论文部分内容阅读
掺杂纳米非晶硅薄膜在电学、光学和稳定性方面优于传统非晶硅和微晶硅薄膜。特别是作为液晶光阀的光敏层,它不仅有很高的吸收系数和光敏性,还具有宽带隙和光照稳定性,是比较理想的光敏探测材料。本文采用射频磁控溅射设备,以单晶硅靶为溅射材料,在H2和Ar混合气氛下,成功制备出具有纳米晶-非晶两相复合新型结构的掺硼nc-Si:H薄膜,系统研究了B含量对薄膜微结构及光电性能的影响；并首次提出将CdTe化合物与Si一同溅射,制备出a-Si1-x(CdTe)x:H薄膜,对a-Si1-x(CdTe)x:H薄膜的微结构、光学特性和电学特性做了深入研究。HRTEM、Raman测试结果表明,当C(B)=0.16%时,薄膜晶化率达到31.7%,晶粒尺寸为2.13nm,晶粒主要沿(111)方向生长,而再增加B含量,晶化率与晶粒尺寸明显降低。FTIR结果表明,薄膜中的硼含量与氢含量有密切关系,B原子在新生膜表面形成没有电活性的Si-B键,并替代Si-H键中H原子,Si-B键的键能比Si-H强很多,使得薄膜中H含量随B含量的增加而降低。UV-vis透射光谱测试发现,随着硼掺杂量增高,透过率降低,薄膜对可见光的吸收增强,并且薄膜光学带隙增大,当掺杂0.1%B时,光学带隙达到2.13eV。B轻掺杂时薄膜费米能级附近的局域态密度较低,掺杂效果明显,能达到10-4Ω-1cm-1,但随着B含量增加,薄膜的光敏性逐渐降低。研究还发现,衬底温度越高,薄膜内部缺陷越少,致密性越强,但薄膜中H含量急剧下降；而随着H2流量增加,薄膜内部悬挂键密度减小,缺陷态降低,但薄膜中的H含量并没有随着H2流量增大而显著增加。结合HTREM图、XRD以及Raman光谱分析：a-Si1-x(CdTe)x:H薄膜的微观结构可为在氢化非晶硅薄膜中镶嵌了CdTe纳米颗粒,CdTe晶粒尺寸大约5nm,沿(111)晶面生长。XPS及EDX结果表明,Te元素和Cd元素没按1：1的比例存在于薄膜中,Te的含量明显高于Cd。随着CdTe含量增加,薄膜的折射率与吸收系数均明显增加,而光学带隙则从2.01eV减小到1.75eV。a-Si1-x(CdTe)x:H薄膜的暗电导相比普通a-Si:H薄膜要高一两个数量级,并且随着CdTe含量增大,暗电导率呈上升趋势,但光暗电导比在降低。经过退火处理的薄膜样品微观结构发生了很大变化,薄膜中的CdTe由制备态变为尺寸50-.,100nm,形状不规则,大小不均匀,有(100)、(220)、(111)不同晶面的CdTe结晶态。