多晶金屬納米薄膜熱導率和電導率的研究

金屬納米薄膜導熱和導電性能的研究是微電子和光電子工業(yè)發(fā)展中的關(guān)鍵課題之一，開展相關(guān)研究具有重要的科學意義和實用價值。本項目將采用電子束－物理氣相沉積法（EB-PVD）制備金、鉑、鈷、鉻和鈦等金屬材料的懸浮納米薄膜，用一維穩(wěn)態(tài)通電加熱法同時測量不同厚度的納米薄膜在不同溫度條件下的面向熱導率和電導率，并利用X射線衍射分析儀和透射電子顯微鏡測量薄膜平均晶粒尺寸和微觀組織結(jié)構(gòu)，研究多晶金屬納米薄膜熱導率和電導率的尺寸效應和晶界效應，探討熱導率、電導率與其內(nèi)部微觀組織結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)在聯(lián)系?；诹孔恿W第一性原理和玻爾茲曼輸運方程對受限空間內(nèi)以自由電子為載體的電荷輸運和能量輸運的微觀物理機制進行理論分析與數(shù)值模擬，建立適用于多晶金屬納米薄膜導電和導熱性質(zhì)的分析模型，為實際應用提供科學依據(jù)。 2100433B

由于硅基薄膜太陽能電池（非晶硅、微晶硅及多晶硅薄膜電池等）的成本低，易于大規(guī)模生產(chǎn)，近年來得到迅速的發(fā)展，已被列入我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)“十二五”規(guī)劃的發(fā)展重點。由于多晶硅薄膜包含了很多缺陷，如何降低多晶硅薄膜中的缺陷態(tài)的密度和提高薄膜電池中的光俘獲是多晶硅薄膜電池的設計制作的關(guān)鍵，因此，我們提出了一種低缺陷密度的多晶硅薄膜的低溫生長工藝，降低了多晶硅薄膜電池的生產(chǎn)成本。在本項目中，我們從以下幾個方面進行了研究：（1）鋁誘導玻璃表面粗化的光俘獲結(jié)構(gòu)的研究。沉積在康寧玻璃上的鋁膜，經(jīng)過退火處理后，然后通過H3PO4和HF/HNO3混合溶液腐蝕，在玻璃表面形成了光俘獲結(jié)構(gòu)。與普通的玻璃襯底相比，經(jīng)過鋁誘導玻璃表面粗化處理的玻璃作為襯底的電池效率提高了5%左右，說明這種光俘獲結(jié)構(gòu)的陷光效果比較明顯；（2）采用鋁誘導非晶硅晶化作為多晶硅的種子層。以玻璃為襯底，利用金屬誘導非晶硅晶化的方法，當退火時間為5小時、退火溫度為500℃時，非晶硅（a-Si）/鋁（Al）/玻璃結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)锳l/Al2O3/多晶硅（pc-Si）/玻璃結(jié)構(gòu)，然后將表面多余的金屬鋁和Al2O3用酸腐蝕掉，玻璃表面那層多晶硅可留下用來成長多晶硅薄膜的晶種層。（3）利用低溫外延加厚并固相晶化的方法獲得多晶硅薄膜。利用這種金屬誘導方法，可以低溫沉積晶粒尺寸大于10 μm、空穴遷移率大于20 cm2/V.s、空穴濃度大于1019 cm-3的多晶硅膜，此方法最大優(yōu)點即生長溫度不高即可得質(zhì)量較高的多晶硅薄膜。（4）利用等離子體氫化處理以改善薄膜的電學輸運特性。在襯底溫度為500℃和射頻功率為10 W的等離子體鈍化條件下，多晶硅薄膜的遷移率從24 cm2/V.s提高到28.5 cm2/V.s，提高了18%。（5）采用了背接觸式的薄膜電池的電極設計方案，減少由于傳統(tǒng)的前面電極帶來的光學損失，簡化了電池的互聯(lián)工藝。 我們以此多晶硅種子層為基底，利用等離子體化學氣相沉積法（PECVD）研制多晶硅薄膜太陽能電池，其晶粒大小約10 ?m，目前實驗工作正持續(xù)進形中。此方法優(yōu)點是多晶硅沉積速率快（大于0.5 nm/sec），在低于500℃的溫度下生長的晶粒尺寸較大，空穴遷移率較高，設備簡易，成本較低，有利于量產(chǎn)。目前完成的背接觸式多晶硅薄膜太陽電池雛型組件其初步結(jié)構(gòu)為：鋁誘導表面粗化的玻璃/SiNx阻擋層和抗反射層/未摻雜的多晶硅種子層/ 2100433B

通常，物質(zhì)的導熱系數(shù)可以通過理論和實驗兩種方式來獲得。

理論上，從物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，以量子力學和統(tǒng)計力學為基礎，通過研究物質(zhì)的導熱機理，建立導熱的物理模型，經(jīng)過復雜的數(shù)學分析和計算可以獲得熱導率。但由于理論的適用性受到限制，而且隨著新材料的快速增多，人們迄今仍尚未找到足夠精確且適用于范圍廣泛的理論方程，因此對于熱導率實驗測試方法和技術(shù)的探索，仍是物質(zhì)熱導率數(shù)據(jù)的主要來源。

批準號：60567001

項目名稱：Ge/Si納米薄膜紅外探測材料的研究

項目類別：地區(qū)科學基金項目

申請代碼：F0504

研究期限：2006-01-01 至 2008-12-31

支持經(jīng)費：26（萬元）