电子束蒸发沉积重掺硅薄膜及其应用

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Si材料是半导体材料中最重要的材料之一,以应用于微电子工业等领域居多,其中Si薄膜则多用在太阳能行业,且对于Si薄膜的其他用途研究则不多。现阶段,建筑物用的玻璃,绝大部分辐射率较高,这样的玻璃保温性能差,整个建筑物损失的能量大约有一半是通过玻璃浪费掉的。因此,控制玻璃的能耗对节约能源大有裨益,其最佳选择是采用Low-e玻璃,俗称低辐射玻璃。目前Low-e玻璃根据其制作方式主要有在线Low-e玻璃和离线Low-e玻璃两种,而现阶段无论在线和离线生产出来的Low-e玻璃均价格太高,在我国大部分还是用于写字楼,商场,无法推广到家家户户。这样,对低成本Low-e玻璃的研究就摆在了我们眼前,现在比较常用的方法是磁控溅射法,但磁控溅射镀膜设备价格昂贵,相对生产出来的Low-e玻璃价格就高。而真空蒸镀法尽管成本简单,但一般都是制作双层膜,并且近几年也没有改进相关方法的报道。于是本实验室尝试采用电子束蒸发法来沉积重掺硅膜,希望可以仅采用Si原材料制备出具有低辐射特性的薄膜,通过对薄膜进行晶化,掺杂等工艺,提高重掺硅膜的导电特性,或者仅仅使用Si和Ag来制备Low-e薄膜,从而可以不通气体,降低成本和工序,并对对Si保护膜进行深入的探索,希望所做的工作对工业生产有一定的借鉴意义。论文所取得的结论主要有以下几点:(1)采用电子束蒸发法来制备出的重掺硅膜导电性较差,需要进一步改善;(2)利用四探针,X射线衍射(XRD),SEM,EDS等表征手段对薄膜进行了表征;(3)利用铝诱导低温晶化法对Si膜进行低温晶化,通过透射光谱和XRD分析,晶化后的透射率较之前有不小的提升,而且导电性有大幅提升;(4)利用实验中发现的现象,制备出了铝掺杂硅薄膜,测试结果表明,本实验制备出的Al-Si薄膜的导电性和可见光透射率有良好,具有一定的热反射特性;(5)制备出了基于Si和Ag的Low-e薄膜,且性能良好,而且Si保护层能够起到一定的保护作用。(6)研究了Si保护层对于金属防腐蚀的能力。分别在Cu和Al薄膜上蒸镀上了一层Si薄膜,在不影响透光性的条件下,Si薄膜对于金属防腐蚀有着良好的作用。
摘要第5-6页
ABSTRACT第6页
第一章 绪论第9-10页
第二章 文献综述第10-23页
    2.1 引言第10页
    2.2 太阳辐射第10-11页
    2.3 Low-e 薄膜的原理第11-14页
    2.4 Low-e 玻璃的特点及其应用第14-15页
    2.5 Low-e 薄膜的分类第15-19页
        2.5.1 在线膜及其制备方法第15-17页
        2.5.2 离线膜极其制备方法第17-19页
    2.6 硅薄膜的应用第19-20页
    2.7 硅薄膜的表面钝化第20页
    2.8 薄膜生长理论第20-22页
        2.8.1 薄膜的形成第20-21页
        2.8.2 薄膜生长的四个阶段第21-22页
    2.9 小结第22-23页
第三章 电子束蒸发法及薄膜表征技术第23-38页
    3.1 电子束蒸发法第23-32页
        3.1.1 真空系统[55-56]第24-28页
        3.1.2 蒸发系统[55-56]第28-30页
        3.1.3 膜厚控制系统[55-56]第30-31页
        3.1.4 衬底温度监测与控制系统第31页
        3.1.5 Low-e 薄膜的制备条件第31-32页
    3.2 薄膜的表征测试技术第32-37页
        3.2.1 X 射线衍射(XRD)测试技术第32-33页
        3.2.2 薄膜光学测试第33-35页
        3.2.3 扫描电子显微镜(SEM)第35-36页
        3.2.4 X 射线能量色散谱分析(EDS)第36-37页
    3.3 本章小结第37-38页
第四章 重掺硅膜的制备及表征第38-44页
    4.1 实验过程第38-39页
    4.2 实验结果及分析第39-42页
        4.2.1 电学性能测试第39页
        4.2.2 光学性能测试第39页
        4.2.3 Si 薄膜的表面形貌及成分分析第39-42页
    4.3 实验总结第42-44页
第五章 电子束蒸发制备非晶硅薄膜及其铝诱导低温晶化第44-50页
    5.1 多晶硅薄膜的制备第44-45页
    5.2 实验结果与分析第45-48页
        5.2.1 XRD 分析第45-48页
        5.2.2 UV 光谱分析第48页
    5.3 本章小结第48-50页
第六章 电子束蒸发制备 Al 掺杂 Si 膜第50-53页
    6.1 实验过程第50页
    6.2 实验结果及分析第50-52页
    6.3 本章小结第52-53页
第七章 电子束蒸发制备重掺硅膜的其他应用第53-60页
    7.1 重掺硅膜保护的 Ag 基 Low-e 玻璃第53-58页
        7.1.1 实验用薄膜规格第53-54页
        7.1.2 单层银膜在可见光波段内的分析第54-55页
        7.1.3 单层银膜在红外波段内的分析第55页
        7.1.4 Si 层厚度对 Si/Ag/Si 薄膜的光学性能影响第55-57页
        7.1.5 本章小结第57-58页
    7.2 Si 薄膜在金属防腐蚀的应用第58-60页
        7.2.1 研究意义第58页
        7.2.2 实验及结果讨论第58-59页
        7.2.3 本章小结第59-60页
第八章 总结第60-61页
致谢第61-62页
参考文献第62-65页
附录第65-66页
详细摘要第66-73页
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