CVD法纳米硅系复合薄膜的微结构、性能及新型无光污染节能镀膜玻璃的研究

【摘要】： 本论文全面介绍了纳米材料，特别是纳米镶嵌复合材料的发展概况、特性、常用的制备方法、常见的几种硅系纳米材料以及有关纳米硅材料的发光，并对新型无光污染节能镀膜玻璃的研制和发展作了概述。 以硅烷和乙烯为原料气采用常压化学气相沉积制备得到Si/SiC复合薄膜，并使用退火处理方法对该薄膜进行后处理，最终得到Si/SiC/SlO：纳米镶嵌复合薄膜。利用HREM作为测试手段，系统地研究了退火处理工艺与薄膜微结构的关系，并分析了微结构的成因。研究结果发现，未经过退火处理的薄膜是纳米晶粒镶嵌于非晶介质的复合薄膜，薄膜中的结晶程度不是很高。在500℃退火一个小时以后，薄膜中开始出现大量的纳米晶粒，结晶度提高到50％，晶粒开始长大，同时还在薄膜中发现了异常长大的单晶Si，其尺寸达到了200nm左右。当退火温度升高到600℃后，薄膜的结晶度继续增加到60％～70％，晶粒继续长大，并发现了两种异常的结构：同心环和空心环。前一种结构主要是由外环、介质以及内心三个部分组成的。而后一种结构实际上是晶格取向非常好的多晶石墨环。当退火时间延长到5个小时，薄膜的结晶度和600℃退火一个小时的薄膜相类似，不过，薄膜中大量存在的是10nm左右的SiO2晶粒。 在500℃退火一个小时的薄膜中发现了一种很特殊的结构——纳米硅线，该种结构的产生可以用金属诱导的机理来解释。 未经过退火处理的薄膜其光致发光现象不是很明显，只在473nm附近有一个非常微弱的发光谱带。而退火处理过后，薄膜出现两种光致发光现象，即蓝色发光和紫外发光，其峰值分别在493nm和368nm附近，而且随着退火温度的升高和退火时间的延长，发光谱带的强度逐渐增大，峰形的位置也有不明显的蓝移。纳米硅的表面态发光模型能较好地解释实验结果。 对复合薄膜的光学性能作了系统研究。首次提出利用退火处理同时实现复合薄膜的梯度化和微结构改性，从而减小镀膜玻璃的反射率并获得无光污染的新型节能镀膜玻璃。实验结果表明，随着退火处理温度的升高和退火时间的延长，镀膜玻璃的平均反射比呈线性下降的趋势，而其平均透射比则呈现增大的趋势，不过前者的下降趋势更加剧烈和明显。在500℃下退火(氧气氛中)一个小时后， 浙江大学硕士学位论文 镀膜玻璃的平均反射比为27．7％，平均透射比为33．0％。 【关键词】：纳米复合薄膜 退火处理 微结构 光致发光 梯度化 减反射
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2002
【分类号】：TB43
【目录】：

• 中文摘要4-5
• 英文摘要5-10
• 第一章 引言10-11
• 第二章 文献综述11-28
• 2．1 有关纳米复合薄膜材料11-12
• 2．2 纳米镶嵌复合薄膜的制备12-15
• 2．2．1 溶胶-凝胶法（sol-gel）12
• 2．2．2 电沉积法（electrophoretic coating）12
• 2．2．3 共溅射法12-13
• 2．2．4 热蒸发13
• 2．2．5 离子注入13
• 2．2．6 高速超微粒子沉积法13-14
• 2．2．7 PECVD共沉积14
• 2．2．8 热CVD14-15
• 2．3 纳米镶嵌复合薄膜的特性15-18
• 2．3．1 量子点材料15-16
• 2．3．2 其他纳米镶嵌复合薄膜16-18
• 2．4 硅系半导体薄膜材料18-20
• 2．4．1 纳米硅（nc-Si：H）18-19
• 2．4．2 碳化硅19-20
• 2．5 有关纳米硅发光的几个主要问题20-22
• 2．5．1 纳米硅的电子结构20-21
• 2．5．2 纳米硅发光的模型21-22
• 2．5．2．1 纯粹量子限制模型21
• 2．5．2．2 表面态发光模型21-22
• 2．6 新型无光污染节能镀膜玻璃的研制与发展22-26
• 2．6．1 节能镀膜玻璃的研制与发展23-24
• 2．6．2 有关浮法玻璃的在线镀膜技术24-25
• 2．6．3 新型无光污染节能镀膜玻璃的研制25-26
• 2．7 选题角度的确立26
• 参考文献26-28
• 第三章 实验28-35
• 3．1 实验设备28-29
• 3．2 原料29
• 3．3 实验准备过程29-30
• 3．4 试样制备过程30-31
• 3．5 测试方法31-35
• 3．5．1 薄膜成分的测试31
• 3．5．2 薄膜结构的测试31-33
• 3．5．3 薄膜的厚度33
• 3．5．4 薄膜光透射、反射率的测定33-34
• 3．5．5 薄膜光致发光的测定34-35
• 第四章 纳米硅系复合薄膜的微结构与发光性能的研究35-56
• 4．1 引言35
• 4．2 纳米复合薄膜微结构的分析35-39
• 4．3 纳米复合薄膜的光致发光性能39-41
• 4．3．1 退火温度系列40
• 4．3．2 退火时间系列40
• 4．3．3 发光机理的分析40-41
• 4．4 小结41-42
• 参考文献42-56
• 第五章 无光污染（减反射）镀膜薄膜的开发研究56-91
• 5．1 无光污染镀膜玻璃的理论研究与计算56-60
• 5．1．1 玻璃镀层的微结构改性56-57
• 5．1．2 玻璃镀层的梯度化57-60
• 5．2 实验手段的选择60-61
• 5．3 实验结果的分析与讨论61-76
• 5．3．1 退火处理与复合薄膜界面、组成、形貌与结构的关系61-67
• 5．3．1．1 退火处理与复合薄膜界面的关系61-63
• 5．3．1．2 退火处理与复合薄膜组成的关系63-65
• 5．3．1．3 退火处理与复合薄膜表面形貌及内部结构的关系65-67
• 5．3．2 退火处理中氧化过程的机理分析67-69
• 5．3．3 火处理与镀膜玻璃的光学性能69-74
• 5．3．3．1 退火温度对于复合薄膜光学性能的影响70-73
• 5．3．3．2 退火时间对于复合薄膜光学性能的影响73-74
• 5．3．3．3 退火气氛对于复合薄膜光学性能的影响74
• 5．3．4 退火处理与复合薄膜的化学稳定性74-76
• 5．3．4．1 退火处理对于复合薄膜耐碱性的影响75-76
• 5．4 小结76-77
• 参考文献77-91
• 第六章 结论91-93
• 攻读硕士期间发表的论文93-94
• 致谢94

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