式的H才对增强红外吸收起重要作用.上述a-Si:H薄膜中的H在受到光照后会发生不同的反应,如H扩散,H逸出,产生新的复合中心和陷阱中心等,从而改变a-Si;H中薄膜H的键合方式,分布状态,含量和悬挂键密度,使a-Si:H薄膜的光电特性发生变化.要使a-Si:H材料在器件上得到广泛应用,就要求它具有低的DB密度和稳定的光电特性(长时间使用后性能不变).但是,由于光致衰退效应(即w效应)的存在,会使基于a-Si:H薄膜材料的器件性能降低甚至失效,这是a-Si:H器件化应用的重大障碍之一.本文总结了近年来a-Si:H薄膜材料稳定性的研究进展,分析了w效应产生的机理及消除或减小这种效应的方法.1W效应机理及物理模型a-Si:H薄膜经较长时间的强光照射或电流通过,在其内部将产生缺陷而使薄膜的使用性能下降,称为Steabler-Wronski效应[3].这是制约a-Si:H薄膜应用的主要原因.只有正确理解w效应的机理,才能解决好a-Si:H薄膜的稳定性问题.对w效应的起因,至今仍有不少争议,造成衰退的微观机制也尚无定论,成为迄今国内外非晶硅材料研究的热门课题.总的看法认为,S-W效应起因于光照导致在带隙中产生了新的悬挂键缺陷态(深能级),这种缺陷态会影响a-Si:H薄膜材料的廖乃镘:男,1979年生,博士研究生,从事氢化非晶硅红外敏感薄膜材料研究Te1.028—********************************李伟:通讯联系人,教授,博士生导师Tel:028—83206505E-mail:*************.ca22?材料导报2007年5月第21卷第5期费米能级EF的位置,从而使电子的分布情况发生变化,进而一方面引起光学性能的变化,另一方面对电子的复合过程产生影响.这些缺陷态成为电子和空穴的额外复合中心,使得电子的俘获截面增大,寿命下降.在a—si:H薄膜材料中,能够稳定存在的是si_H键和与晶体硅类似的st_si键,这些键的键能较大,不容易被打断.由于a-Si:H材料结构上的无序,使得一些si_si键的键长和键角发生变化而使SbSi键处于应变状态.高应变Si-Si键的化学势与H相当,可以被外界能量打断,形成SbH键或重新组成更强的Si-Si键.如果断裂的应变Si-Si键没有重构,则a-Si:H薄膜的悬挂键密度增加.为了更好地理解w效应产生的机理并控制a-N:H薄膜中的悬挂键,以期寻找稳定化处理方法和工艺,2O多年来,国内外科学工作者进行了不懈的努力,提出了大量的物理模型,主要有弱键断裂(SJT)模型_4],"H玻璃"模型_5],H碰撞模型[引,S~H-Si桥键形成模型[,"de~ctpool"模型[]等,但至今仍没有形成统一的观点.1.1弱键断裂(sJT)模型第一个被许多研究者接受的w效应模型是Stu~mann,Jackson和Tsai在1985年提出来的,所以也可以称之为SJT模型[.这个模型描述为:两个载流子在弱Si-Si键附近复合;载流子复合的一部分能量以声子的非辐射方式释放出来,使膜中弱S&Si键断裂,生成两个临时悬挂键(DB);这两个悬挂键(DB) 有可能重新形成与原来一样的Si-Si弱键,但为了达到更稳定的亚稳状态,邻近原子在小范围内发生重构,新生的悬挂键(DB)与S~X(X为除si外的原子)键交换位置而达到相对稳定,如图1所示.图1sIT模型中w效应的微观机理n舀1ThemicroscopicmechanismoftheWeff~tinSJTmodel1.2"H玻璃"模型针对热平衡DB,Street等提出了"H玻璃"模型_5],认为H从S&H键中脱离出来并在a-Si:H中移动,这种移动的H造成了弱SbN的热力学断裂,由此形成两个悬挂键DB缺陷,如图2所示.其中Dw表示弱键断裂形成的悬挂键,DH表示H脱离后形成的悬挂键.所以,这种模型也叫作弱键一悬挂键转换模型.冷"审阢图2"H玻璃"模型中悬挂键形成的示意图n舀2Schematicillmt~fionofdancingbondformation correspondingtoH-~assmodel1.3H碰撞模型Branz提出的a—si:H光致衰退模型认为]:由于光诱导作用而使si_H键断开,形成1个悬挂键和1个可移动的H原子. 当两个可以自由移动的H原子在运动过程中在弱si_si键附近发生碰撞时,弱的SbN键断裂,形成了亚稳的不可移动的化合物(SbH),增加了2个悬挂键.这样就造成了a-Si:H中H原子的聚集和悬挂键的增多,导致了薄膜性能的恶化.1.4Si-l{l_Si桥键模型Sriraman等_7]利用分子动力学模拟和表面红外光谱试验,揭露了H等离子导致非晶硅(a-Si)晶化的机理,提出了最新的si_H—si桥键模型.