热环境对微机械多晶硅薄膜电阻电特性的影响
多晶硅薄膜材料在高温环境下性能稳定性研究
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薄膜厚度和退火温度对纳米多晶硅薄膜特性影响
薄 膜 厚 度 和 退 火 温 度对 纳米 多晶硅 薄膜 特 性 影 响
赵 晓锋 ， 温殿 忠 ， 王天 琦 丁 玉洁。 ，
（． １ 黑龙 江大学 黑 龙江 省普通 高 等学校 电子工 程重 点实验 室 ， 黑龙 江 哈 尔滨 １ ０ ８ ； ５ ０ ０ ２ 黑 龙江 大学 集成 电路 重点实 验室 ， ． 黑龙 江 哈尔滨 １ ０ ８ ） ５ ０ ０
晶硅 薄 膜 ， 不 同 薄 膜 厚 度 纳 米 多 晶硅 薄 膜 分 别 在 对
７ ０ ８ ０ ９ ０ 进 行 高 温 真 空 退 火 ， 过 Ｘ 射 线 衍 射 ０ 、０ 、０ ℃ 通
（ ＸＲＤ） Ｒａ ｎ 光 谱 （ ｍａ 、 发 射 扫 描 电 子 显 微 、 ｍａ Ｒａ ｎ） 场
镜 （ Ｅ 和原 子力 显微镜 （ Ｍ） 究薄膜 厚 度 、 火 Ｓ Ｍ） ＡＦ 研 退
结 构特 性进 行研 ， 给出薄膜 厚度 、 退火 温度 对硅 薄膜 结 构特 性影 响 。
（ Ｐ ＶＤ） 磁控 溅 射 系 统 、 光烧 蚀 沉 积 等 方 法 制 备 ＬＣ 、 激
Ｉ） 型 单晶硅 ａｐ
—一
Ｎａ ｏ ｐ ｌ ￥ ｌ ｏ１ｔ ｉ ｌ ｓ ｎ ｏｙ ｉｃ １ ｈｎｆｍ ｉ ｉ
Ａｎ ｅ ｌ ｎ ａ
图 １ 纳 米 多 晶硅 薄 膜 制 作 工 艺流 程
Ｆｉ ｂ ｉａ ｉ ｎ ｔ ｃ ｏｌ ｇ ｏ ｅ ｓ ｏ ｈ ａ ｏ ｐ ｙ ｉ ｃ ｈ ｎ ｆｌ ｇ １ Ｆａ ｒｃ ｔｏ — ｅ ｈｎ ｏ ｙ ｐｒ ｃ ｓ ｆｔ ｅ ｎ ｎ ｏｌ ｓｌ ｏｎ ｔ ｉ ｉｍｓ ｉ
制 备纳米 多 晶硅薄膜 ， Ｐ ＶＤ系 统工 作气 压 ４ ． ９ ＬＣ ７ ９ ～ ５ ． ３ ａ 沉 积温 度 ６ ０ ３ ３Ｐ ， ２ ℃。 图 １给 出纳 米多 晶 硅薄 膜 制 备工艺示 意 图 。图 １ ａ 为 ｐ型 （ ０ ＞ 向单 晶硅 衬 （） １０ 晶
薄膜厚度和退火温度对纳米多晶硅薄膜特性影响
薄膜厚度和退火温度对纳米多晶硅薄膜特性影响＊赵晓锋１，２，温殿忠１，２，王天琦２，丁玉洁２（１．黑龙江大学黑龙江省普通高等学校电子工程重点实验室，黑龙江哈尔滨１５００８０；２．黑龙江大学集成电路重点实验室，黑龙江哈尔滨１５００８０）摘 要： 以高纯ＳｉＨ４为气源，采用低压化学气相沉积方法在ｐ型〈１００〉晶向单晶硅上６２０℃制备纳米多晶硅薄膜，对不同薄膜厚度纳米多晶硅薄膜分别在７００、８００、９００℃进行高温真空退火，通过Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）、Ｒａｍａｎ光谱（Ｒａｍａｎ）、场发射扫描电子显微镜（ＳＥＭ）和原子力显微镜（ＡＦＭ）研究薄膜厚度、退火温度对薄膜结晶取向、表面形貌等结构特性影响。
结果表明，随薄膜厚度增加，薄膜取向显著且多晶特征明显，沉积薄膜多晶取向为〈１１１〉、〈２２０〉和〈３１１〉晶向，择优取向为〈１１１〉晶向，ＴＯ模强度减弱且加宽，晶粒大小增加；同一薄膜厚度，随真空退火温度升高，Ｘ射线衍射峰强度增强，ＴＯ模强度增强。
关键词： 纳米多晶硅薄膜；结构特性；ＬＰＣＶＤ；退火中图分类号： Ｏ４８４文献标识码：Ａ文章编号：１００１－９７３１（２０１０）１０－１７５３－０４１ 引 言多晶硅薄膜作为一种人工功能材料［１－３］，在异质结［５，６］、太阳能电池［７，８］、薄膜型晶体管［９，１０］和传感器［１１，１２］等方面具有重要应用。
薄膜材料的制备和特性研究受到广泛关注，制备方法对于改善薄膜电学性质和光学性质至关重要。
目前，主要采用等离子体增强化学气相沉积（ＰＥＣＶＤ）、低压化学气相沉积（ＬＰＣＶＤ）、磁控溅射系统、激光烧蚀沉积等方法制备薄膜，其中ＬＰＣＶＤ方法具有生产批量大、可重复性好等优点，是一种成熟的硅平面工艺。
