多晶金屬納米薄膜熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率的研究項(xiàng)目摘要

金屬納米薄膜導(dǎo)熱和導(dǎo)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(kāi)展相關(guān)研究具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。本項(xiàng)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(shí)測(cè)量不同厚度的納米薄膜在不同溫度條件下的面向熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率，并利用X射線衍射分析儀和透射電子顯微鏡測(cè)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(dǎo)率和電導(dǎo)率的尺寸效應(yīng)和晶界效應(yīng)，探討熱導(dǎo)率、電導(dǎo)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(xué)第一性原理和玻爾茲曼輸運(yùn)方程對(duì)受限空間內(nèi)以自由電子為載體的電荷輸運(yùn)和能量輸運(yùn)的微觀物理機(jī)制進(jìn)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(dǎo)電和導(dǎo)熱性質(zhì)的分析模型，為實(shí)際應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。 2100433B

由于硅基薄膜太陽(yáng)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(lái)得到迅速的發(fā)展，已被列入我國(guó)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)“十二五”規(guī)劃的發(fā)展重點(diǎn)。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(shè)計(jì)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(zhǎng)工藝，降低了多晶硅薄膜電池的生產(chǎn)成本。在本項(xiàng)目中，我們從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究：（1）鋁誘導(dǎo)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(guò)退火處理后，然后通過(guò)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(guò)鋁誘導(dǎo)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(shuō)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(dǎo)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(dǎo)非晶硅晶化的方法，當(dāng)退火時(shí)間為5小時(shí)、退火溫度為500℃時(shí)，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(lái)成長(zhǎng)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(dǎo)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(diǎn)即生長(zhǎng)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(xué)輸運(yùn)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(shè)計(jì)方案，減少由于傳統(tǒng)的前面電極帶來(lái)的光學(xué)損失，簡(jiǎn)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(xué)氣相沉積法（PECVD）研制多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池，其晶粒大小約10 ?m，目前實(shí)驗(yàn)工作正持續(xù)進(jìn)形中。此方法優(yōu)點(diǎn)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(zhǎng)的晶粒尺寸較大，空穴遷移率較高，設(shè)備簡(jiǎn)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(yáng)電池雛型組件其初步結(jié)構(gòu)為：鋁誘導(dǎo)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(dǎo)熱系數(shù)可以通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)兩種方式來(lái)獲得。

理論上，從物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，以量子力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)為基礎(chǔ)，通過(guò)研究物質(zhì)的導(dǎo)熱機(jī)理，建立導(dǎo)熱的物理模型，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的數(shù)學(xué)分析和計(jì)算可以獲得熱導(dǎo)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(duì)于熱導(dǎo)率實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法和技術(shù)的探索，仍是物質(zhì)熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)的主要來(lái)源。

批準(zhǔn)號(hào)：60567001

項(xiàng)目名稱：Ge/Si納米薄膜紅外探測(cè)材料的研究

項(xiàng)目類(lèi)別：地區(qū)科學(xué)基金項(xiàng)目

申請(qǐng)代碼：F0504

研究期限：2006-01-01 至 2008-12-31

支持經(jīng)費(fèi)：26（萬(wàn)元）