首先,H原子在薄膜中扩散,插入到弱st_si键中形成st_H—Si中间体;接着,H从SbH—Si中间体中逸出,弱SbSi断开或发生结构弛豫进行局部结构重组,从而形成强SbSi 键,这时SbSi的键长和键角非常接近晶体硅.1.5"defectpool"模型Powell等【8]在热平衡DB和光生DB的基础上,考虑到形成带尾态的弱si_si键与造成分布宽的能隙态DB之间的可能转换,提出了"defectpool"模型.该模型中的一部分在适当的外界条件下可以构成新的DB.此外,Adler研究了a-Si:H薄膜中的w效应,提出了悬挂键荷电态变化模型_g].Ishii等研究了非晶硅的缺陷,发现w效应与混入膜中N和O形成的N,o3以及由电中性条件决定的si有关,因此他们提出了杂质模型_l"].2提高稳定性的方法要制备器件级的a_si:H薄膜,提高其稳定性是至关重要的.虽然a-Si:H薄膜的w效应的物理模型有很多,机理也不尽相同,但很多学者认为其性能衰退与SbSi弱键有关[4-8]. 它可以解释当前稳定化处理的许多现象,为a-Si:H稳定化处理指出了一条途径,即消除或尽量减少a-Si:H薄膜中的Si-Si 弱键.a-Si:H薄膜稳定化处理技术大致可以归纳为3种.第一种方法是在薄膜制备过程中向a-Si:H薄膜中引入cl_l,],c[14],N_l5],Be]等其它元素.由于SbC1,sF,SbC,SbN的结合能大,所以在制膜过程中,C1,F,C,N等原子将弱的Si_si 键打断,形成了SbC1,SbF,sc,sN,从而减少了a-Si:H中的Si-Si弱键,达到了稳定化的目的.Shimizu等【l]研究了含有cl 的a—si:H薄膜的电学性能,发现其光电导不随时间延长而降低,稳定性明显提高.Uesugi等_l副也发现,含有F,C元素的a_ si:H薄膜的w效应要比传统a-Si:H薄膜的小得多.第二种方法是热处理.在加热条件下,聚集H原子的扩散速度比分散s卜H中的H的扩散快_l,所以热处理可以消除a_ si:H中H原子的聚集,减小悬挂键密度.Tissot等_l将a—Si:H薄膜加热到平衡温度以上,然后缓慢冷却到室温,减少薄膜中的亚稳定态,可以得到稳定的a-Si:H薄膜材料.而未经稳定化处理的a_si:H薄膜在8O℃保温后电阻率的变化达到3O.由于氢化微晶硅(c_si:H)比a-Si:H具有更好的电导率和在光照下具有更好的稳定性[1,可以通过不同工艺使a_si:H薄膜微晶化或直接制备c_si:H薄膜_2.常规高温退火(加热到55O～700V)[引,微波退火[3],快速热退火[,激光辐照[2s,26]等方法都可以将a-Si:H微晶化,但这些方法的温度都比较高(>600℃),且直接制备c_si:H薄膜的温度也较高,a-Si:H薄膜中起重要作用的H将逸出,致使材料性能变坏,并且与器件制作工艺不兼容.所以,使a-Si:H薄膜低温晶氢化非晶硅(a—Si:H)薄膜稳定性的研究进展/廖乃镘等?23?化是目前研究的热点.AuE,CrE,NiE,A1E等金属元素诱导晶化能明显降低其退火温度.通过这种方法可以将a—Si:H 薄膜的晶化温度降低到380~C¨20.,远远低于纯硅600~C的晶化温度.目前,a-Si:H薄膜的化学退火也是研究的一个热点.等离子体处理可以使化学键的活性提高,降低退火温度.N.L Wang等[31]利用等离子退火和多次分层制膜技术,生成一个硬的s._网络(而不是si—si弱键),已获得了光电性能稳定的高质量的a-Si和poly-Si薄膜,基本上消除了光致衰退现象.芮云军等_32]研究了Hz等离子退火对a-Si薄膜结构有序化转变的影响,认为高活性的H原子能将弱的si—si键破坏,并与之反应形成强si—Si键.由于H原子较长时间地注入,使结构有序化程度提高.第三种方法是室温条件下紫外光[aa-a63和电子束辐照_3,这是生产器件级a—si:H薄膜的新方法.经过这种高能束辐照,H从含有2个H原子的亚稳相中释放出来,减少Si-Si弱键,稳定了材料而使其在光照下不致于产生过多的悬挂键缺陷. 紫外光辐照可以逆转光照导致的光电导衰退[3,其他研究者也得到类似的结果.紫外光和电子束辐照操作简单,样品升温不超过100~C,薄膜材料中的H可以最大限度地保留下来,钝化了a-Si:H中的悬挂键,使材料缺陷仍然保留较低水平.这种稳定化处理存在的问题是紫外光,电子束辐照在a—si:H表面时, 能量主要在表面附近被吸收,会产生表面损伤,而且H向薄膜径向方向扩散,悬挂键缺陷主要集中在表面,使a—Si:H薄膜总的缺陷密度有所增加.解决这个问题最简单的方法是,将具有高缺陷密度的表面层刻蚀掉,然后在150~C热处理一定时间,尽量消除紫外光,电子束辐照的负面影响,从而达到稳定化的目的[aa,as,a6].3结语a—Sj:H薄膜作为一种红外敏感材料,有着巨大的开发潜力.但自发现w效应以来,在2O多年间未能探明其物理本质并找到解决这一现象的最终办法,这是目前制约a-Si:H薄膜材料工程应用的关键之一.我们注意到,不同实验室制备的同一种a-Si:H薄膜材料,其w衰退现象可能完全不同.这表明除了光致悬挂键外,a_ si:H本身的结构变化也值得探讨.