采用磁控溅射方法, 在多晶硅薄膜太阳电池表面沉积了不同粒径大小的Au纳米粒子, 利用粒径大小可调控的Au纳米粒子的局域表面等离激元共振增强效应(LSPR), 对入射光中的可见光区域实现“光俘获”; 采用UVvis吸收光谱对LSPR进行了研究, 结果表明, LSPR能够有效拓展Au纳米粒子的光谱响应范围(400~800nm), 并且, 随着Au纳米粒子粒径的增大, LSPR共振吸收峰呈现出明显“红移”; 同时, 通过SERS表征, 证实LSPR能够有效增强Au纳米粒子周围的局域电磁场强度; 最后, 多晶硅太阳电池的JV特性曲线表明, 当Au纳米粒子溅射时间为50s时, 多晶硅太阳电池光电转换效率(η)最高为14.8%, 比未修饰Au纳米粒子的电池η提高了42.3%。

研究了以聚酰亚胺为基板的p型低温多晶硅薄膜晶体管在不同弯曲半径下的偏压稳定性。当曲率半径从15 mm变到3 mm时, 在拉伸弯曲状态下, 阈值电压和平坦时保持一致(Vth＝-1.34 V), 迁移率μsat从45.65 cm2/(V·s)降到45.17 cm2/(V·s), 开关比增大; 在压缩弯曲状态下, 转移特性曲线和平坦状态保持了非常好的一致性。在最小弯曲半径为3 mm时, 进行了正负偏压稳定性测试, 结果表明, 器件依然具有很好的稳定性。

超薄多晶硅薄膜具有优异的压敏特性。铝诱导层交换(ALILE)制备多晶硅薄膜具有成膜温度低薄膜性能优良等特点。利用ALILE方法在玻璃基底上低温条件下制备了50 nm超薄多晶硅(poly-Si)薄膜, 并对薄膜微观结构及压阻特性进行了研究。Raman光谱在521 cm-1出现尖锐、对称的特征峰, 表明超薄多晶硅薄膜晶化状态良好。此外, 在拉曼光谱480 cm-1处没有明显出现a-Si的Raman特征峰也说明制备的poly-Si薄膜样品完全结晶;XRD光谱表明ALILE制备薄膜在(111)和(220)晶向择优生长, 晶粒尺寸约5 μm;霍尔效应测试结果表明: ALILE制备薄膜为p型掺杂, 空穴浓度为9×1018～6×1019 cm-3;压阻特性研究表明: ALILE超薄多晶硅薄膜应变系数(GF)达到了60以上, 且与薄膜厚度相关;应变温度相关系数(TCGF)在-0.17～0%℃范围内;电阻温度相关系数(TCR)在-0.2～-0.1%℃范围内。ALILE超薄多晶硅薄膜具有GF大、TCGF小和TCR小等特点。因此, 有望在压力传感器领域得到应用。

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。

为扩大晶粒尺寸并降低晶粒间界缺陷对多晶硅薄膜晶体管的不良影响, 采用准分子激光相位掩模法制备了大晶粒尺寸的多晶硅薄膜。首先, 在无相位掩模时利用不同能量密度的准分子激光晶化非晶硅薄膜, 通过扫描电镜观测晶粒尺寸确定超级横向生长的能量窗口; 然后, 在该能量密度下采用周期为1 073 nm的相位掩模板对入射光束进行相位调制, 在样品表面形成人工可控的横向温度梯度, 使非晶硅熔化并横向生长结晶为多晶硅; 最后, 对薄膜特性进行测量, 并与非晶硅薄膜和超级横向生长制备的多晶硅薄膜进行比较。结果表明: 本文方法制作的薄膜的平均晶粒尺寸提高了一个数量级, 达到了228.24 nm; 薄膜电阻率降低一个数量级, 为18.9 Ω·m; 且晶粒分布规则有序。该方法能有效提高多晶硅薄膜的电学特性, 适用于高质量多晶硅薄膜器件的制作。

二维器件仿真是揭示半导体器件物理机理的有效途径。首先利用二维器件仿真工具构建单栅和双栅多晶硅薄膜晶体管(TFT),并完整地考虑晶界陷阱态的分布规律,即指数分布的带尾态和禁带中央高斯分布的深能态。同时,改变晶界陷阱密度、多晶硅薄膜厚度、温度等条件,以及考虑翘曲(kink)效应,仿真单栅和双栅器件的电流-电压(I-V)特性,分析物理规律,建立对多晶硅TFT器件物理特性的进一步理解。

多晶硅薄膜晶体管具有独特的栅电容特性，即泄漏区中栅源电容的反常增大和饱和区中栅漏电容由于kink效应的增大。基于Meyer模型，考虑了泄漏产生效应和kink效应，对多晶硅薄膜晶体管的栅漏电容和栅源电容特性进行了建模研究。对实验数据进行拟合发现，提出的模型与实验数据符合得较好，能准确地预测多晶硅薄膜晶体管的栅电容特性。

硅基薄膜电池主要包括氢化非晶硅电池、氢化微晶硅电池、多晶硅薄膜电池以及硅薄膜叠层电池。 本文归纳了硅基薄膜材料和器件的微观结构、光学和电学特性，讨论了硅基薄膜电池性能的优化设计，并介绍了近期的研究 进展情况，比如，氢化非晶硅抗反射涂层、晶粒为几个纳米的微晶硅材料、中间插入反射层的新型叠层电池结构以及具有高稳定 性的多晶硅薄膜电池CSG。

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%。

从准二维泊松方程出发, 结合多晶硅扩散和热发射载流子输运理论, 建立了多晶硅薄膜晶体管亚阈值电流模型。由表面势方程及亚阈值电流方程求得包含陷阱态和晶粒尺寸的亚阈值斜率解析表达式。模型具有简明的表达式, 并且在大晶粒和低陷阱态情形下可简化为传统长沟道MOSFET亚阈值区模型。仿真结果与试验数据符合得很好, 验证了模型的正确性。