激光诱导晶化非晶硅薄膜表面形貌与光电性能研究讲解PPT课件
薄膜光学课件
薄 膜 光 学——前言
前言——光学薄膜的应用
薄膜光学是物理光学的一个重要分 支，它研究的对象是膜层对光的反射、 透射、吸收以及位相特性、偏振效应等， 简而言之，它主要研究光在分层媒质中 的传播规律性。
薄 膜 光 学——基础理论
前言——光学薄膜的应用
光在通过分层媒质时，来自不同界面 的反射光、透射光在光的入射及反射方向 产生光的干涉现象，人们正是利用这种干 涉现象，通过改变材料及其厚度等特性来 人为的控制光的干涉，根据需要来实现光 能的重新分配。
人类最早发现的五光十色的肥皂泡，水面上彩 色斑烂的油膜，两玻璃片间的空气层中常呈现出色 彩鲜艳的光环，所有这些现象早在十七世纪就引起 了许多自然科学家的注意，他们各自部提出了一些 初步解释，但均不令人满意 ，直到一百五十年以后， 即1801年托马斯 ．杨干涉实验结果以及菲涅耳对此 进一步发扬光大以后，上述现象才彻底为人们弄清， 物理光学的基础才从此建立起来．今天我们可以说， 整部薄膜光学的物理依据就是光的干涉。
液晶投影显示系统中，几乎所有的典型的光学薄 膜都得到了应用。-----唐晋发
薄 膜 光 学——前言
光学薄膜在光通信领域的应用
➢以光通信中DWDM filter位代表的光学薄膜 应用是目前光学薄膜技术最高水平的代表。
➢光通信曾经给光学薄膜技术带来了前所未
有的商机
薄 膜 光 学——前言
DWDM filter
薄 膜 光 学——前言
前言——光学薄膜的应用
光学薄膜在光学系统中的作用：
➢提高光学效率、减少杂光。如高效减反射膜、高反射膜。 ➢实现光束的调整或再分配。如分束膜、分色膜、偏振分 光膜就是根据不同需要进行能量再分配的光学元件。 ➢通过波长的选择性透过提高系统信噪比。如窄带及带 通滤光片、 长波通、短波通滤光片。
1K107非晶纳米晶材料及应用ppt课件
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精密（高频）电流互感器铁芯
❖ 应用领域 ❖ • 电子电度表
• 精密功率表 • 机械控制中电流过载保护 • 工业自动化中电流控制
❖ 性能特点 • 高磁导率，低角差、低比差 • 与坡莫合金相比具有更高的 饱和磁通密度，测量电流范 围更广 • 低铁损 • 较好的温度稳定性
• 极大的磁导率调节范围
• 突出的抗不平衡电流能力
• 优良的温度稳定性
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大功率变压器铁芯
❖ 随着高频逆变技术的成熟，逆变 电源体积小、重量轻、效率高的 优势愈加明显。作为逆变焊机心 脏的主变压器，由于工作频率提 高到20KHz以上，传统的铁芯材 料硅钢已不能满足使用要求；铁 氧体虽高频损耗较低，但因其饱 和磁感应值（Bs）较低，铁芯 的体积和重量仍较大，此外，铁 氧体的居里温度较低，热稳定性 差。铁基纳米晶材料具有优良的 综合磁性能，集硅钢、坡莫合金 、铁氧体的优点于一身，即高磁 感、高导磁率、低损耗。
矫顽力 Hc(A/m) 饱和磁致伸缩系数（×10－6）
电阻率(muOhm·cm) 居里温度(℃) 铁芯叠片系数
纳米晶铁芯
1.25 < 0.20 < 3.4
< 35 < 40 > 20,000 < 1.60 <2 80 570 > 0.70
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铁氧体铁芯
0.5 0.2 7.5 不能使用 不能使用 2,000
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牌号和基本成分
1K101 Fe-Si-B快淬软磁铁基合金 1K102 Fe-Si-B-C快淬软磁铁基合金 1K103 Fe-Si-B-Ni快淬软磁铁基合金
1K201 高脉冲磁导率快淬软磁钴基合金 1K202 高剩磁比快淬软磁钴基合金 1K203 高磁感低损耗快淬软磁钴基合金
薄膜物理课件12
薄膜的结构与缺陷