如前所述的一系列物理模型,尽管在不同层面和不同角度提出了一定见解,但各自都存在一定的争议,有待进一步验证和发展.我们认为,氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜稳定性的研究当前可以从以下两个方面着手: (1)开发性能更加稳定的材料,比如a-SiCx:H(C1),a_SiNx:H(C1),a—SiCN:H等,满足器件的使用要求.(2)紫外光,电子束,激光束辐照和(Hz,He,Nz等)等离子退火对薄膜稳定性的影响及机理是一个新的研究课题.目前, 室温高能束辐照提高a—si:H薄膜稳定性的方法还处于研究阶段,还有很多问题有待深入研究.参考文献1TissotJL,RothanF,V edelC,eta1.LETI/LIRSuncooled microbolometerdevelopment.ProcSPIE,1998,3379:1392清水立生,严辉.非晶半导体的研究与应用.功能材料, 2001,32(4):3483SteablerDL,WronskiCR.Reversibleconductivitychan—gesindischarge-producedamorphoussilicon.ApplPhysLett,1977,31:2924StutzmannM,JacksonWB,TsaiCC.Light-inducedmet—astabledefectsinhydrogenatedamorphoussilicon=Asys—tematicstudy.PhysRevB,1985,32:235StreetRA,WinerK.Defectequilibriainundopeda—Si:H.PhysIvB,1989,40:62366BranzH.Hydrogencollisionmodeloflight—inducedmeta—stabilityinhydrogenatedamorphoussilicon.SolidState Communication,1998,105:3877SriramanS,AgarwalS,AydilES,eta1.Mechanismof hydrogen-inducedcrystallizationofamorphoussilicon.Na—ture,2002,418(6893):628PowellMJ,DeanSCImproveddefect-poolmodelfor chargeddefectsinamorphoussilicon.PhysRevB,1993, 48:108159AdlerD.Originofthephoto-inducedchangesinhydrogena—tedamorphoussilicon.SolarCells,1983,9:13310IshiiN,KumedaM,ShimizutAmodelfortheStaebler- Wronskieffectbasedonchargedimpurities.JpnJAppl Phys,1985,24:L24411RedfieldD,BubeRH.Identificationofdefectsinamor—phoussilicon.PhysIvLett,1990,65:46412ShimizuS,KomaruT,OkawaK,eta1.Propertiesofa—morphoussiliconsolarcellsfabricatedfromSiH2Cl2.Solar EnergyMaterandCells,2001,66:28913UesugiT.IharaH,MatsumuraH.Steabler—Wronskieffect inhydro—fluorinatedamorphoussiliconpreparedusingthe intermediatespeciesSiFz.JpnJApplPhysPart1,1985,24:90914SchmidU.SeidelH.EnhancedstabilityofTi/Ptmicro--heatersusinga-SiC:Hpassivationlayers.SensorsandAe—tuatorsA:Physical,2006,130—131:19415MokeddemaK,AoucheraM,SmailT.Hydrogenateda—morphoussiliconnitridedepositedbyIX;magnetronsputte—ring.SuperlatticesandMicrostructures,2006,40:59816张慧芳,吴绍平.a-Si:H薄膜光衰效应的研究.