本文采用ＬＰＣＶＤ方法在ｐ型〈１００〉晶向单晶硅表面研究制备纳米多晶硅薄膜，通过Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）、Ｒａｍａｎ光谱（Ｒａ－ｍａｎ）、场发射扫描电子显微镜（ＳＥＭ）和原子力显微镜（ＡＦＭ）分析薄膜厚度、退火温度对薄膜结晶取向、表面形貌等结构特性影响，为纳米多晶硅薄膜在薄膜晶体管和传感器等领域进一步应用奠定基础。
多晶硅薄膜材料的热导特性分析与优化策略研究
多晶硅薄膜材料的热导特性分析与优化策略研究多晶硅薄膜材料在光伏领域具有广泛的应用前景，然而其热导特性对其性能和稳定性有着重要影响。
因此，对多晶硅薄膜材料的热导特性进行深入分析和优化研究具有重要意义。
本文将从多晶硅薄膜材料的热导机制入手，探讨其影响因素，分析其热导特性，并提出相应的优化策略。
一、多晶硅薄膜材料的热导机制多晶硅薄膜材料的热导机制主要包括晶格热导和界面热导两部分。
晶格热导是指晶格振动传递热量的过程，而界面热导是指晶界和晶粒之间传递热量的过程。
多晶硅薄膜材料的热导机制对其热导特性有着重要影响，因此需要深入研究。
二、多晶硅薄膜材料热导特性的影响因素多晶硅薄膜材料的热导特性受多种因素影响，包括晶粒大小、晶界密度、晶格缺陷等。
晶粒大小对热导特性有着重要影响，晶界密度和晶格缺陷也会影响热导性能。
因此，需要对这些影响因素进行深入分析。
三、多晶硅薄膜材料热导特性的分析方法多晶硅薄膜材料的热导特性可以通过实验方法和理论模拟方法进行分析。
实验方法包括热导率测试和热导率显微镜观察等，理论模拟方法包括分子动力学模拟和有限元分析等。
通过这些方法可以深入分析多晶硅薄膜材料的热导特性。
四、多晶硅薄膜材料热导特性的优化策略针对多晶硅薄膜材料的热导特性，可以采取一系列优化策略，包括晶粒控制、晶界工程、缺陷修复等。
通过这些优化策略可以提高多晶硅薄膜材料的热导性能，从而提高其在光伏领域的应用性能。
五、结论多晶硅薄膜材料的热导特性对其性能和稳定性有着重要影响，因此需要深入研究和优化。
本文从热导机制、影响因素、分析方法和优化策略等方面对多晶硅薄膜材料的热导特性进行了系统分析和探讨，为进一步提高多晶硅薄膜材料的性能和应用提供了重要参考。
六、展望未来，可以进一步深入研究多晶硅薄膜材料的热导特性，探索新的优化策略，提高其在光伏领域的应用性能。
同时，可以结合其他材料和技术，进一步提高多晶硅薄膜材料的性能和稳定性，推动其在光伏领域的广泛应用。
温度对多晶硅太阳电池性能影响的研究
温度对多晶硅太阳电池性能影响的研究贺炜1, 2，郭爱娟1，孟凡英1，冯仕猛1（1.上海交通大学物理系太阳能研究所，上海200240；2.上海风光能源科技有限公司，上海201412）摘要：对商业用冶金级和太阳能级多晶硅太阳电池不同温度下的性能参数做了分析，验证了太阳能级硅电池的性能优势。
实验结果表明，随着温度T的升高，开路电压V oc，最大输出功率P m，转换效率η近似线性下降，短路电流Isc近似线性上升，填充因子FF 的实验值和理论值变化趋势一致，当T>40°C时，FF随T升高明显下降。
对开路电压V oc随温度T升高的线性下降速率dV oc/dT进行定量分析。
dI sc/dT变化量与dV oc/dT相比可以忽略。
关键词：太阳电池；多晶硅；组件；温度中图分类号：TM615 文献标识码：A0 引言硅太阳电池由于可靠性高、寿命长、能承受各种环境变化等优点，成为太阳电池的主要品种，而多晶硅材料以浇铸代替了单晶硅的拉制过程，生产时间缩短，成本下降，是一种较廉价的太阳电池材料。
Arora等[1]研究表明，在低温区域（100~250K）内，多晶硅电池的串联电阻Rs比单晶硅电池的Rs随温度下降得更快。
Deshmukh[2]发现理想因子n随温度升高而下降。
Soto等[3]给出了一个五参数模型，使用制造商提供的参数，吸收的太阳光辐射和电池温度，结合半经验公式来预测I-V曲线。
本文通过实验测得不同温度下多晶硅太阳电池单体和组件的各项性能参数，具体分析了各参数随温度的变化关系及相互之间的影响。
1 实验本实验的样品选用商业用冶金级（纯度为95％～99％）多晶硅太阳电池和太阳能级（纯度在99. 99999％以上）多晶硅电池（本文中也分别称为1#和2#电池），面积为156mm×156mm。
实验所用的小型组件分别由10片这两种电池串联而成。
太阳电池单体及组件性能参数测试仪器采用秦皇岛博硕光电设备有限公司生产的太阳能电池测试仪。