位错是薄膜中最普遍存在的缺陷，其密度约为1012～1013/cm2 位错在块状优质晶体中，其密度约为104～106/cm2 位错在发生强烈塑性形变的晶体中，其密度约为1010～1012/cm2
在薄膜中引起位错的原因： (1) 基体引起的位错 如果薄膜和基体之间有晶格失配的位错，则在生长单层的拟 似性结构时就会有位错产生。如果在基体上有位错，那么在 基体上形成的薄膜就会因基体的位错而引起位错
薄膜的结构与缺陷
(2) 由于晶界中原子排列不规则，其中有较多的空位。当晶 粒中有微量杂质时，因它要填入晶界中的空位，使系统 的自由能增加要比它进入晶粒内部低。所以微量杂质原 子常常富集在晶界处，杂质原子沿晶界扩散比穿过晶粒 要容易得多
多晶薄膜中晶界 (晶粒间界)处原子扩散问题是薄膜物理研究 的一个重要内容
多晶薄膜中不同晶粒间的交界面称为晶界或晶粒间界
讨论：晶界或晶粒间界所表现出两个的特征：
(1) 由于晶界中晶格畸变较大，因此晶界上原子的平均能量 高于晶粒中内部原子的平均能量，它们的差值称为晶界 能。高的晶界能量表明它有自发地向低能态转化的趋势。 晶粒的长大和平直化都能减少界面面积，从而降低晶界 能量。所以只要原子有足够的动能，在它迁移时就出现 晶粒长大和晶界平直化的结果
薄膜在沉积形成成长过程中，入射到基体表面上的气相原子 是无规律的，所以薄膜表面具有一定的粗糙度
薄膜的结构与缺陷
由于吸附原子的表面扩散，使薄膜表面上的谷被填平，峰 被削平，导致薄膜表面积不断缩小，表面能逐步降低
基体温度较高的情况下，由于吸附原子在表面上扩散，使 得一些低能晶面得到发展。但在表面原子的扩散作用下， 生长最快的晶面能消耗那些生长较慢的晶面，导致薄膜的 粗糙度进一步增大
实验1非晶硅薄膜激活能的测量
实验 光电导衰退法测量单晶硅非平衡少数载流子寿命少子寿命对双极型器件的电流增益、正向压降、 开关速度等参数起着决定性的作用。
太阳能电池的转换效率，发光二极管的发光效率等也与少子寿命有关。
因此，少子寿命的测量一直受到极大的重视。
少子寿命的测量有许多种方法，一般可以分为两大类。
第一类为瞬态法(直接法)。
这类方法利用脉冲电或闪光在半导体中激发出非平衡载流子来调制半导体的体电阻，通过测量体电阻的变化规律直接观察半导体材料中非平衡载流子的衰退过程，因而测量它的寿命。
双脉冲法和光电导衰退法属于这一类。
第二类为稳态法( 间接法)，它是利用稳定的光照，使非平衡少子分布达到稳定状态，然后测量半导体中某些与寿命值有关的物理参数从而推算出少子寿命; 这类方法包括扩散长度法和光磁法。
这类方法的优点是可以测量很短寿命的材料，但必须知道半导体材料的其他一些参数，而这些参数往往会随样品所处的条件不同而异，因此精度稍差。
高频光电导衰退法是国际通用方法。
本实验采用这种方法来测量非平衡少子的寿命，它的优点是样品无须切割为一定的几何形状，对样品的几何尺寸要求不太严格，测量时不必制作欧姆电极，因此样品较少受到污染，测试方法也较为简单，缺点是仪器线路比较复杂，受干拢也大些。
本实验的目的在于熟悉高频光电导衰退法的测量原理，熟悉测量设备， 掌握测量方法。
一、实验原理实验的原理框图见12-1，从图看出， 高频源提供的高频电流流经被测样品。
当氙光源或红外光源的脉冲光照射被测样品时，单晶硅光照表面以及光贯穿深度范围内将产生非平衡光生载流子，这将使得样品产生附加光电导，使样品的总电阻下降。
当高频信号源为恒压输出时，流过样品的高频电流幅度增加△I 。
由于光源是脉冲光源，因此光照消失后，△I 将逐渐衰退，衰退速度将取决于光生非平衡少数载流子在晶体内存在的平均时间(即寿命τ)。
图12-1 试验原理图在小注入的条件下，当光照区内复合是主要因素时，△I 的衰减将是指数形式的。
《薄膜技术》PPT课件
– 在较高温度下：kS>>hG
N GS 0
v
NT N Si
hGY
质量转移控制
– 在较低温度下：kS<<hG 表面反应控制
N GS N G 0
v
NT N Si
kSY
在高温段〔质量转移
控制〕生长速率受温 度影响小,便于控制 〔可为±10°C〕
– 3〕生长速率与衬底取向的关系 v<110>>v<100>>v<111> ?