山东工业大学,2001,31(5):42817SuT,TaylorPC,GangulyG,eta1.Directroleofhydro—geninthestaebler-wronskieffectinhydrogenatedamor—phoussilicon.PhysRevLett,2002,89:015502l8TissotJL.eta1.320X240microbolimeteruncooledIRFPA development.ProcofSPIE,2000,413:47319MyongSY,KwonSW,LimKS,eta1.Inclusionofnano—sizedsilicongrainsinhydrogenatedprotocrystallinesilicon multilayersanditsrelationtostability.ApplPhysLett, 2006,88(083118):120AmbrosoneG,CosciaU,MurriR,eta1.Structural,opti—calandelectricalcharacterizationsof/,c-Si:Hfilmsdeposi—tedbyPECVD.SolarEnergySolarCells,2005,87:37521LaiaMZ,eta1.ThermaleffectsonLPCVDamorphoussili—con.ThinSolidFilms,2006,504:14522ParkaJH,KimaDY,KyungKoaJ,eta1.Hightempera—turecrystallizedpoly-SionMosubstratesforTFrapplica—tion.ThinSolidFilms,2003,427:30324?材料导报2007年5月第21卷第5期23RaoR.SunGC.MicrowaveannealingenhancesA1-induced lateralcrystallizationofamorphoussiliconthinfilms.J31 CrystalGrowth,2004,273:6824PbpovaL,PenevaS,AleksandrovaP,eta1.Structura1in—vestigationsofRTAboron-dopedthina-Silayers.JMater32 SciMaterElectron,2005,16:48925SalehR,NickelNH,Mz【sercrystallizationof compensatedhydrogenatedamorphoussiliconthinfilms.J33 Non-CrystSolids,2006,352:100326CosciaaU,AmbrosoneaG,MinarinibC,eta1.Structural34 modificationoflaserannealeda-Si卜G:Hfilms.Appl SurfSci,2006,252:449327AokiT,KannoH,KenjoA,eta1.Au-inducedlateralcrys-35 tallizationofa-Sil-xG岛(:O～1)atlowtemperature.Thin SolidFilms,2006,508:4428WangYZ,AwadelkarimOQMetal-inducedsolid-phase crystallizationofhydrogenatedamorphoussilicon..depend一36 enceonmetaltypeandannealingtemperature.ApplPhysA:MaterSciProc,2000,70:58729ParkSJ,KimaKH,JangJ.ControlofgrainpositioninNi-mediatedcrystallizationofamorphoussilicon.JCrystal37 Growth,2006,297:38230Rojas—L6pezM,Ordufia-DiazA,Delgado-MacuilR,eta1. Morphologicaltransformationandkineticanalysisinthealu—minum-mediateda-Si:Hcrystallization.JNon-CrystSol一(上接第16页)4秦福文,顾彪,等.GaN缓冲层上低温生长A1N单晶薄膜[J].半导体光电,2003,24(1):325乔保卫,刘正堂,等.工艺参数对磁控反应溅射A1N薄膜沉积速率的影响[J].