多晶硅薄膜材料的热膨胀特性分析与优化策略研究
多晶硅薄膜材料的热膨胀特性分析与优化策
略研究
多晶硅薄膜材料在光伏领域具有广泛的应用前景，然而其热膨胀特性会对器件的稳定性和性能产生重要影响。
为了更好地理解多晶硅薄膜材料的热膨胀特性，并寻求优化策略，本文对该问题进行了深入研究。
首先，我们对多晶硅薄膜材料的热膨胀特性进行了分析。
多晶硅是由晶粒组成的材料，因此在加热和冷却过程中，晶粒之间的微小间隙会发生变化，从而导致材料的热膨胀。
此外，多晶硅薄膜材料的晶粒大小、晶界密度、晶粒取向等因素也会对其热膨胀特性产生影响。
通过实验测试和数值模拟，我们可以获得多晶硅薄膜材料在不同温度下的热膨胀系数，进一步揭示其特性规律。
其次，我们探讨了多种优化策略以改善多晶硅薄膜材料的热膨胀特性。
一种常见的优化方法是控制多晶硅晶粒的生长方向，以减少晶界对热膨胀的影响。
另外，采用合适的杂质掺杂技术可以改变多晶硅材料的组织结构，从而降低其热膨胀系数。
此外，设计合理的材料结构和工艺参数也是优化多晶硅薄膜材料热膨胀特性的有效途径。
在优化策略方面，我们还可以通过控制多晶硅薄膜材料的厚度、应力分布等参数来降低其热膨胀系数。
此外，选择合适的衬底材料和封装材料，以及采用复合材料等新型材料技术，也可以有效改善多晶硅薄膜材料的热膨胀特性。
在实际应用中，我们需要综合考虑多种因素，如成本、工艺可行性、性能要求等，选择最合适的优化策略。
除了热膨胀特性，多晶硅薄膜材料的其他性能指标也需要进行综合评估，以确保器件的稳定性
和可靠性。
未来，我们还可以进一步探讨多晶硅薄膜材料的其他性能特性，并结合最新的材料科学技术，不断完善其热膨胀特性分析与优化策略研究。
温度对多晶硅太阳电池性能影响的研究
温度对多晶硅太阳电池性能影响的研究贺炜1, 2，郭爱娟1，孟凡英1，冯仕猛1（1.上海交通大学物理系太阳能研究所，上海200240；2.上海风光能源科技有限公司，上海201412）摘要：对商业用冶金级和太阳能级多晶硅太阳电池不同温度下的性能参数做了分析，验证了太阳能级硅电池的性能优势。
实验结果表明，随着温度T的升高，开路电压V oc，最大输出功率P m，转换效率η近似线性下降，短路电流Isc近似线性上升，填充因子FF 的实验值和理论值变化趋势一致，当T>40°C时，FF随T升高明显下降。
对开路电压V oc随温度T升高的线性下降速率dV oc/dT进行定量分析。
dI sc/dT变化量与dV oc/dT相比可以忽略。
关键词：太阳电池；多晶硅；组件；温度中图分类号：TM615 文献标识码：A0 引言硅太阳电池由于可靠性高、寿命长、能承受各种环境变化等优点，成为太阳电池的主要品种，而多晶硅材料以浇铸代替了单晶硅的拉制过程，生产时间缩短，成本下降，是一种较廉价的太阳电池材料。
Arora等[1]研究表明，在低温区域（100~250K）内，多晶硅电池的串联电阻Rs比单晶硅电池的Rs随温度下降得更快。
Deshmukh[2]发现理想因子n随温度升高而下降。
Soto等[3]给出了一个五参数模型，使用制造商提供的参数，吸收的太阳光辐射和电池温度，结合半经验公式来预测I-V曲线。
本文通过实验测得不同温度下多晶硅太阳电池单体和组件的各项性能参数，具体分析了各参数随温度的变化关系及相互之间的影响。
1 实验本实验的样品选用商业用冶金级（纯度为95％～99％）多晶硅太阳电池和太阳能级（纯度在99. 99999％以上）多晶硅电池（本文中也分别称为1#和2#电池），面积为156mm×156mm。
实验所用的小型组件分别由10片这两种电池串联而成。
太阳电池单体及组件性能参数测试仪器采用秦皇岛博硕光电设备有限公司生产的太阳能电池测试仪。
多晶硅薄膜材料的热辐射特性分析与优化策略研究
多晶硅薄膜材料的热辐射特性分析与优化策略研究多晶硅薄膜材料在光伏领域具有广泛的应用前景，其热辐射特性对其性能有着重要的影响。
本文旨在对多晶硅薄膜材料的热辐射特性进行深入分析，并提出优化策略，以提高其光伏转换效率。
一、多晶硅薄膜材料的热辐射特性分析1.1 多晶硅薄膜材料的基本性质多晶硅薄膜材料是一种常见的光伏材料，具有较高的光伏转换效率和稳定性。
其基本性质包括光学性质、热学性质等，对其热辐射特性具有重要影响。
