1 盐城工学院 机械工程学院，江苏 盐城 224051
2 南京航空航天大学 材料科学与技术学院，江苏 南京 221110
3 深圳市大族光伏装备有限公司，广东 深圳 518103
4 江苏润阳悦达光伏科技有限公司，江苏 盐城 224000
为研究多脉冲激光的热累积效应对硼掺杂纳米硅薄膜熔覆过程的影响，采用单温模型，利用三维有限元方法对激光与硅薄膜的相互作用过程中温度场的分布进行了数值模拟，得到了多脉冲激光耦合情况下的温度场变化规律。仿真结果表明：与单脉冲相比，在多脉冲激光作用下，峰值温度增加了3.2%，熔池尺寸扩大了18.75%，同时热影响区范围也明显增加；激光辐照后，熔覆层表面温度下降，但基体温度仍会继续上升，多脉冲热累积效应为纳米硅薄膜中硼元素扩散提供了有利条件。最后，通过单脉冲及多脉冲激光熔覆实验，分析了熔覆硅薄膜后的熔覆层表面状况的差异，并获得了激光熔覆辅助硼元素扩散的一般规律，为硼掺杂纳米硅薄膜的激光辅助扩散技术在半导体器件中的应用提供了条件。
硼掺杂纳米硅薄膜 激光熔覆 多脉冲激光 温度场 硼扩散 B doped Si nano-film laser cladding multi-pulse laser temperature field B diffusion 红外与激光工程
2021, 50(10): 20210023
Author Affiliations
Abstract
School of Physics, State Key Laboratory of Crystal Materials, Shandong University, Jinan 250100, China
The heterogeneous integration of silicon thin film and lithium niobate (LN) thin film combines both the advantages of the excellent electronics properties and mature micro-processing technology of Si and the excellent optical properties of LN, comprising a potentially promising material platform for photonic integrated circuits. Based on ion-implantation and wafer-bonding technologies, a 3 inch wafer-scale hybrid mono-crystalline Si/LN thin film was fabricated. A high-resolution transmission electron microscope was used to investigate the crystal-lattice arrangement of each layer and the interfaces. Only the H-atom-concentration distribution was investigated using secondary-ion mass spectroscopy. High-resolution X-ray-diffraction scanning was used to study the lattice properties of the Si/LN thin films. Raman measurements were performed to investigate the bulk Si and the Si thin films. Si strip-loaded straight waveguides were fabricated, and the optical propagation loss of a 5-μm-width waveguide was 6 dB/cm for the quasi-TE mode at 1550 nm. The characterization results provide useful information regarding this hybrid material.
Si thin film lithium niobate thin film hybrid material integrated optics Chinese Optics Letters