西北工业大学,2004,22(2):2606SimpkinsBS,ZhangH,YuET.Defectsinnitridesemi—conductors:Fromnanoscaleimagingtomacroscopicdevicebehavior【J1.MaterSciSemiconductorProc,2006,9:3087ZhangJC,ZhaoDG,eta1.TheinfluenceofAlNbufferlay- erthicknessonthepropertiesofGaNepilayer[J].JCrystal Growth,2004,268:248WuCL,ShenCH,eta1.TheeffectsofAlNbufferonthe propertiesofInNepitaxialfilmsgrownonSi(111)[J].J CrystalGrowth,2006,288:2479FanZY,RongG,BrowningJ,eta1.HightemperaturegrowthofA1Nbyplasm-enhancedmolecularbeamepitaxyLJ].MaterSciEng,1999,B67:8O10SongZR,YuYH,eta1.Simulationandcharac-terization onpropertiesofA1NfilmsforSOIapplication[J].ThinSol—idFilms,2004,459:4111门传玲,徐政,等.A1N薄膜室温直接键合技术[J].半导体,2003,24(2):21612许小红,武海顺,张聪杰,等.磁控溅射制备择优取向氮化铝薄膜[J].应用化学,2000,17(4):41113许小红,等.溅射沉积AIN薄膜结构与基片种类的关系[J]. 压电与声光,2000,22(4):25614王忠良,刘桥.衬底温度对反应磁控溅射制备A1N压电薄膜的影~SEJ].电子元件与材料,2005,24(7):47ids,2006,352:281WangNL,DalaiVL.Improvingstabilityofamorphous siliconusingchemicalannealingwithhelium.JNon-Cryst Solids,2006,352:1937RuiYunjun,MeiJiaxin,XuJun,eta1.Structuralordering inamorphoussiliconthinfilmduetoposthydrogenplasma annealing.ProcofSPIE,2004,5774:279BranzHM,BoulderCQMethodforimprovingthestabili—Pat,713400B1.2004—03—30 BranzHM,XuYQ,HeckS,eta1.Improvedstabilityof hydrogenatedamorphoussiliconphotosensitivitybyultravi—oletillumination.ApplPhysLett,2002,81:3353ZhangM,PanL,NakayamaY.Structuralmodificationsof hydrogenatedamorphouscarbonnitrideduetoultraviolet lightirradiationandthermalannealing.JNon-CrystSolids, 2000,266—269:815BronnerW,MehringM,BrfiggemannRTransportande—lectricallydetectedelectronspinresonanceofmicrocrystal—linesiliconbeforeandafterelectronirradiation.PhysRevB,2002,65(165212):1KlaverA,MetselaarJW,ZemanM,eta1.Simulationson1-Mevelectron-beamirradiatedamorphoussiliconsolarcells withvaryingthickness.Procofthe31stIEEE-PVSC(Flori—da,USA),2005.1440(责任编辑周轲)15BenettiM,eta1.Growthandcharacterizationofpiezoelec—tricAlNthinfilmsfordiamond-basedsurfacaacousticwave devices[J].ThinSolidFilms,2006,497:30416HuangJipo,WangLianwei,ShenQinwo,etal.PreparationofA1NthinfilmsbynitridationofAl-coatedSisubstrate. ThinSolidFilms,1999,340:13717刘吉延,斯永敏.A1N压电薄膜研究进展[J].材料导报, 2003,17(9):21O18于毅,任天令,刘理天.硅基A1N薄膜制备技术与测试分析[J].