1.2 多晶硅薄膜材料的热辐射特性分析多晶硅薄膜材料在光伏发电过程中会产生一定的热辐射，影响其光伏转换效率。
通过对多晶硅薄膜材料的热辐射特性进行分析，可以更好地了解其热辐射机制和影响因素。
1.3 多晶硅薄膜材料的热辐射特性优化策略针对多晶硅薄膜材料的热辐射特性，可以通过优化材料结构、改变工艺参数等方式来提高其光伏转换效率。
本文将提出一些优化策略，以改善多晶硅薄膜材料的热辐射特性。
二、多晶硅薄膜材料的热辐射机制分析2.1 多晶硅薄膜材料的热辐射机制多晶硅薄膜材料在光伏发电过程中会产生热辐射，其机制复杂且受多种因素影响。
通过对多晶硅薄膜材料的热辐射机制进行分析，可以更好地了解其热辐射特性。
2.2 多晶硅薄膜材料的热辐射机制影响因素多晶硅薄膜材料的热辐射机制受多种因素影响，包括材料结构、工艺参数、环境条件等。
通过分析这些影响因素，可以更好地优化多晶硅薄膜材料的热辐射特性。
2.3 多晶硅薄膜材料的热辐射机制优化策略针对多晶硅薄膜材料的热辐射机制，可以通过改变材料结构、优化工艺参数等方式来提高其光伏转换效率。
本文将提出一些优化策略，以改善多晶硅薄膜材料的热辐射机制。
三、多晶硅薄膜材料的热辐射特性优化策略研究3.1 多晶硅薄膜材料的热辐射特性优化策略通过对多晶硅薄膜材料的热辐射特性进行分析和研究，可以提出一些优化策略，以改善其光伏转换效率。
本文将重点探讨这些优化策略，并分析其可行性和效果。
3.2 多晶硅薄膜材料的热辐射特性优化策略实验研究通过实验研究，可以验证和优化多晶硅薄膜材料的热辐射特性优化策略。
多晶硅材料在晶硅薄膜太阳能集热器性能评价方法构建
多晶硅材料在晶硅薄膜太阳能集热器性能评价方法构建是太阳能领域的一个重要研究课题。
随着能源危机的日益加剧和环境污染的不断加重，太阳能作为一种清洁、可再生的能源资源备受关注。
而晶硅薄膜太阳能集热器作为太阳能利用的一种重要形式，其性能评价方法的建立对于提高太阳能利用效率具有重要意义。
本文将从多晶硅材料的特性入手，探讨其在晶硅薄膜太阳能集热器性能评价方法构建中的应用和研究进展。
一、多晶硅材料的特性多晶硅是一种晶体结构不完全的硅材料，其晶界和晶粒大小对其性能具有重要影响。
多晶硅材料具有晶粒大小不一、晶界多、晶粒内部有缺陷等特点，这些特性决定了多晶硅材料在太阳能集热器中的性能表现。
在晶硅薄膜太阳能集热器中，多晶硅材料的光电转换效率、热导率、机械性能等都是评价其性能的重要指标。
二、晶硅薄膜太阳能集热器的性能评价方法晶硅薄膜太阳能集热器的性能评价方法是评价其在太阳能转换中的效率和稳定性的重要手段。
目前，对于晶硅薄膜太阳能集热器的性能评价方法主要包括光电转换效率测试、热导率测试、机械性能测试等多个方面。
这些测试方法的建立和完善对于提高晶硅薄膜太阳能集热器的性能具有重要意义。
三、多晶硅材料在晶硅薄膜太阳能集热器性能评价方法构建中的应用多晶硅材料在晶硅薄膜太阳能集热器性能评价方法构建中具有重要的应用价值。
通过对多晶硅材料的特性进行深入研究，可以为晶硅薄膜太阳能集热器的性能评价方法提供重要的参考。
多晶硅材料的光电转换效率、热导率、机械性能等特性对晶硅薄膜太阳能集热器的性能具有重要影响，因此在性能评价方法的构建中需要充分考虑多晶硅材料的特性。
四、研究进展和展望目前，关于多晶硅材料在晶硅薄膜太阳能集热器性能评价方法构建方面的研究还处于起步阶段，还有许多问题有待解决。
未来的研究方向包括多晶硅材料的晶界控制、晶粒大小控制、缺陷修复等方面，以提高多晶硅材料在晶硅薄膜太阳能集热器中的性能表现。
同时，还需要建立更加完善的性能评价方法，以全面评价晶硅薄膜太阳能集热器的性能。
温度对电阻率的影响研究
温度对电阻率的影响研究引言：电阻率是材料导电性能的重要参数，它代表了材料导电的难易程度。
温度是一个影响电阻率的关键因素。
本文旨在探讨温度对电阻率的影响以及背后的物理机制。
一、电阻率与温度的关系电阻率与温度之间存在着密切的关系。
一般来说，随着温度的升高，导体的电阻率会随之增加。
这种现象被称为正温度系数效应。
当温度升高时，材料中原子的热振动增加，导致了更多的碰撞和散射，电子在材料中的运动受到了更多的障碍，从而导致电阻的增加。
这可以用经典的Drude模型解释。
