環(huán)境半導體材料Ca-,2-Si的制備及其光電特性研究.pdf

1、本文首次應用射頻磁控濺射系統(tǒng)制備了環(huán)境半導體Ca<,2>Si薄膜，并用X射線衍射、掃描電鏡、原子力顯微鏡、橢圓偏振光譜儀和四探針儀研究了不同退火條件下薄膜的結構和特性。應用第一性原理對Ca<,2>Si的能帶結構及其光學性質進行了理論計算，并與實驗結果進行了對比。 首先簡單介紹了環(huán)境半導體材料Ca<,2>Si的研究現(xiàn)狀，并詳細地介紹了Ca<,2>Si的磁控濺射制備技術，并對X射線衍射儀、掃描電鏡、原子力顯微鏡、橢偏儀和四探針儀的工

2、作原理及其特點作了簡單介紹。 研究了退火溫度對Ca<,2>Si薄膜生長的影響。對p型Si(100)襯底上Ca膜在不同溫度(750℃，782℃，795℃，800℃，850℃)下退火60min，結果表明：800℃是生長Ca<,2>Si薄膜的最佳熱處理溫度，并且生長了較大的晶粒。運用橢圓偏振光譜儀對Ca<,2>Si的光學性質進行了測試，結果表明，在1.5eV-4.5eV光子能量范圍內，隨著光子能量的增大，Ca<,2>Si薄膜的折射率n

3、先減小后增大，在4.3eV附近取得最小值；其消光系數(shù)k呈相反變化趨勢，在3.3eV附近取得極大值。應用四探針儀對p型Si(100)襯底上生長的Ca<,2>Si薄膜進行了測試，結果表明，增加退火溫度，電阻率增大。 研究了退火時間對Ca<,2>Si薄膜生長的影響。800℃溫度下對不同襯底上Ca膜進行不同時間(30min，45min，60min，90min)的退火，XRD結果顯示：在n型Si(111)襯底上生長了比較單一的Ca<,2>

4、Si<,3>薄膜，在p型Si(100)襯底上生長了比較單一的Ca<,2>Si薄膜。橢圓偏振光譜儀測試結果表明：隨著光子能量的增大，Ca<,2>Si薄膜的折射率n先減小后增大，在4.3eV附近取得極小值；其消光系數(shù)k先增大后減小，在3.3eV附近取得極大值。四探針測試結果顯示增加退火時間，Ca<,2>Si薄膜電阻率增大。 最后采用基于密度泛函理論的第一性原理贗勢平面波方法對Ca<,2>Si的能帶結構以及光學性質進行了理論計算。計算

5、結果表明：立方相和正交相的Ca<,2>Si都是直接帶隙半導體；立方相Ca<,2>Si在GGA和LDA近似下的帶隙值分別為0.5663eV和0.4117eV；正交相Ca<,2>Si在GGA和LDA下的帶隙值分別為0.3193eV和0.1365eV。態(tài)密度分析表明Ca<,2>Si的價帶由Ca的4s，4p、3d態(tài)和Si的3p態(tài)構成；Ca<,2>Si的導帶主要是由鈣的3d，4s，4p態(tài)構成，硅的3s，3p對導帶的貢獻相對要小得多。對Ca<,2>