半导体,2005,26(1):4219OkanoH,eta1.Resistandsidewallfilmremovalafteralu—minumreactiveionetching(RIE)employingfluorine+H2O downstreamashing.JpnJApplPhys,1993,32(9b):405220HsiehPY.DCreactivesputteringoflowstressAlNpiezo—electricthinfilmsforMEMSapplication[J].MasterThe—sis,MIT,199621廖克俊,王万录.宽带隙半导体A1N薄膜的制备及应用[J]. 半导体技术,2001,26(1):2122黄继颇,王连卫,等.性能优异的多功能宽禁带半导体AlN 薄膜[J].功能材料,1999,30(2):14123颜国君,陈光德,竹有章,等.氮化铝薄膜中的二次谐波产生[J].光学,2004,24(9):124524缪向水,胡用时,林更琪,等.A1N和A1SiN薄膜的制备工艺及其光学特性[J].华中理工大学,1995,23(s1):18725邵乐喜,刘小平,谢二庆,等.热退火对射频反应溅射氮化铝薄膜场电子发射的影响[J].无机材料,2001,16(5):1015(责任编辑周真真)。
氢化非晶硅(amorphousSiH)物理知识大全
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氢化非晶硅（amorphousSi:H）
氢化非晶硅(amorphousSi:H)
含有大量硅氢键的非晶硅称为氢化非晶硅即a-Si:H或非晶硅氢合金，a-Si:H中含氢量达3～50。
a-Si:H通常采用辉光放电法或溅射法制备，其电导及光电性质密切依赖于制备条件。
a-Si:H中的氢能够补偿非晶硅中大量存在的悬挂键，使其缺陷态密度大大降低，从而导致a-Si:H具有显著的掺杂效应，电导率可改变约10个量级。
a-Si:H具有比晶体硅更高的光电导响应，光电导与暗电导比值可达104～105。
a-Si:H的光学带隙约1.7eV，对整个太阳光谱的吸收系数大于104cm-1，1m厚的a-Si:H薄膜可以实现对太阳光谱的完全吸收，因此它成为廉价太阳电池的基础材料。
a-Si:H的另一重要用途是用a-Si:H制作的薄膜场效应管作为液晶显示屏的开关矩阵。
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氢化非晶硅和低温多晶硅
氢化⾮晶硅和低温多晶硅⼀、引⾔随着科技的⻜速发展，太阳能电池作为⼀种可再⽣能源，在我们的⽣活中扮演着越来越重要的⻆⾊。
在这个领域中，氢化⾮晶硅和低温多晶硅是两种常⻅的材料，它们在太阳能电池的制造过程中发挥了关键作⽤。
本⽂将对这两种材料进⾏详细的介绍和分析。
⼆、氢化⾮晶硅氢化⾮晶硅，也称为a-Si:H，是⼀种⼴泛⽤于太阳能电池制造的⾮晶态硅材料。
相⽐于传统的晶体硅材料，氢化⾮晶硅具有更快的⽣产速度、更低的能耗以及更好的环境适应性。
氢化⾮晶硅的主要优势在于其制造过程中的⾼效性和灵活性。
由于其⾮晶态的结构，氢化⾮晶硅在制造过程中可以采⽤连续沉积的⽅法，⼤⼤提⾼了⽣产效率。
此外，其制造⼯艺可以在较低的温度下进⾏，从⽽降低了能耗。
同时，氢化⾮晶硅的柔韧性和稳定性使其能够适应各种不同的应⽤场景。
然⽽，氢化⾮晶硅也存在⼀些缺点。
由于其较低的载流⼦迁移率，氢化⾮晶硅的效率通常低于晶体硅。
此外，氢化⾮晶硅的光衰减问题也限制了其在⾼温和⾼光强度环境下的应⽤。
三、低温多晶硅低温多晶硅，也称为LTPS，是⼀种在相对较低的温度下制备的多晶硅材料。
与传统的晶体硅材料相⽐，低温多晶硅具有更⾼的载流⼦迁移率和更好的稳定性。
低温多晶硅的主要优势在于其⾼效率和良好的稳定性。
由于其多晶结构，低温多晶硅具有较⾼的载流⼦迁移率，从⽽提⾼了太阳能电池的效率。
此外，低温多晶硅的稳定性使其能够在⾼温和⾼光强度环境下保持较⾼的效率。
然⽽，低温多晶硅的制造过程相对复杂，需要在相对较低的温度下进⾏晶体⽣⻓和掺杂。
这导致了其制造成本的增加，并限制了其在⼤规模⽣产中的应⽤。
四、未来展望尽管氢化⾮晶硅和低温多晶硅在太阳能电池制造中都有⼴泛的应⽤，但未来的研究重点仍需放在提⾼效率和降低成本上。
对于氢化⾮晶硅来说，可以通过改进制备⼯艺和掺杂技术来提⾼其载流⼦迁移率，从⽽提升电池效率。
对于低温多晶硅来说，则可以通过优化晶体⽣⻓和掺杂⼯艺来降低制造成本。
此外，随着科技的进步，新型的太阳能电池材料和结构也不断涌现。
氢化非晶硅的原子比
氢化非晶硅的原子比
摘要：
1.氢化非晶硅的基本概念
2.氢化非晶硅的原子比例
3.氢化非晶硅的应用领域
4.氢化非晶硅的发展前景
正文：
1.氢化非晶硅的基本概念
氢化非晶硅，又称为a-Si:H，是一种非晶态半导体材料。
它是通过在非晶硅中掺杂氢元素而形成的，具有许多独特的性质，使其在光电子和微电子领域具有广泛的应用。
2.氢化非晶硅的原子比例
氢化非晶硅中的原子比例主要由硅（Si）、氢（H）两种元素构成。
硅元素是构成非晶硅主体的原子，氢元素则是掺杂进去的杂质原子。
氢化非晶硅的原子比例可以通过改变掺杂浓度来调整，不同的掺杂浓度会影响到材料的电学性能和光学性能。
