研究目的
研究采用快速热退火技术在氮化硅基质中嵌入硅纳米晶体的合成与表征，探索其在光电子学和光伏领域的潜在应用。
研究成果
研究证实通过快速热退火（RTA）成功在SiNx基质中形成了硅纳米晶（Si NCs），由于薄膜厚度原因，在较低温度（600-700°C）下即可观察到结晶现象。估算硅纳米晶尺寸为4.2纳米，其结晶度受温度影响大于时间因素。光学特性显示反射率和光致发光（PL）的变化归因于纳米晶的形成，表明其在光电子应用方面具有潜力。未来研究应聚焦于优化退火参数并探索器件集成。
研究不足
该研究仅限于特定的退火条件和薄膜厚度；与较长的工艺过程相比，使用快速热退火可能无法完全优化纳米晶的形成。潜在的优化领域包括改变沉积参数和探索其他介电基质。
1：实验设计与方法选择：
本研究通过快速热退火（RTA）诱导结晶，在氢化非晶氮化硅（a-SiNx:H）中制备硅纳米晶（Si NCs）。采用拉曼光谱、高分辨透射电镜（HR-TEM）、紫外-可见-红外分光光度计及光致发光（PL）测量分析结构与光学特性变化。
2：样品选择与数据来源：
在HEM多晶硅衬底（p型，1 Ω·cm，厚度280微米）上，采用低频等离子体增强化学气相沉积（LF-PECVD）沉积SiNx薄膜。样品在氮气氛围下以不同温度（600-1100°C）和时长（70-130秒）进行退火处理。
3：实验设备与材料清单：
设备包括LF-PECVD系统（SEMCO工程）、快速热退火炉、拉曼光谱仪（LABRAM ARAMIS，JOBIN YVON）、高分辨透射电镜（飞利浦CM200）、紫外-可见-红外分光光度计（瓦里安Cary）及PL光谱仪（珀金埃尔默LS50B）。材料包含硅片、气体（NH3、SiH4）及清洗用化学品（NaOH、HF）。
4：0）、紫外-可见-红外分光光度计（瓦里安Cary）及PL光谱仪（珀金埃尔默LS50B）。材料包含硅片、气体（NHSiH4）及清洗用化学品（NaOH、HF）。 实验流程与操作步骤：
4. 实验流程与操作步骤：经化学清洗后，SiNx薄膜在380°C下以特定气体流量比和压力沉积。采用具有可控温控曲线的RTA进行退火。退火后样品通过拉曼、透射电镜、反射率及PL测量进行表征。
5：数据分析方法：
分析拉曼光谱的峰位与半高宽；通过透射电镜图像测量纳米晶尺寸；采用光谱辐照度加权处理反射率数据；分析PL光谱的强度与峰位偏移。
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Photoluminescence Spectrometer
Perkin Elmer LS50B
Perkin Elmer
Used to record photoluminescence spectra for optical property analysis.
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Raman Spectrometer
LABRAM ARAMIS
JOBIN YVON
Used to record Raman spectra for structural analysis of samples.
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Transmission Electron Microscope
Philips CM200
Philips
Used for high-resolution imaging to observe nanocrystal formation.
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Spectrophotometer
Varian Cary
Varian
Used for reflectance measurements in UV-VIS-IR range.
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PECVD System
LF-PECVD
SEMCO engineering
Used for depositing silicon nitride films on substrates.
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