二、温度对导体电阻率的量化影响温度对导体电阻率的影响可以通过电阻率温度系数来量化。
电阻率温度系数是用来表示电阻率随温度变化的程度的一个指标。
通常用α表示，其计算公式为：α = (ρ₂ - ρ₁) / (ρ₁ × ΔT)其中ρ₁和ρ₂分别表示材料在温度T₁和T₂下的电阻率，ΔT表示温度的变化量。
根据电阻率温度系数的正负，可以将物质分为两类：1. 这些物质的电阻率随温度的升高而增加（正温度系数），包括大多数金属。
2. 这些物质的电阻率随温度的升高而减小（负温度系数），包括半导体材料如硅和锗。
三、薄膜材料中温度对电阻率的非线性影响对于薄膜材料而言，随着温度的升高，电阻率的变化往往不再是线性的。
这是由于薄膜的尺寸效应和晶格势垒效应导致的。
在薄膜的表面附近，电子受到界面和表面缺陷的散射，导致电阻率呈现非线性的温度依赖关系。
此外，薄膜中的应力也会对电阻率的温度依赖性产生影响。
四、材料性质和电阻率温度特征之间的关联物质的晶格结构、原子间距、晶格常数和电子结构等材料性质与电阻率温度特征之间存在着密切的关联。
例如，金属晶格的对称性和原子的线性热膨胀系数可以影响电子的输运行为，从而影响电阻率的温度依赖性。
此外，电子-声子相互作用也是影响电阻率温度依赖性的重要因素。
五、应用领域中的温度对电阻率的影响温度对电阻率的影响在许多领域中具有重要的实际应用。
例如，在电子器件中，我们需要了解电导材料在不同温度下的电阻率特征，以确保电子设备的正常工作。
多晶硅薄膜材料在高湿度环境下的稳定性研究
多晶硅薄膜材料在高湿度环境下的稳定性研究多晶硅薄膜材料在高湿度环境下的稳定性一直是研究者关注的焦点。
随着科技的不断发展，多晶硅薄膜在太阳能电池、液晶显示器、柔性电子等领域的应用也越来越广泛。
然而，由于高湿度环境会对多晶硅薄膜材料产生一定程度的损害，因此了解其在高湿度环境下的稳定性变得尤为重要。
多晶硅薄膜是一种由多个晶粒组成的硅薄膜材料，具有优良的机械性能和光电性能。
然而，在高湿度环境下，多晶硅薄膜材料容易发生氧化、腐蚀等现象，从而降低其性能和寿命。
因此，研究多晶硅薄膜在高湿度环境下的稳定性具有重要的理论和实际意义。
在研究多晶硅薄膜材料在高湿度环境下的稳定性时，首先需要了解多晶硅薄膜材料在高湿度环境下的性能变化规律。
多晶硅薄膜材料在高湿度环境中会受到水分子的吸附和扩散，导致其表面发生氧化反应。
同时，多晶硅薄膜材料的结构和化学成分也会发生变化，从而影响其性能和稳定性。
为了研究多晶硅薄膜在高湿度环境下的稳定性，研究者们采用了一系列表征方法来分析多晶硅薄膜材料的性能变化。
例如，通过扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）分析多晶硅薄膜表面的微观结构和成分变化；利用X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）等技术研究多晶硅薄膜的晶体结构和化学结构的变化等。
研究表明，在高湿度环境下，多晶硅薄膜材料的表面会出现氧化层，并且晶体结构和化学结构也会发生一定程度的变化。
这些变化会导致多晶硅薄膜材料的性能下降，如光电转换效率降低、机械强度减小等。
因此，研究多晶硅薄膜在高湿度环境下的稳定性，有助于优化多晶硅薄膜材料的性能和延长其使用寿命。
为了提高多晶硅薄膜在高湿度环境下的稳定性，研究者们提出了一些改进措施。
例如，添加一定比例的保护层或掺杂元素可以有效减少多晶硅薄膜的氧化和腐蚀现象；采用合适的后处理方法可以提高多晶硅薄膜的稳定性和耐久性等。
综上所述，多晶硅薄膜在高湿度环境下的稳定性研究是一个复杂而重要的课题。
光伏组件胶膜体积电阻率与温度的关系
光伏组件胶膜体积电阻率与温度的关系
光伏组件胶膜的体积电阻率与温度之间存在一定的关系。
研究表明，胶膜的体积电阻率会随着温度的升高而降低。
这是因为随着温度的升高，胶膜中的分子运动速度会增加，导致导电性能提高。
因此，在高温环境下，光伏组件胶膜的体积电阻率可能会有所降低。
然而，需要注意的是，过高的温度可能会对光伏组件产生负面影响，因此在使用过程中需要控制温度。
此外，不同材料的胶膜可能有不同的温度系数，因此在实际应用中需要根据具体情况进行评估和选择。
