硅锗基多层异质结构薄膜课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,太阳电池用硅锗基多层异质结构薄膜的制备及光学性能研究,太阳电池用硅锗基多层异质结构薄膜的制备及光学性能研究,目录,1.,研究背景,2.,研究内容,3.,实验与结果,4.,研究计划,5.,应用前景,目录1.研究背景,1.,研究背景,太阳能电池,硅系太阳电池,染料敏化电池,化合物太阳电池,添加文本内容,缺点是转化率低，电解液会引起一系列问题，诸如稳定性，运行温度受限等，商业化应用还有很大局限。,属直接带隙材料，对阳光的吸收系数大。但是化合物半导体有毒性，容易造成污染，因此产量少，常用在一些特殊场合。,硅系太阳电池资源丰富、无毒，全世界太阳电池总产量的,94%,以上都是硅系材料。,1.研究背景太阳能电池硅系太阳电池染料敏化电池化合物太阳电,晶体,Si,电池转换效率最高，性能最稳定。但晶体,Si,价格昂贵、制作成本高。为了降低成本、节省材料，晶体硅太阳能电池都在朝薄膜化发展。,硅系太阳电池材料的研发趋势是发展薄膜太阳能电池,晶体,Si,晶体Si电池转换效率最高，性能最稳定。但晶体Si价格昂贵、,因此，研究硅锗基多层异质结构薄膜具有重大意义。,用于制造量子级联激光器、测辐射热等的热敏元件、,肖特基二极管、光电集成接收机芯片、,MOSFT,、,CMOS,器件等,Si,1-x,Ge,x,异质结构材料,高载流子,迁移率,较好的高频特性,较优的光电性能,低噪声,高量子效率,较低的能耗,因此，研究硅锗基多层异质结构薄膜具有重大意义。用于制造量子级,2.,研究内容,研究气氛热退火处理和快速升温热处理对溅射态薄膜组织结构的影响；,分析,ZnO,层对,Si,1-x,Ge,x,薄膜的生长和微结构的影响及作用机制；,了解对薄膜的光吸收和发光性能进行表征，并探讨不同热处理工艺对光学性能的影响；,1,Si,1-x,Ge,x,薄膜的磁控溅射制备、结晶化处理及光学性能研究,2.研究内容 研究气氛热退火处理和快速升温热处,依据能带理论设计并制备出不同晶态、不同厚度和周期数的,(Si/Ge)n,多层异质薄膜结构，分析溅射态和退火态,Si/Ge,界面结构和应变驰豫特征，同时表征薄膜的光学性能，并探讨,Si/Ge,异质结构的光吸收与发光的机理。,2,(Si/Ge)n,多层异质结构薄膜的设计制备与结构性能,研究,依据能带理论设计并制备出不同晶态、不同厚度和周期,在石英衬底上应用射频磁控反应溅射制备,(Si/Ge),n,/Ge,薄膜，探讨工艺参数对薄膜相结构、表面形貌、厚度和界面结构的影响，并对其光吸收及光透过性能进行表征，确定光学带隙。,3,(Si/Ge)n/Ge,薄膜的射频磁控反应溅射制备与性能研究,在石英衬底上应用射频磁控反应溅射制备(Si/Ge)n,选定合适的,Si/Ge,薄膜结构，结合,Si,1-x,Ge,x,薄膜的磁控溅射沉积特性和薄膜热处理过程中的结晶特点，实现,(Si/Ge)n/Si,1-x,Ge,x,/SiO,2,多层异质结构薄膜，并对其光吸收和发光性能进行表征,。,4.(Si/Ge)n/Si,1-x,Ge,x,/SiO,2,多层结构的实现与光学性能研究,选定合适的Si/Ge薄膜结构，结合Si1-xGex薄膜,3.,探讨,Si,1-x,Ge,x,薄膜的磁控溅射工艺与性能,样品系列,1 T,s,=400,，,P,in,=100W,，,t=60min,溅射气压,(Pa)0.5 1.0 2.0 4.0 6.0 8.0,薄膜厚度,(nm)1101.9 1526.7 766.4 495.8 771.8 552.2,最大粗糙度,(nm)32.6 25.2 18.4 28.6 33.7 