2021, 19(6): 060017
1 天津津航技术物理研究所 天津市薄膜光学重点实验室, 天津 300308
2 光电材料智能表面织构技术联合实验室, 天津 300308
3 空军驻京津地区军事代表室, 天津 300308
4 哈尔滨工业大学光电子技术研究所 可调谐激光技术国家级重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150080
Si薄膜在可见光和近红外波段具有一定的吸收特性, 可用于宽带吸收薄膜的制备。采用离子束溅射技术, 在熔融石英基底上制备了不同沉积工艺参数的Si薄膜, 基于透、反射光谱和椭偏光谱的全光谱数值拟合法, 计算了Si薄膜的光学常数, 并研究了氧气、氮气流量对其光学特性的影响。选择Si和Ta2O5作为高折射率材料、SiO2作为低折射率, 设计了吸收率为2%和10%的宽带(1 000~1 400 nm)吸收薄膜。采用离子束溅射沉积技术, 在熔融石英基底上制备了宽带吸收薄膜, 对于A=2%的宽带吸收光谱, 在1 064、1 200、1 319 nm的吸收率分别为2.12%、2.15%和2.22%; 对于A=10%的宽带吸收光谱, 在1 064、1 200、1 319 nm的吸收率分别为9.71%、8.35%和9.07%。研究结果对于吸收测量仪、光谱测试仪等仪器的定标具有重要的作用。
离子束溅射技术 Si薄膜 吸收率 光学常数 ion beam sputtering Si thin film absorption rate optical constant 红外与激光工程
2019, 48(2): 0221003
1 厦门理工学院材料科学与工程学院 福建省功能材料及应用重点实验室, 福建 厦门 361024
2 中国科学院 城市环境研究所, 福建 厦门 361021
3 辽宁师范大学 化学与化工学院, 辽宁 大连 116029
为了实现超声探伤和应力发光探伤二者结合, 研究了SrAl2O4∶Eu,Dy(SAOED)/硅橡胶在超声振动下的应力发光性质。薄膜的微观结构表明, SrAl2O4∶Eu, Dy应力发光颗粒被高弹性的硅胶包裹。当超声波作用到薄膜表面时, 超声振动可以促使应力发光颗粒周围的硅橡胶发生各种形变, 从而使被包裹的应力发光颗粒发生有效形变, 产生高效的应力发光。薄膜厚度以及超声频率对SAOED发光薄膜的应力发光有明显的影响。薄膜的超声应力发光强度随着薄膜厚度的增加先增大, 当薄膜的厚度为1 mm时达到最大, 之后随着薄膜厚度的增加而降低。薄膜的超声应力发光强度与超声频率大小成正比, 即使最低频率仅为500 Hz时仍能检测到信号, 说明SrAl2O4∶Eu, Dy/硅橡胶发光薄膜是一种很有应用前途的无损检测传感器。
Dy/Si橡胶应力发光薄膜 超声应力发光 无损检测传感器 SrAl2O4∶Eu SrAl2O4∶Eu Dy/Si rubber film ultrasound induced mechanoluminescence nondestructive examination sensors
黑龙江大学 电子工程学院重点实验室, 哈尔滨 150080
采用RF-PECVD系统在SOI材料上制作α-Si: H TFT,纳米非晶硅薄膜厚度为98 nm,沟道长宽比为10 μm/40 μm。用扫描电子显微镜、X射线衍射和拉曼光谱等检测方法对不同退火温度下的氢化非晶硅薄膜形貌进行了表征。采用CMOS工艺、各向异性腐蚀溶液EPW、射频溅射技术和等离子体刻蚀等工艺实现α-Si: H TFT的制作。在给出一般α-Si: H TFT特性分析和实验结果的基础上,又采用建模方式对α-Si: H TFT出现的负阻特性进行研究。提取纳米氢化非晶硅薄膜与栅氧化层界面处能带图的结果表明,在靠近漏端0.5 μm范围内,漏压由6 V增加到30 V时,随漏压的增加,价带能量逐渐下降。研究结果表明,距离漏端0.5 μm范围内的压降导致负阻特性产生。
纳米非晶硅薄膜 SOI材料 腐蚀自停止技术 负阻特性 α-Si: H TFT α-Si: H TFT nano α-Si: H film silicon-on-insulator materials etch-stop technique negative resistance characteristics 强激光与粒子束
2015, 27(2): 024134
兰州大学 物理科学与技术学院，甘肃 兰州730000
