玻璃基板上硅薄膜结构和性能的研究

论文摘要

本文介绍了硅薄膜的发展状况、结构特点、性质以及应用,详细阐述了硅薄膜制备技术——化学气相沉积（CVD）方法的原理、特点和用途等,并简要概述镀膜玻璃的节能性能表征。 模拟浮法在线镀膜玻璃生产工艺,采用常压化学气相沉积（APCVD）技术以硅烷（SiH4）为主要原料气体在移动的玻璃基板上制备硅薄膜。利用透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、拉曼光谱（Raman）及红外光谱（FTIR）等手段系统研究了沉积温度、掺杂等制备工艺对薄膜微结构的影响,并分析了微结构的成因。研究发现,在600～680℃的范围内制备的薄膜具有纳米晶粒镶嵌的结构;随着沉积温度的升高,镶嵌的纳米晶粒粒径增大,并且致密度增加。乙烯掺杂制备的薄膜是一种纳米Si/SiC镶嵌的复合材料,其中存在Si-C键结合。乙烯掺杂会降低薄膜的沉积速率,改善硅的结晶程度,致使薄膜形成较为有序的结构;在形貌上表现为颗粒分布均匀;而薄膜中碳的存在会加剧硅的氧化,表现为薄膜中Si-O含量较高。 研究了沉积工艺对薄膜的力学性能和光学性能的影响。用划痕法测量了薄膜与玻璃基板之间的附着力。温度升高,一方面会促使基板表面物理吸附态原子向化学吸附态转化;另一方面由于扩散加强,会形成多原子层化学吸附,致使薄膜的附着力随着温度的升高而增加。乙烯掺杂会促进硅的结晶,使微结构的有序度增加,导致薄膜与玻璃基板之间失配,致使薄膜的附着力随着乙烯掺杂量的增加略有降低。薄膜在紫外波段的透射比很低:在可见光波段有较高的透射比,其平均透射比会随着温度的升高而降低;在近红外波段有较高的反射比,其平均反射比随着温度的升高而增大。

论文目录

• 第一章 引言
• 第二章 文献综述
• 2.1 硅薄膜的分类、性能及研究进展
• 2.1.1 单晶硅薄膜
• 2.1.2 多晶硅薄膜
• 2.1.3 非晶硅薄膜
• 2.1.4 纳米硅薄膜
• 2.1.5 一氧化硅薄膜
• 2.1.6 二氧化硅薄膜
• 2.1.7 氮化硅薄膜
• 2.1.8 氮氧化硅薄膜
• 2.1.9 碳化硅薄膜
• 2.2 化学气相沉积技术
• 2.2.1 化学气相沉积法的基本原理
• 2.2.2 薄膜沉积的影响因素
• 2.2.3 沉积工艺对薄膜结构和性能的影响
• 2.3 常用的化学气相沉积工艺及其工业应用
• 2.3.1 热激活化学气相沉积
• 2.3.2 等离子增强化学气相沉积
• 2.3.3 光辅助化学气相沉积
• 2.3.4 金属有机物化学气相沉积
• 2.4 掺杂对硅薄膜沉积的影响
• 2.5 薄膜的力学性能
• 2.5.1 薄膜的附着力
• 2.5.2 薄膜的内应力
• 2.5.3 提高附着力的途径
• 2.6 镀膜玻璃的分类及性能
• 2.6.1 镀膜玻璃的分类
• 2.6.2 镀膜玻璃节能性能表征
• 2.7 选题角度的确立
• 第三章 实验
• 3.1 实验设备
• 3.2 实验原料
• 3.3 基板清洗
• 3.4 测试方法
• 3.4.1 拉曼光谱
• 3.4.2 透射电子显微镜
• 3.4.3 扫描电子显微镜
• 3.4.4 薄膜与基板之间附着力的测试
• 3.4.5 傅立叶变换红外光谱分析
• 3.4.6 薄膜透、反射光谱的测量
• 3.4.7 原子力显微镜
• 第四章 实验结果与讨论
• 4.1 硅薄膜组成与结构的分析
• 4.1.1 温度对薄膜组成和结构的影响
• 4.1.2 乙烯掺杂对薄膜组成和结构的影响
• 4.1.3 乙烯掺杂对薄膜沉积速率的影响
• 4.1.4 乙烯掺杂后表面形貌的变化
• 4.1.5 硅薄膜结构成因分析
• 4.2 薄膜与玻璃基板之间附着力的分析
• 4.2.1 温度对薄膜附着力的影响
• 4.2.2 乙烯掺杂对薄膜附着力的影响
• 4.3 薄膜光学性能的研究
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献