文档介绍：河北工业大学
硕士学位论文
新型光伏材料β-FeSi<,2>薄膜的制备及其结构和光电性能研究
姓名:刘芳
申请学位级别:硕士
专业:微电子学与固体电子学
指导教师:杨瑞霞;侯国付
20091101
河北工业大学硕士学位论文
新型光伏材料β-FeSi2 薄膜的制备及其结构和光电性能研究

摘要

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β-FeSi2具有很高的光吸收系数(,光吸收系数大于10 cm ),被认为
是一种新颖的光伏材料,理论上光电转化效率可以达到16%-23%。但是关于β-FeSi2材料的
研究还很少,实验制备得到的β-FeSi2薄膜质量不高,%。
以下为本论文具体研究内容:
利用室温对靶直流磁控溅射方法沉积Fe-Si薄膜后,在Ar气氛围中800℃退火2小时制备
β-FeSi2薄膜。研究了溅射工艺参数,如溅射功率、工作气压、Ar气流量、沉积时间等对制
备β-FeSi2薄膜的影响,对工艺参数进行了优化,发现在溅射功率为80W、、
m时溅射沉积Fe-Si薄膜,不仅可以得到单一相的β-FeSi2,而且薄膜结晶质
量较好。
利用室温对靶直流磁控溅射方法沉积Fe-Si薄膜后,对后续热处理条件进行了系统的研
究。分析了退火温度以及退火时间对制备β-FeSi2薄膜的影响,得出了优化的热处理条件:
在Ar气保护下800℃退火2小时。另外,还采用了电子束扫描的方式对磁控溅射沉积Fe-Si
薄膜进行后续处理,直接形成了半导体相β-FeSi2。分析表明,采用电子束扫描对磁控溅射
沉积的Fe-Si薄膜进行后续处理是非常有效的,薄膜的结晶质量随电子束扫描时间的延长而
提高,但β-FeSi2/Si界面特性随电子束扫描时间的延长而降低。束流大小为4mA、扫描时间
为45min为优化的电子束扫描条件。
通过调节Fe靶和Si靶的相对面积,实现对沉积薄膜中Fe/Si原子比的精确控制,来研究
Fe/Si原子比对于β-FeSi2薄膜结构特性及电学特性的影响。随着沉积薄膜中Fe/Si原子比的降
低,β-FeSi2薄膜的导电类型会由p型转变为n型,表明Fe/Si原子比决定了未掺杂的β-FeSi2薄
膜的导电类型。Fe/Si原子比接近1/2时,符合β-FeSi2的化学计量比,可以得到较低的载流子
浓度和较高的霍尔迁移率。此外,还研究了不同的衬底材料,对于生长β-FeSi2薄膜的影响。
在Si(111)衬底上制备得到的β-FeSi2薄膜的结构特性及电学特性较好。

关键词:环境半导体,β-FeSi2薄膜,磁控溅射,热处理,电子束扫描

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新型光伏材料β-FeSi2 薄膜的制备及其结构和光电性能研究
PREPARATION AND PROPERTIES STUDY OF A NOVEL
PHOTOVOLTAIC MATERIAL β-FeSi2 THIN FILMS

ABSTRACT

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Because of its high optical absorption coefficient (α>10 cm ) β-FeSi2 is expected as an
innovative photovoltaic material with the theoretical solar energy conversion efficiency as high
as 23%. However, there have been limited reports on β-FeSi2 and the highest experimental
conversion efficiency is only %. The unsatisfactory results can be ascribed to the low quality
of β-FeSi2 films in these experiments.
The main contents of this thesis are as following:
In this paper, β-FeSi2 thin films were grown at room temperature by DC-ron
sputtering Fe-Si mixed targets and 800℃2h post-annealing in Ar atmosphere. We mainly studied
the influence of spu