CVD法納米硅系復(fù)合薄膜的微結(jié)構(gòu)、性能及新型無(wú)光污染節(jié)能鍍膜玻璃的研究

【摘要】： 本論文全面介紹了納米材料，特別是納米鑲嵌復(fù)合材料的發(fā)展概況、特性、常用的制備方法、常見(jiàn)的幾種硅系納米材料以及有關(guān)納米硅材料的發(fā)光，并對(duì)新型無(wú)光污染節(jié)能鍍膜玻璃的研制和發(fā)展作了概述。 以硅烷和乙烯為原料氣采用常壓化學(xué)氣相沉積制備得到Si/SiC復(fù)合薄膜，并使用退火處理方法對(duì)該薄膜進(jìn)行后處理，最終得到Si/SiC/SlO：納米鑲嵌復(fù)合薄膜。利用HREM作為測(cè)試手段，系統(tǒng)地研究了退火處理工藝與薄膜微結(jié)構(gòu)的關(guān)系，并分析了微結(jié)構(gòu)的成因。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)過(guò)退火處理的薄膜是納米晶粒鑲嵌于非晶介質(zhì)的復(fù)合薄膜，薄膜中的結(jié)晶程度不是很高。在500℃退火一個(gè)小時(shí)以后，薄膜中開(kāi)始出現(xiàn)大量的納米晶粒，結(jié)晶度提高到50％，晶粒開(kāi)始長(zhǎng)大，同時(shí)還在薄膜中發(fā)現(xiàn)了異常長(zhǎng)大的單晶Si，其尺寸達(dá)到了200nm左右。當(dāng)退火溫度升高到600℃后，薄膜的結(jié)晶度繼續(xù)增加到60％～70％，晶粒繼續(xù)長(zhǎng)大，并發(fā)現(xiàn)了兩種異常的結(jié)構(gòu)：同心環(huán)和空心環(huán)。前一種結(jié)構(gòu)主要是由外環(huán)、介質(zhì)以及內(nèi)心三個(gè)部分組成的。而后一種結(jié)構(gòu)實(shí)際上是晶格取向非常好的多晶石墨環(huán)。當(dāng)退火時(shí)間延長(zhǎng)到5個(gè)小時(shí)，薄膜的結(jié)晶度和600℃退火一個(gè)小時(shí)的薄膜相類似，不過(guò)，薄膜中大量存在的是10nm左右的SiO2晶粒。 在500℃退火一個(gè)小時(shí)的薄膜中發(fā)現(xiàn)了一種很特殊的結(jié)構(gòu)——納米硅線，該種結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生可以用金屬誘導(dǎo)的機(jī)理來(lái)解釋。 未經(jīng)過(guò)退火處理的薄膜其光致發(fā)光現(xiàn)象不是很明顯，只在473nm附近有一個(gè)非常微弱的發(fā)光譜帶。而退火處理過(guò)后，薄膜出現(xiàn)兩種光致發(fā)光現(xiàn)象，即藍(lán)色發(fā)光和紫外發(fā)光，其峰值分別在493nm和368nm附近，而且隨著退火溫度的升高和退火時(shí)間的延長(zhǎng)，發(fā)光譜帶的強(qiáng)度逐漸增大，峰形的位置也有不明顯的藍(lán)移。納米硅的表面態(tài)發(fā)光模型能較好地解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 對(duì)復(fù)合薄膜的光學(xué)性能作了系統(tǒng)研究。首次提出利用退火處理同時(shí)實(shí)現(xiàn)復(fù)合薄膜的梯度化和微結(jié)構(gòu)改性，從而減小鍍膜玻璃的反射率并獲得無(wú)光污染的新型節(jié)能鍍膜玻璃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著退火處理溫度的升高和退火時(shí)間的延長(zhǎng)，鍍膜玻璃的平均反射比呈線性下降的趨勢(shì)，而其平均透射比則呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，不過(guò)前者的下降趨勢(shì)更加劇烈和明顯。在500℃下退火(氧氣氛中)一個(gè)小時(shí)后， 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 鍍膜玻璃的平均反射比為27．7％，平均透射比為33．0％。 【關(guān)鍵詞】：納米復(fù)合薄膜 退火處理 微結(jié)構(gòu) 光致發(fā)光 梯度化 減反射
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2002
【分類號(hào)】：TB43
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• 英文摘要5-10
• 第一章 引言10-11
• 第二章 文獻(xiàn)綜述11-28
• 2．1 有關(guān)納米復(fù)合薄膜材料11-12
• 2．2 納米鑲嵌復(fù)合薄膜的制備12-15
• 2．2．1 溶膠-凝膠法（sol-gel）12