以上信息仅供参考，如有需要，建议咨询专业人士。
高温环境下晶体管的电学特性研究
高温环境下晶体管的电学特性研究一、引言晶体管是电子学领域中使用最广泛的器件之一，被广泛应用于电子产品中。
然而，在高温环境下，晶体管的性能表现出现严重的损伤，这不仅对电子产品的可靠性造成了影响，也对普通人们的生产和生活带来了一定威胁。
因此，研究高温环境下晶体管的电学特性对于提高产品的品质和稳定性，具有重要意义。
二、高温对晶体管的影响晶体管是一种三极管，包括基极、集电极和发射极三个结构。
在高温环境下，晶体管中的电荷载流子容易受到热激发而增加，这会导致晶体管自身的发热量增加，或者在极端情况下，烧坏晶体管；此外，晶体管的材料也容易因高温而发生改变，导致其基本电学参数发生变化。
三、高温环境下晶体管的电学特性研究针对高温环境下晶体管的不同特性，在研究其电学特性时，需要对不同部位进行分析。
常见的研究内容如下：1、设置不同温度下的工作电压针对晶体管的基极、集电极和发射极，分别在不同温度下测试不同的工作电压，以确定晶体管在不同环境下的工作情况。
测试结果显示，随着温度的升高，基极电流和集电极电流均呈上升趋势，而发射极电流则趋于下降。
2、测量晶体管的热效应针对不同的晶体管结构，测量其在高温环境下的热效应，判断其在不同温度下的发热量与功率效率。
研究结果表明，晶体管的热效应受到温度和工作条件的影响，在高温环境下，部分晶体管可能会因为能量耗散过多而过热，对器件稳定性造成威胁。
3、测量不同温度下的射极电压以不同温度下的集电极电流和基极电流为基础，测量不同温度下的射极电压来确定晶体管的基本特性参数。
研究结果表明，在高温环境下，随着温度的升高，晶体管的射极电压也随之上升，但是上升速度变慢。
4、研究晶体管的盲通效应晶体管中存在一种盲通效应，即当晶体管出现故障时，集电极和发射极之间的电流可能会继续流过，导致晶体管无法正常关闭。
研究表明，高温环境下，晶体管的盲通效应会进一步增强，需要采用更合理的设计方法来防止此现象的发生。
四、结论高温环境下晶体管的不同特性会发生改变，导致其表现出不同的电学特性。
多晶硅薄膜材料的光老化特性分析与优化策略研究
多晶硅薄膜材料的光老化特性分析与优化策略研究多晶硅薄膜材料在光伏领域具有广泛的应用前景，但由于长期受到外界环境光照的影响，会出现光老化现象，导致光伏发电效率下降。
因此，对多晶硅薄膜材料的光老化特性进行深入分析，并提出优化策略具有重要意义。
光老化是指材料在长时间受到光照作用后，其性能发生不可逆的变化，表现为光学性能、电学性能、力学性能等方面的下降。
多晶硅薄膜材料的光老化主要受到光照强度、光谱成分、温度和湿度等环境因素的影响。
在光照强度较高、紫外光和可见光较强的情况下，多晶硅薄膜材料容易发生光致老化。
光老化会导致多晶硅薄膜材料的能带结构发生变化，影响电荷载流子的输运和分离效率，从而降低光伏发电效率。
针对多晶硅薄膜材料的光老化问题，可以采取一系列优化策略来改善其光老化特性。
首先，可以通过合理设计多晶硅薄膜的结构和生长工艺，提高材料的稳定性和耐光性。
其次，可以采用适当的表面涂层或包覆材料来提高多晶硅薄膜的光热稳定性，减轻光照对材料性能的影响。
另外，可以通过控制光照条件、降低材料的工作温度和湿度等方式，减缓多晶硅薄膜材料的光老化速度。
此外，还可以采用一些先进的光老化测试技术，如快速氙灯老化实验、原位电学测试、X射线光电子能谱分析等手段，深入研究多晶硅薄膜材料的光老化机制和影响因素。
通过系统地建立多晶硅薄膜材料的光老化模型，可以更准确地预测材料的光老化行为，为优化薄膜材料的性能提供科学依据。
综上所述，多晶硅薄膜材料的光老化特性分析与优化策略研究对于提高光伏发电效率具有重要意义。
未来，随着科技的不断进步和发展，相信通过不懈努力，可以找到更多有效的方法和手段，解决多晶硅薄膜材料光老化问题，推动光伏产业的持续发展。
微电子器件的高温工作性能研究
微电子器件的高温工作性能研究微电子器件是现代科技中不可或缺的一部分，它们在各个领域发挥着重要的作用。
然而，随着科技的不断发展，对微电子器件的要求也越来越高。
其中之一就是在高温环境下的工作性能。
本文将探讨微电子器件在高温环境下的工作性能研究。