– 1〕掺杂浓度受汽相中的掺杂剂分气压控制
Nf
Pf 0
NSi (NSi/H)PG0
– 2〕生长速率和温度的影响 为什么温度升高会使浓度降低？
Silicon Vapor Phase Epitaxy Reactors
Exhaust
RF heating
Horizontal reactor
Gas inlet RF heating
2) Dissociation of reactants by electric fields
3) Film precursors are formed
4) Adsorption of precursors
RF field
RF generator Electrode PECVD reactor
7) Desorption of by-products
By-products
8) By-product removal
Exhaust
5) Precursor diffusion
into substrate
6) Surface reactions Continuous film
cvd法制备的非晶态硅薄膜
cvd法制备的非晶态硅薄膜非晶态硅薄膜是一种由非晶态硅材料制成的薄膜，其制备方法之一是化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）法。
这种方法是通过在高温下将气态前体物质分解并沉积在基底表面上形成薄膜。
CVD法制备非晶态硅薄膜的过程主要包括前体物质供给、气态前体物质传输、前体物质分解和薄膜沉积四个步骤。
首先，将前体物质以气态形式供给到反应室中，一般是通过蒸发或者气体输送的方式实现。
然后，气态前体物质在反应室中通过扩散或者对流传输到基底表面。
在基底表面上，前体物质受到热源的加热并分解为反应物，进而发生化学反应。
最后，分解后的反应物在基底表面上沉积形成非晶态硅薄膜。
CVD法制备非晶态硅薄膜的关键是选择合适的前体物质和反应条件。
前体物质通常是含有硅的化合物，如硅烷、硅氟烷等。
而反应条件包括反应温度、反应压力、前体物质浓度等。
这些条件的选择将直接影响到薄膜的质量和性能。
在CVD法制备非晶态硅薄膜中，反应温度是一个重要的参数。
较高的反应温度有利于前体物质的分解和反应物的扩散，从而促进薄膜的沉积。
然而，过高的温度可能导致薄膜的结晶化，降低非晶态硅薄膜的优势。
因此，需要在合适的温度范围内选择最佳的反应温度。
反应压力和前体物质浓度也对非晶态硅薄膜的制备有影响。
较高的反应压力和前体物质浓度有利于前体物质的传输和反应物的生成，从而提高薄膜的沉积速率。
然而，过高的压力和浓度可能导致薄膜的成分不均匀或者产生杂质，影响薄膜的质量。
除了反应条件的选择，基底表面的处理也对非晶态硅薄膜的制备至关重要。
通常情况下，基底表面需要进行清洗和活化处理，以去除表面的杂质和氧化物，并提供良好的沉积条件。
常用的表面处理方法包括酸洗、碱洗、氧化和金属蒸发等。
非晶态硅薄膜在光电子器件、太阳能电池等领域具有广泛的应用。
其制备方法中的CVD法不仅可以实现高质量的薄膜沉积，而且可以在大面积基底上进行批量制备，具有较高的生产效率。
ZnO薄膜中非线性的研究ppt课件
• 由于没有现成NaCl晶体，我们预先在化学 实验室用蒸发过饱和溶液法生长了NaCl晶 体。
• XRD和SEM表征。
NaCl晶体的生长
• 2.退火温度对薄膜形貌的影响
• 磁控溅射法，在Si衬底上生长200nm的ZnO 薄膜共四组。
• 这是由于：从靶材溅落的原子在构成NaCl团簇后 还要继续在衬底外表迁移，这种迁移遭到衬底原 子的束缚而停顿。由于NaCl的晶格构造较为规那 么，对溅落原子的约束力较强，所以普通ZnO会 沿一定方向生长，而Si的约束力较弱， ZnO较易 沿不同方向生长。
2.退火温度对薄膜形貌的影响
• XRD表征：
• 双对数图
• 从配分函数和度量尺度的双对数图可以看出在不 同的尺度下各点线性关系较好，反映出图形具有 尺度不变性，验证了ZnO薄膜的分形生长。