3.氢化非晶硅的应用领域
氢化非晶硅在许多领域都有广泛应用，主要包括：
（1）太阳能电池：氢化非晶硅是制造薄膜太阳能电池的重要材料，其较高的光电转换效率和较低的制造成本使其在太阳能电池领域具有很大竞争力。
（2）显示器：氢化非晶硅在液晶显示器和等离子显示器中有重要应用，主
要用作薄膜晶体管和电极材料。
（3）光电子器件：氢化非晶硅还可以用于制造光纤、光开关等光电子器件。
4.氢化非晶硅的发展前景
随着科技的不断发展，氢化非晶硅在光电子和微电子领域的应用将会越来越广泛，预计在未来会取得更多突破性进展。
非晶硅的物理特性
非晶硅的物理特性非晶硅的物理特性2010年06月02日（非晶硅的能带与单晶硅有何本质上的不同？氢原子在非晶硅中的作用怎样？什么是a-Si∶H的亚稳特性？）非晶硅（a-Si）是常用来制作薄膜晶体管（TFT）的一种非晶半导体材料。
非晶硅薄膜通常是采用气相淀积的方法来制备，包括真空蒸发、溅射、辉光放电和化学气相淀积（CVD）等。
①非晶硅的结构和能带：晶体硅中原子的排列都遵从正四面体的分布规律（共价键的长度为0.35nm，键角为109o），具有长程有序性，电子状态及其运动可用Bloch波和波矢来描述。
而非晶硅中原子的分布不完全是遵从着正四面体的规律（共价键长度变化约2%，键角变化约10%），是所谓短程有序的；即非晶硅中原子的分布基本上是正四面体的形式，但是却发生了变形，即产生出了许多缺陷——出现大量的悬挂键和空洞等，如图1（a）所示。
非晶硅的密度约低于单晶硅（2.33g/cm-3）的3%～10%。
正因为非晶硅的结构不具有长程有序性，因此，非晶硅中的电子状态就不能用Bloch波来描述，也因而不能采用波矢（k）或者动量（?k）来描述电子的运动。
图2 非晶半导体的能隙由于非晶硅的结构具有短程有序性，所以其中电子的能量状态仍然具有类似于晶体的能带形式，但是有很大的不同。
图2示意地给出了一种非晶态半导体的电子能量E与状态密度g(E)的函数关系。
可见，非晶态半导体具有导带、价带和其间的能隙；在导带和价带中的扩展态与晶体的Bloch态相同；并且在能隙中存在许多局域态。
在靠近能隙的上、下两边处的局域态特称为带尾状态，意即扩展态的能带尾巴（但不是扩展态），来自于结构的无序化。
可见，带尾状态与弱Si-Si键有关，也因此带尾的宽度可看成是非晶硅薄膜无限度的一种量度。
一般，价带的带尾要比导带的带尾宽。
该带尾的宽度又称为Urbach能（或Urbach斜率）；可以通过光吸收系数法、恒定光电流法（CPM）或光热偏转法（PDS）等的测量来确定。
氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜稳定性的研究进展
氢化非晶硅(a-Si：H)薄膜稳定性的研究进展廖乃镘;李伟;蒋亚东;匡跃军;李世彬;吴志明【期刊名称】《材料导报》【年(卷),期】2007(021)005【摘要】氢化非晶硅(a-Si:H)是一种重要的光敏感薄膜材料,其稳定性的好坏是决定能否应用于器件的重要因素之一.介绍了a-Si:H薄膜稳定性的研究进展,论述了a-Si:H薄膜的稳定性与Si-Si弱键的关系,分析了先致衰退效应(S-W效应)产生的几种机理,提出了在薄膜制备和后处理过程中消除或减少Si-Si弱键以提高a-Si:H薄膜稳定性的方法.【总页数】4页(P21-24)【作者】廖乃镘;李伟;蒋亚东;匡跃军;李世彬;吴志明【作者单位】电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,成都,610054;电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,成都,610054;电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,成都,610054;电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,成都,610054;电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,成都,610054;电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,成都,610054【正文语种】中文【中图分类】O6【相关文献】1.Ni金属诱导晶化非晶硅(a-Si:H)薄膜 [J], 黄金英;赵玉环;张志伟;荆海;凌志华2.氢化非晶硅叠层薄膜对单晶硅表面钝化研究 [J], 丁月珂;黄仕华3.氢化非晶硅薄膜H含量控制研究进展 [J], 张伟;周建伟;刘玉岭;赵之雯;张进;杨玉楼4.氢化非晶硅薄膜光衰退稳定性的影响因素 [J], 马占洁;陈光华;何斌;刘国汉;朱秀红;张文理;李志中;郜志华;宋雪梅;邓金祥5.氢化非晶硅中空穴与电子的俘获效应──PIN型非晶硅太阳能电池稳定性研究 [J], 林鸿生因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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课外百科物理知识点之氢化非晶硅