高温环境对微电子器件的工作性能有着重要的影响。
在高温下，器件的电学特性会发生变化，导致性能下降甚至失效。
因此，研究高温环境下的工作性能是非常必要的。
首先，我们需要了解高温对微电子器件的影响。
高温会导致器件内部的电子迁移加剧，增加了电子的散射和漂移，从而影响了电子的流动性能。
同时，高温还会导致晶体管的击穿电压降低，从而增加了器件的漏电流。
这些因素都会导致器件的性能下降。
为了研究高温环境下的工作性能，研究人员通常会使用高温测试设备。
这些设备可以模拟出高温环境，并对器件进行测试。
通过这些测试，研究人员可以获得器件在高温环境下的电学特性数据，从而评估其工作性能。
在研究中，研究人员还需要考虑到不同材料的特性。
不同材料对高温环境的适应能力不同，因此其工作性能也会有所差异。
例如，硅材料在高温环境下的电学特性相对稳定，而一些新型材料如碳化硅和氮化镓等在高温下表现出更好的性能。
因此，研究人员需要选择合适的材料来提高器件的高温工作性能。
此外，研究人员还需要考虑到高温环境下的散热问题。
高温会导致器件内部的温度升高，进而影响器件的性能。
因此，研究人员需要设计合适的散热结构来降低器件的温度。
例如，他们可以使用金属散热片或者增加散热通道来提高器件的散热性能。
另外，研究人员还可以通过改变器件结构和工艺来提高其高温工作性能。
例如，他们可以改变晶体管的尺寸和布局，优化材料的选择和制备工艺，以提高器件的性能。
此外，他们还可以引入新的材料和结构，如纳米材料和三维集成等，来提高器件的高温工作性能。
总之，微电子器件在高温环境下的工作性能研究是一个重要的课题。
通过研究高温环境对器件的影响，选择合适的材料和结构，优化器件的工艺和散热设计，可以提高微电子器件的高温工作性能。
环境温度与电阻的关系
环境温度与电阻的关系全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：环境温度与电阻的关系是一个在物理学中非常重要且被广泛研究的课题。
电阻是材料对电流流动的障碍，而环境温度则会影响材料的导电性能。
通过研究环境温度对电阻的影响，可以更好地理解电阻的物理机制，同时也有助于优化电子元器件的设计。
在一般情况下，电阻的大小会随着温度的不同而发生变化。
这种现象主要是由于材料内部的自由电子在温度升高时受激发而加速运动，导致电子与物质内部原子的碰撞增加，从而使电阻增大。
这种现象被称为温度系数效应，即随着温度的升高，电阻值增大的现象。
一般来说，金属的电阻值会随着温度的升高而增加。
这是因为金属中的自由电子在温度升高时具有更高的动能，导致与金属内部原子的碰撞增多，从而降低了电子的自由运动能力，使电阻值增大。
在半导体中，随着温度的升高，电子和空穴的密度会增加，导致电子和空穴之间的复合增多，从而影响了材料的导电性能，使电阻值随温度的变化而发生变化。
除了金属和半导体，绝缘体的电阻值也会受到温度的影响。
绝缘体中电子的迁移较小，因此它们的电阻值一般不会随温度的升高而发生显著变化。
一些特殊的绝缘体在温度较高时可能会发生断裂或熔化现象，导致电阻值的急剧变化。
需要指出的是，环境温度对电阻的影响不仅仅取决于材料的类型，还取决于材料的制备工艺、晶粒大小、杂质含量等因素。
在实际应用中，必须考虑到这些因素的影响，才能准确地预测电阻值随温度的变化情况。
除了环境温度对电阻的影响外，温度还会影响电阻的稳定性、精度和温度敏感度等特性。
在一些对温度敏感度要求较高的应用领域，比如精密测量仪器、传感器等，必须考虑到温度对电阻的影响，采取相应的措施来补偿或校正这种影响，以保证系统的稳定性和精度。
第二篇示例：环境温度与电阻的关系是一个十分重要的物理学课题，它不仅在工业生产中发挥着重要作用，同时也对我们日常生活中的各种电子设备起着决定性的影响。
在我们日常生活中，许多电子设备都要求在特定的环境温度下工作，否则就会出现故障或者无法正常工作。
高温环境下功率器件材料特性研究
高温环境下功率器件材料特性研究一、引言随着现代电子技术的不断发展，功率器件在各个领域的应用日益广泛。
然而，在一些特殊环境下，如高温环境，功率器件面临着诸多挑战。
高温会对功率器件材料的特性产生显著影响，进而影响器件的性能和可靠性。
因此，深入研究高温环境下功率器件材料特性具有重要的理论和实际意义。