• 由广义分形维度Dq=k(q)/(q-1),导入不同退火温度 下ZnO的图像，计算其广义分形维度分别为：
• 350°C：7.1 • 550°C：6.5 • 750°C：3.1
Outline
• 实验想象 • 实验过程 • 结果分析 • 实验总结
• 1.磁控溅射法生长较薄ZnO薄膜，察看了薄 膜生长初期形貌。
• 2.研讨了不同退火温度对薄膜生长形貌的影 响，编程计算了其多重分形维度，验证了 其分形生长。
• 3.研讨了ZnO薄膜的非线性光学性质，验证 了其为一种很好的非线性光学资料。
• 由于实验时所用的激光器出现缺点，功率 不稳定，导致测出的结果不理想，不能利 用该数据得到准确的非线性系数。就最终 得到的实验数据来看，我们实现了定性地 验证ZnO薄膜对透光率的非线性性质。
金属Ni诱导非晶硅薄膜晶化研究
２１ ０ ０年 ２月
电 子 器 件
Ｃ ｉｅｅＪ ｕ ａ ｏ ｅ ｔ ｎ Ｄｅ ｉ ｓ ｈｎ ｓ ｏ ｍ ｌ ｆ ｃｒ ｖ ｅ Ｅｌ ｏ ｃ
Ｖｏ ． ３ Ｎｏ． Ｊ３ １
Ｆ ｂ．２ ０ ｅ ０１
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｃ ｅ－ｎ ｕｃ ｄ Ｃｒ ｓａｌ ａ ｉｎ ｏ ｏ ｐ ｏ ｓＳ ｌ ｏ ｉ ｌ ｓ ｔ ｄ ｎ Ｎｉｋ ｌＩ ｄ ｅ ｙ ｔ ｌ ｚ ｔ０ ｆＡｍ ｒ ｈ ｕ ｉ ｃ ｎ Ｔｈ ｎ Ｆｉ ｉ ｉ ｍ
Ａ ｓ ａ ｔ Ｐ ｌ ｒｓ ｌｎ ｉｃｎｆｍｓ ｅｅｐｅａｅ ｙＮ — ｄ ｃｄｃｙｔ ｌａ ｏ Ｎ Ｃ ｆ —ｉ ｌ ｓ ｈ ｆ ｃ ｂ ｔ ｃ ： ｏ ｃ ｔ ｌ ｅｓｉ ｌ ｒ ｒ ｒ ｂ ｉｎ ｕｅ ｒｓ ｌｚｔ ｎ（ Ｉ ）ｏ ａＳ ｆｍ ．Ｔ ｅｅ ｅｔ ｒ ｙ ｙ ａｉ ｌｏ ｉ ｗ ｐ ｄ ｉ ａｉ ｉ ｉ ｆ ｓ
ＥＥＡＣＣ ：０ ２ ５０
金 属 Ｎ 诱 导 非 晶硅 薄 膜 晶 化 研 究 ｉ
张 良艳 ， 林祖伦 ， 祁康成 ， 韦新颖
（ 子 科技 大学 光 电信 息 学 院 ， 都 ６０ ５ ） 电 成 １０４
摘 要 ： 采用金属镍诱导晶化非晶硅薄膜的方法制备多晶硅薄膜， 研究了不同退火温度和退火时间对晶化效果的影响， 使用
ｏ ｎ ｅ ｌ ｇ ｔｍｐ ｒ ｔｒ ｎ ｎ ｅ ｌ ｇ ｔ ｉ ｔ ｅ ｃ ｓａｌｚ ｔ ｎ ｗｅｅ ｉ ｖ ｓｉａｅ ．Ｔｈ Ｃ ｐ ｌ— ｉｆｌ ｒ ｈ ｒ ｆａ ｎ ａｉ ｅ ｅａ ｕ ｅａ ｄ ａ ｎ ａｉ ｉ Ｏｌ ｈ ｒ ｔｌｉａ ｉ ｒ ｎ ｅ ｔｇ ｔ ｄ ｎ ｎ ｍｅ ｙ ｏ ｅ ＮＩ ｏｙ Ｓ ｍｓｗｅｅｃ ａ－ ｉ ａ ｔｒ ｅ ｙ Ｓ ｅｅ ｉ ｄ ｂ ＥＭ ．ＥＤＳ ａ ｄ ＸＲＤ． Ｉ ｗａ ｏ ｎ ｈ ｔａ Ｓ ｌ ｅ ｉｅ ｍｏｐ ｏ ｓ ａｔｒ ａ ｎ ａｉ ｇ ｂ ｌｗ ６ ℃ ｚ ｎ ｔ ｓ ｆ ｕ ｄ ｔａ － ｉｆ ｍｓｒ ｍａ ｎ ｄ ａ ｒ ｈ ｕ ｆ ｎ ｅ ｎ ｅｏ ４ ０ ｉ ｅ ｌ
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学薄膜层结构的太阳能电池
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课题研究的现状及发展趋势
• 2008年S.R.P.Silva等人，通过激光晶化非 晶硅PIN结构的n层为纳米晶硅作为电池光 学薄膜，首次报道最高转换效率为2.5%
• 2009年C.C.Kuo，通过在线光学测试，成 功利用激光晶化来控制晶粒大小，调节薄 膜光通过率和反射率
• 通过控制激光能量晶化非晶硅薄膜，从而 控制多晶硅光学薄膜层晶粒大小，来调节 光透过率、反射率和电池转换效率
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谢谢聆听
·学习就是为了达到一定目的而努力去干, 是为一个目标去 战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折
Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard, Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal
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课题研究的内容及目标
• 通过控制激光能量晶化非晶硅薄膜，从而 控制多晶硅光学薄膜层晶粒大小，来调节 光透过率、反射率和电池转换效率
• 应用于激光诱导晶化非晶硅薄膜太阳能汽 车玻璃，具有可见光透过、防紫外光的功 效，还可以为蓄电池充电
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不同硅基材料光电性能比较
多晶硅 微晶硅 非晶硅 单晶硅 纳晶硅
激光诱导晶化非晶硅薄膜 表面形貌与光电性能研究
xxx
1
课题研究的背景和意义
• 玻璃衬底ITO上低成本制备低温多晶硅LTPS • 等离子增强气相沉积PECVD制备非晶硅薄膜 • 准分子激光晶化ELC非晶硅a-Si薄膜为多晶
硅poly-Si薄膜 • 制备有源显示器件AMLCD和AMOLED的薄
膜晶体管TFT沟道 • 通过激光晶化非晶硅薄膜制备具有多晶硅光
3.714*10e-2
熔融潜热
Hc(T)dT 6
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激光能量熔融a-Si薄膜深度模拟曲线
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蝇眼整形激光光斑能量分布模拟
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蝇眼整形激光晶化晶粒金相显微图
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AFM表征的晶粒与晶界分布图
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不同激光功率下的晶粒大小变化
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常温下不同激光能量对应的霍尔 电子迁移率和电阻率
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激光晶化PIN太阳能器件I-V曲线
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PIN种相互关系： • 统计不同激光功率与晶粒大小变化关系，
经过Seco腐蚀液腐蚀多晶硅表面SEM图 • 光透过率和反射率变化与晶粒大小的关系 • 太阳能电池转换效率与光透过率和反射率
的变化关系
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写在最后
成功的基础在于好的学习习惯
The foundation of success lies in good habits
poly-Si uc-Si a-Si sc-Si nc-Si
禁带宽度 1.2 1.2~ 1.7 1.12 2.3
ev
1.7
电子迁移率 10e2 10e1 10e0 10e3 10e2
cm2/V*s
转换效率 18%
/ 15% 20% /
mitsubishi
sanyo Kyocera
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激光能量熔融a-Si薄膜相变潜热
固态非晶硅 液态非晶硅 固液混合硅
密度 g/cm3 比热容C(T)
2.20
2.53
2.33
C(T)=0.952+0.171*T/1685
J/g*K
热传导K(T) K(T)=4.828*10e-11*(T-
W/cm*K 900)e3+4.828*10e-9*(T900)e2+3.714*10e-6*(T-900)+