在摩尔定律的影响下，半导体制造的线宽尺寸逐步到达极限。当前28 nm及以下工艺制程中，多晶硅栅极刻蚀普遍采用双层联动的硬掩模刻蚀加多晶硅刻蚀的方法，可以实现关键尺寸的有效控制，但同时也增加了颗粒缺陷的发生率。针对多晶硅硬掩模刻蚀（Polysilicon Hard Mask Etch, P1HM-ET）过程中出现的棒状颗粒缺陷，分析了缺陷的来源和形成机理。通过精准调控刻蚀结束后静电卡盘（Electrostatic-Chuck, ESC）对晶圆的释放时间和自身电荷的释放时间来加强刻蚀腔体内颗粒的清除和减小晶背静电吸附作用。结果显示，当晶圆释放时间增加2 s，ESC电荷释放时间增加6 s后，减少了约80%的棒状颗粒缺陷。通过调控相关联的工艺参数来减少缺陷，可以有效减少消耗性零件的使用，从而降低生产成本。

改良西门子法是多晶硅生产的主要方法, 而多晶硅还原炉是多晶硅制备的主要设备。针对传统多晶硅还原炉的流场、温度场和辐射场不均匀导致生产的多晶硅尺寸不规则的问题, 本文对还原炉的炉顶封头结构、出气口位置布局和硅棒底盘布局进行优化设计。利用Fluent软件Do辐射模块对多晶硅还原炉进行气-固辐射仿真分析, 对比优化前后的流场、温度场和辐射场的云图、流线图等, 结果表明: 上出气口排气设计能够有效提高炉内气体流动速度, 减少炉内气体回流, 增加气体流动均匀性, 有效解决炉内顶部产生的温度死区, 平衡炉内上下温度差; 椭圆形顶部封头优化了还原炉整体空间, 降低设计成本, 有效抑制圆形封头中气体旋涡的产生, 增加炉内气体流动均匀性; 采用平行圆周对称式硅棒增加整体辐射量, 优化了传统还原炉中外圈硅棒与中心硅棒辐射不均匀现象, 有效防止了不规则硅棒的产生, 提高了多晶硅的产量, 为多晶硅还原炉的结构设计提供一个新的方案。

Al-Si合金法提纯具有生产成本低、除杂效率高、副产物单一等特点, 是一种极具潜力的太阳能级多晶硅原料的制备方法。在该工艺路线中, Al作为溶剂不可避免地会对Si产生污染, 如何降低初晶硅中Al的含量是亟需解决的问题之一。本文通过向Al-50%Si合金中加入Cu, 分析Cu对合金溶液热力学性能的影响, 结合Cu的存在方式, 探讨Cu对Al污染的抑制作用。结果表明: 在Al-50%Si合金中添加10%(质量分数)Cu后, 合金中Al的活度系数降低至0.714 8; 初晶硅中Al的含量从250.960 mg/kg降低到181.637 mg/kg, 比未添加Cu时减少了27.62%, 同时, Cu在初晶硅中的残留仅为12.6 mg/kg, 低于Cu在Si中的固溶度。可见, 在Al-Si合金中引入Cu并未对初晶硅造成二次污染。因此, 采用Al-Si-Cu三元合金体系进行提纯制备太阳能级多晶硅能够有效抑制Al对初晶硅的污染。

本文主要对低压化学气相沉积(LPCVD)法制备N型高效晶硅隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)电池工艺进行研究。分析LPCVD法制备隧穿氧化层及多晶硅层的影响因素，研究了不同氧化层厚度、多晶硅厚度及多晶硅层中P掺杂量对太阳能电池转换效率的影响。结果表明：当隧穿氧化层厚度在1.55 nm时，钝化效果最佳；多晶硅层厚度120 nm时Voc达到最高值；多晶硅层厚度在90 nm时Eff最高。当P掺杂量为3.0×1015 cm-2时可获得较高的Voc，原因是随着P掺杂量的增加，多晶硅层场钝化效果提高。

多晶硅氧化物(POLO)结构是在晶硅表面依次生长一层极薄的界面氧化层与多晶硅层所形成的钝化接触结构。基于POLO结构的钝化接触技术不仅能够获得优异的表面钝化特性,而且避免了金属与晶硅表面的直接接触,极大地降低了金属与晶硅表面的接触复合。目前应用POLO钝化接触结构制作的小面积晶硅太阳能电池转换效率高达26.1%,制作的大面积晶硅太阳能电池产业化效率已经超过24.5%。同时POLO钝化接触技术应用于晶硅电池的制作可以承受高温工艺,兼容现有的晶硅电池产业化设备,是未来极具产业化潜力的钝化接触技术方案。本文主要综述了POLO钝化接触结构中载流子的传输机理及相应的量化参数表征方法; 对比了POLO结构制备中界面氧化层生长、多晶硅层的沉积、掺杂及氢化处理的方法; 总结了多晶硅层的寄生吸收效应、晶硅表面形貌结构、掺杂浓度分布对POLO结构钝化接触特性的影响; 简述了POLO钝化接触技术的研究进展及当前POLO电池制作面临的技术难点。

基于X-切绝缘体上薄膜铌酸锂平台, 提出并设计了一种高耦合效率的切趾一维光栅耦合器。采用非晶硅覆盖层材料, 结合亚波长光子晶体等效方案和遗传算法增强光栅耦合效率。在中心波长1550nm处, 光栅的峰值耦合效率为-1.08dB, 通过引入底部金属反射镜可进一步提高至-0.53dB, 其1dB带宽约为61nm。

介绍了多晶硅电阻非线性度对信号链整体电路性能的影响, 分析了多晶硅电阻非线性产生的原因。提出了衬底电位补偿和组合多晶补偿两种非线性补偿设计方法。采用仿真和测试, 对比了未经补偿、新补偿方法的12位D/A转换器的性能。结果表明, 经过多晶硅电阻补偿和非线性补偿后的D/A转换器达到了更优的线性度。

本文对70 nm超薄多晶硅的掺杂工艺、钝化性能及光伏特性进行了研究。确定了70 nm超薄多晶硅的掺杂工艺，研究表明当离子注入剂量为3.2×1015 cm-3，在855 ℃退火20 min时，70 nm超薄多晶硅的钝化性能可以达到与常规120 nm多晶硅相当的水平，且70 nm多晶硅的表面掺杂浓度达到5.6×1020 atoms/cm3，远高于120 nm掺杂多晶硅的表面掺杂浓度(2.5×1020 atoms/cm3)。基于70 nm超薄多晶硅厚度减薄和高表面浓度掺杂的特点，较低的寄生吸收和强场钝化效应使得在大尺寸(6英寸)直拉单晶硅片上加工的N型TOPCon太阳能电池的光电转换效率得到明显提升，主要电性能参数表现为: 电流Isc升高20 mA，串联电阻Rs降低，填充因子FF增加0.3%，光电转换效率升高0.13%。

多晶硅熔丝是一种单次可编程(OTP)的非易失存储单元，常用于集成电路的修调，确保电路在PVT下性能稳定。对传统熔丝修调电路进行了改进，设计了一种常规修调电压下高可靠的硅化物多晶熔丝修调电路。该电路具有功耗低、易扩展和复用性强等优点。基于0.25 μm CMOS工艺流片测试，该电路在3.3 V电压下实现了14位DAC高31位温度计码恒流源的修调。