提出一种新的采用镍硅化物作为种子诱导横向晶化制备低温多晶硅薄膜晶体管的方法。分别采用微区Raman、原子力显微镜和俄歇电子能谱对制备的多晶硅薄膜进行结构和性能表征，并以此多晶硅薄膜为有源层制备了薄膜晶体管，测试其I-V转移特性。测试结果显示,制备的多晶硅薄膜具有较低的金属污染和较大的晶粒尺寸，且制备的多晶硅薄膜晶体管具有良好的电学特性，可以有效地减小漏电流, 同时可提高场效应载流子迁移率。这主要是由于多晶硅沟道区中镍含量的有效降低使得俘获态密度减少。
镍硅化物 金属诱导横向晶化 多晶硅薄膜晶体管 Ni silicide metal induced lateral crystallization poly-Si thin film transistors
1 东莞宏威数码机械有限公司 研发中心, 广东 东莞 523018
2 清华大学 机械工程学院精密仪器与机械学系 光盘国家工程研究中心, 北京 100084
非晶硅薄膜太阳能电池制备过程中的激光刻线工艺要求刻线宽度在30 μm～50 μm之间，死区范围小于300 μm，刻线深度符合工艺要求。这不仅要求激光器具有较高的光束质量，而且要求光学系统具有较高的成像质量和较宽的焦深。设计了单激光器四分光路的激光刻线系统。采用设计的激光刻线装置，在1 400 mm×1 100 mm×3.2 mm玻璃基板上进行刻线试验，分别得到刻线P1，P2，P3的线宽为35 μm，50 μm和45 μm，死区范围(P1至P3的距离)为287 μm，最终深度分别为0.98 μm，0.24 μm和0.58 μm，刻线宽度和深度均符合薄膜太阳能电池制备工艺要求。
激光刻线系统 非晶硅薄膜太阳能电池 刻线 laser scribing system a-Si thin film solar cell scribing line
1 南开大学 光电子器件与技术研究所,天津 300071
2 香港科技大学 电机与计算机系,香港
3 上海大学 新型显示及系统集成教育部重点实验室，上海 200444
以衬底温度和射频(RF)功率为调控晶化多晶硅薄膜的氢等离子钝化处理工艺的参数,借助发射光谱(OES)全程实时探测以及对氢化处理后薄膜的傅里叶变换红外吸收谱(FTIR)的分析,通过钝化前后薄膜电性能相对照,探讨工艺优化的微观机理。对于LPCVD为晶化前驱物SPC晶化的样品,氢等离子体中的Hβ和Hγ基元对氢钝化处理起主要作用。硅薄膜氢化处理后膜中的氢以Si-H或Si-H2的形态大量增加。随氢化处理的温度升高,促使Hβ和Hγ以更高的动能在表面移动并进入薄膜内与硅悬挂键键合。只有提供足够的动能才能有效改善多晶硅微结构(R降低),使霍尔迁移率得以增大;样品在足够高的衬底温度下,只需较低功率即能产生所需数量的Hβ和Hγ等离子基元对样品予以钝化。降低功率,能有效降低I2100、继而减小R,从而减少对薄膜的轰击和刻蚀,有利提高电学性能。实验中样品氢化处理较优化的条件为550 ℃,10 W,其霍尔迁移率提高了43.5%。
氢钝化处理 多晶硅薄膜 机制 hydrogen plasma treatment poly-Si thin film mechanism
1 兰州交通大学 国家绿色镀膜技术与装备工程技术研究中心,甘肃 兰州 730070
2 西安交通大学 先进制造技术研究所,陕西 西安 710049
3 兰州大学 物理科学与技术学院,甘肃 兰州 730000
4 华南师范大学信息光电子科技学院,广东 广州 510631
以表面平整、粗糙的玻璃为衬底,在不同衬底温度下直流磁控溅射沉积a-Si薄膜,制备成glass/a-Si/Al样品,经退火处理制备了poly-Si薄膜。分别采用Raman光谱、XRD光谱等手段研究了衬底粗糙度以及衬底温度对铝诱导晶化(AIC)制备的poly-Si品质的影响。Raman光谱表明:所有样品在521cm-1都有尖锐、对称的Raman峰出现,表明样品完全结晶;XRD结果表明:poly-Si在(111)晶向择优生长;XRD在(111)处的半高宽值(FWHM)表明:玻璃衬底的形貌和a-Si沉积的温度对poly-Si的品质产生影响。200℃可能是AIC制备poly-Si薄膜时沉积a-Si时的最适温度。
a-Si薄膜 粗糙度 衬底温度 晶化 a-Si thin film Morphology Temperature of substrate Crystallization AIC AIC
Key Laboratory of Material Physics for Ministry of Education, Zhengzhou University, Zhengzhou 450052, CHN