氢化非晶硅是一种材料，也被称为a-Si:H。
它是一种非结晶材料，由硅和氢组成。
氢化非晶硅在光电子学、太阳能电池、液晶显示器和薄膜晶体管等领域有着广泛的应用。
下面是关于氢化非晶硅的一些重要物理知识点。
1.非晶硅的结构：非晶硅的结构没有规则的长程周期性，原子呈无定型排列。
这是与晶体硅（具有有序晶格结构）的主要区别。
2.氢化非晶硅的制备：氢化非晶硅可以通过热分解硅烷气体制备。
在高温下，硅烷分子（如SiH4）会分解，产生硅原子并沉积在衬底上形成非晶硅薄膜。
同时，氢气也参与反应，与硅原子结合形成氢化非晶硅。
3.带隙：非晶硅的带隙较大，通常在1.7-1.9 eV之间，这意味着非晶硅对可见光的吸收较弱。
与之相比，晶体硅的带隙约为1.1 eV。
这是氢化非晶硅在光电子学中应用广泛的原因之一。
4.光吸收：氢化非晶硅对可见光吸收较弱，但对近红外光的吸收很强。
这使得氢化非晶硅在太阳能电池中具有优势，因为太阳光主要是在可见光和近红外光的范围内。
5.光电效应：氢化非晶硅可以通过吸收光子来产生电子-空穴对。
这种光电效应使得它在光电子学中有着广泛的应用，例如光电二极管和光电传感器。
6.导电性：氢化非晶硅通常是一种半导体材料。
它的导电性可以通过控制杂质浓度来调节。
当硅原子中掺杂少量的杂质（如硼或磷）时，它可以成为导体。
而当硅原子中掺杂较少的杂质（如氧或氮）时，它可以成为绝缘体。
这使得氢化非晶硅在电子器件中有着广泛的应用。
7.热稳定性：氢化非晶硅具有很好的热稳定性。
这意味着它可以在高温下工作而不会发生结构变化或性能下降。
这使得氢化非晶硅在高温环境中的应用成为可能。
总结：
氢化非晶硅是一种非晶材料，由硅和氢组成。
它具有广泛的应用领域，包括光电子学、太阳能电池、液晶显示器和薄膜晶体管。
氢化非晶硅的主要特点是带隙较大、光吸收范围广、具有光电效应和热稳定性。
此外，它的导电性可以通过控制杂质浓度来调节。
相比之下，晶体硅具有有序晶格结构，带隙较小，通常用于半导体器件的制造。
对于想要深入了解氢化非晶硅及其应用的人来说，这些知识点是必不可少的。
8. 太阳能电池应用：氢化非晶硅在太阳能电池领域有着广泛的应用。
太阳能电池是利用光电效应将太阳能转化为电能的装置。
氢化非晶硅材料在太阳能电池中作为P型和N型半导体层的材料，帮助形成PN结构，从而实现光电转换。
相比于晶体硅，氢化非晶硅的制备成本更低，可以通过大面积的连续生长方法制备，这使得太阳能电池的生产成本得以降低。
9. 液晶显示器应用：液晶显示器是一种常见的平面显示技术，广泛应用于电视、计算机显示器和移动设备等领域。
在液晶显
示器中，氢化非晶硅作为透明导电薄膜层的材料，用于制作液晶层的电极。
液晶层通过外加电场的作用来改变光的透过性，从而实现图像的显示。
氢化非晶硅透明导电薄膜具有较高的电导率和透明度，使其在液晶显示器中兼具导电性和光学透明性的特点。
10. 薄膜晶体管应用：薄膜晶体管是一种重要的电子器件，广泛应用于平板显示器、传感器等领域。
在薄膜晶体管中，氢化非晶硅作为半导体层的材料，用于制作晶体管的通道。
通过控制晶体管的结构，可以实现电流的控制和放大。
氢化非晶硅具有独特的导电性和热稳定性，使其成为制造薄膜晶体管的理想材料。
11. 应力材料：氢化非晶硅是一种潜在的应力材料，具有在微观尺度下调控应力的特点。
应力对材料的性质和行为有重要影响，例如导电性、机械强度和应变率等。
通过调整氢化非晶硅薄膜的制备条件，可以对其施加应力，达到控制材料性能的目的。
这为制造纳米电子器件和光电子器件提供了新的可能。
12. 光学涂层：氢化非晶硅可以用于制备光学涂层，其具有高透过率、低反射率和优异的耐腐蚀性。
光学涂层在光学仪器、光学镜片和光学传感器等领域中有着重要的应用。
氢化非晶硅涂层可以减少反射、增加透过率，并有效地提高光学系统的性能。
13. 分子电子学：氢化非晶硅在分子电子学领域也有着潜在的应用。
分子电子学研究的是将有机分子作为电子器件的基本组
成部分。
由于氢化非晶硅具有较高的电导率和透明度，可以作为有机分子和金属电极之间的界面材料，实现分子电子器件的制备。
综上所述，氢化非晶硅是一种具有广泛应用领域的材料。
它在光电子学、太阳能电池、液晶显示器和薄膜晶体管等领域具有重要作用。
氢化非晶硅的特点包括带隙较大、光吸收范围广、具有光电效应和热稳定性。
这些特点使得氢化非晶硅成为制造高效太阳能电池、优质液晶显示器和稳定薄膜晶体管的理想材料。
同时，氢化非晶硅的应力调控能力和在分子电子学中的潜在应用，为材料研究和电子器件制造带来了新的可能性。