38.9,沉积速率,(nm/min)18.4 25.4 12.8 8.3 12.9 9.2,样品系列,2 T,s,=400,，,P,g,=1.0 Pa,，,t=60min,溅射功率,(W)50 100 150 200 250,薄膜厚度,(nm)678.6 1526.7 1861.6 2144.4 2992.1,最大粗糙度,(nm)36.1 25.2 35.6 52.8 59.7,沉积速率,(nm/min)11.3 25.4 31.0 35.7 49.9,样品系列,3 P,g,=1.0 Pa,，,P,in,=100W,，,t=60min,衬底温度,(),常温,150 300 400 500 600,薄膜厚度,(nm)1108.2 1130.8 1225.7 1526.7 1090.1 1093.2,最大粗糙度,(nm)58.9 47.4 38.2 25.2 42.7 52.8,沉积速率,(nm/min)18.5 18.8 20.4 25.4 18.2 18.2,Si,1-x,Ge,x,单层膜的实验工艺参数组合以及薄膜的沉积特性,1.,Si,1-x,Ge,x,薄膜沉积参数的选取,3.探讨Si1-xGex薄膜的磁控溅射工艺与性能样品系列,2.,Si,1-x,Ge,x,薄膜,的沉积特性及表面粗糙度,薄膜厚度与表面粗糙度随工艺参数变化的趋势图,2.Si1-xGex薄膜的沉积特性及表面粗糙度薄膜厚度与表,3.,Si,1-x,Ge,x,薄膜,的结晶性能分析,不同沉积条件下获得的,Si,1-x,Ge,x,薄膜的,XRD,图谱,3.Si1-xGex薄膜的结晶性能分析 不同沉积条件下获得,4.,Si,1-x,Ge,x,薄膜的光吸收性能分析,不同沉积条件下获得的,Si,1-x,Ge,x,薄膜的紫外,-,可见光吸收谱,4.Si1-xGex薄膜的光吸收性能分析不同沉积条件下获得,5.,Si,1-x,Ge,x,薄膜的力学性能分析,不同沉积条件下获得的,Si,1-x,Ge,x,薄膜的声发射信号,-,载荷测量曲线,5.Si1-xGex薄膜的力学性能分析 不同沉积条件下获得,6,.,对,Si,1-x,Ge,x,薄膜最佳工艺的参数确定,根据在沉积过程中,Si,1-x,Ge,x,薄膜的表面状况，组织结构，光和力学性能的变化规律以及最终的实验目的，可确定出,Si,1-x,Ge,x,薄膜的最佳沉积工艺，具体工艺参数如下：溅射气压为,1.0Pa,，溅射功率为,100W,，衬底温度为,400,。,6.对Si1-xGex薄膜最佳工艺的参数确定根据在沉积过程,4.,研究方向,(1),采用,Si,1-x,Ge,x,薄膜优化的工艺参数完成,Si,1-x,Ge,x,薄膜的磁控溅射制备，进行结晶化处理及光学性能研究。,(2)(Si/Ge)n,多层异质结构薄膜的设计制备与结构性能研究,(3)Ge/(Si/Ge)n,薄膜的射频磁控反应溅射制备与性能研究,(4)SiO,2,/Si,1-x,Ge,x,/(Si/Ge)n,多层结构的实现与光学性能研究,4.研究方向(1)采用Si1-xGex薄膜优化的工艺参数,最终成果,硅锗基多层异质结构薄膜,SiO,2,/ZnO/Ge/(Si/Ge),n,和,SiO,2,/ZnO/Si,1-x,Ge,x,/(Si/Ge),n,的设计、制备及光学性能研究。,最终成果 硅锗基多层异质结构薄膜SiO2,应用前景,硅锗薄膜材料,具有光吸收率高，工艺温度低，禁带宽度可调，光谱响应范围可拓宽等优点。,采用,磁控溅射方法,具有易于保证薄膜的化学成分与靶材基本一致，沉积原子能量较高，薄膜组织更致密，附着力更强等优点，可使得硅锗薄膜的质量迅速提高。,硅锗薄膜材料对未来市场发展具有重要意义！,应用前景硅锗薄膜材料 具有光吸收率高，工艺温度低，禁带宽,谢谢！,谢谢！,