• 2．2．2 電沉積法（electrophoretic coating）12
• 2．2．3 共濺射法12-13
• 2．2．4 熱蒸發(fā)13
• 2．2．5 離子注入13
• 2．2．6 高速超微粒子沉積法13-14
• 2．2．7 PECVD共沉積14
• 2．2．8 熱CVD14-15
• 2．3 納米鑲嵌復(fù)合薄膜的特性15-18
• 2．3．1 量子點(diǎn)材料15-16
• 2．3．2 其他納米鑲嵌復(fù)合薄膜16-18
• 2．4 硅系半導(dǎo)體薄膜材料18-20
• 2．4．1 納米硅（nc-Si：H）18-19
• 2．4．2 碳化硅19-20
• 2．5 有關(guān)納米硅發(fā)光的幾個(gè)主要問(wèn)題20-22
• 2．5．1 納米硅的電子結(jié)構(gòu)20-21
• 2．5．2 納米硅發(fā)光的模型21-22
• 2．5．2．1 純粹量子限制模型21
• 2．5．2．2 表面態(tài)發(fā)光模型21-22
• 2．6 新型無(wú)光污染節(jié)能鍍膜玻璃的研制與發(fā)展22-26
• 2．6．1 節(jié)能鍍膜玻璃的研制與發(fā)展23-24
• 2．6．2 有關(guān)浮法玻璃的在線鍍膜技術(shù)24-25
• 2．6．3 新型無(wú)光污染節(jié)能鍍膜玻璃的研制25-26
• 2．7 選題角度的確立26
• 參考文獻(xiàn)26-28
• 第三章 實(shí)驗(yàn)28-35
• 3．1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備28-29
• 3．2 原料29
• 3．3 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備過(guò)程29-30
• 3．4 試樣制備過(guò)程30-31
• 3．5 測(cè)試方法31-35
• 3．5．1 薄膜成分的測(cè)試31
• 3．5．2 薄膜結(jié)構(gòu)的測(cè)試31-33
• 3．5．3 薄膜的厚度33
• 3．5．4 薄膜光透射、反射率的測(cè)定33-34
• 3．5．5 薄膜光致發(fā)光的測(cè)定34-35
• 第四章 納米硅系復(fù)合薄膜的微結(jié)構(gòu)與發(fā)光性能的研究35-56
• 4．1 引言35
• 4．2 納米復(fù)合薄膜微結(jié)構(gòu)的分析35-39
• 4．3 納米復(fù)合薄膜的光致發(fā)光性能39-41
• 4．3．1 退火溫度系列40
• 4．3．2 退火時(shí)間系列40
• 4．3．3 發(fā)光機(jī)理的分析40-41
• 4．4 小結(jié)41-42
• 參考文獻(xiàn)42-56
• 第五章 無(wú)光污染（減反射）鍍膜薄膜的開(kāi)發(fā)研究56-91
• 5．1 無(wú)光污染鍍膜玻璃的理論研究與計(jì)算56-60
• 5．1．1 玻璃鍍層的微結(jié)構(gòu)改性56-57
• 5．1．2 玻璃鍍層的梯度化57-60
• 5．2 實(shí)驗(yàn)手段的選擇60-61
• 5．3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與討論61-76
• 5．3．1 退火處理與復(fù)合薄膜界面、組成、形貌與結(jié)構(gòu)的關(guān)系61-67
• 5．3．1．1 退火處理與復(fù)合薄膜界面的關(guān)系61-63
• 5．3．1．2 退火處理與復(fù)合薄膜組成的關(guān)系63-65
• 5．3．1．3 退火處理與復(fù)合薄膜表面形貌及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的關(guān)系65-67
• 5．3．2 退火處理中氧化過(guò)程的機(jī)理分析67-69
• 5．3．3 火處理與鍍膜玻璃的光學(xué)性能69-74
• 5．3．3．1 退火溫度對(duì)于復(fù)合薄膜光學(xué)性能的影響70-73
• 5．3．3．2 退火時(shí)間對(duì)于復(fù)合薄膜光學(xué)性能的影響73-74
• 5．3．3．3 退火氣氛對(duì)于復(fù)合薄膜光學(xué)性能的影響74
• 5．3．4 退火處理與復(fù)合薄膜的化學(xué)穩(wěn)定性74-76
• 5．3．4．1 退火處理對(duì)于復(fù)合薄膜耐堿性的影響75-76
• 5．4 小結(jié)76-77
• 參考文獻(xiàn)77-91
• 第六章 結(jié)論91-93
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文93-94
• 致謝94

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