二、高温环境对功率器件的影响（一）性能方面1. 电学性能- 在高温环境下，功率器件材料的电阻率可能会发生变化。
对于一些半导体材料，温度升高会导致载流子浓度和迁移率的改变。
例如，硅材料在高温下，本征载流子浓度会显著增加，这会影响其导电性能。
随着温度升高，电子和空穴的迁移率可能会降低，导致电阻增大，从而影响功率器件的电流传输能力。
- 热激发也会对材料的电学性能产生影响。
在高温下，材料内部的电子可能会获得足够的能量，从价带跃迁到导带，产生额外的载流子，这可能会导致器件的漏电电流增加，降低器件的效率。
2. 热学性能- 高温环境下，功率器件自身会产生热量，同时外界的高温也会影响其散热情况。
材料的热导率是一个关键因素。
如果材料的热导率较低，热量就难以快速散发出去，会导致器件内部温度进一步升高。
例如，一些陶瓷材料在高温下热导率可能会发生变化，这会影响功率器件的散热效率，进而影响其性能和可靠性。
- 热膨胀系数也是需要考虑的因素。
不同材料的热膨胀系数不同，在高温下，由于热膨胀系数的差异，可能会导致器件内部出现应力。
如果应力过大，可能会引起材料的变形、开裂等问题，损坏功率器件。
（二）可靠性方面1. 材料老化- 高温会加速功率器件材料的老化过程。
对于一些有机材料，如封装材料中的橡胶等，高温会使其分子链断裂，导致材料变硬、变脆，失去原有的柔韧性和密封性能。
这会使功率器件更容易受到外界环境的影响，如湿气、灰尘等的侵入，降低器件的可靠性。
- 对于金属材料，高温可能会导致氧化加剧。
例如，铜在高温下容易与氧气发生反应，形成氧化铜，这会增加金属的电阻，同时也可能会影响金属与其他材料之间的连接性能，从而影响功率器件的可靠性。
高温退火对物理提纯多晶硅位错密度及其电学性能的影响
2010年 第55卷 第24期：2422 ~ 2426 英文版见: Xu H B, Hong R J, Shen H. Effects of high temperature annealing on the dislocation density and electrical properties of upgraded metallurgical grade mul-ticrystalline silicon. Chinese Sci Bull, 2010, 55, doi: 10.1007/s11434-010-4090-7论 文《中国科学》杂志社SCIENCE CHINA PRESS高温退火对物理提纯多晶硅位错密度及其电学性能的影响徐华毕, 洪瑞江*, 沈辉中山大学太阳能系统研究所, 光电技术与材料国家重点实验室, 广州 510006 * 联系人, E-mail: hongruij@ 2010-03-29收稿, 2010-06-12接受国家自然科学基金(50802118)和粤港关键领域重点攻关项目(2008A011800004)资助摘要 对纯度约为99.999%的物理提纯多晶硅片进行不同高温退火工艺热处理, 经机械抛光和表面刻蚀后再用扫描电子显微镜(SEM)观察硅片内部位错密度变化情况, 并通过WT2000少子寿命测试仪和双电四探针测试仪测试其少子寿命和电阻率变化情况. 结果表明, 在1100~1400℃之间退火6 h 的情况下, 随着退火温度的升高, 物理提纯多晶硅片内部位错密度逐渐减小甚至消失, 然而硅片少子寿命和电阻率等电学性能不但没有随着位错密度的减小而提高, 反而呈现逐渐降低的趋势. 这一现象说明对于杂质含量高的低纯度物理提纯多晶硅片来说, 位错密度并不是影响材料对载流子复合性能高低的决定性因素, 高含量的杂质以及杂质在晶体内部造成的微缺陷(包括间隙态或替位态杂质以及纳米级杂质沉淀)才是决定其少子寿命等电学性能的主要因素.关键词物理提纯多晶硅 高温退火 位错密度 少子寿命近年来物理提纯硅材料(亦称冶金硅)由于其生产工艺相对简单且成本较低而逐渐受到光伏产业界的普遍关注, 被视为将来最有可能取代传统改良西门子法生产的高纯硅太阳电池原材料[1~3]. 目前物理提纯硅材料生产成本已经降低到20美元/千克以下, 纯度达到99.999%(简称5N), 制备出的单晶太阳电池效率已达到13.3%以上. 随着生产技术的进步和工艺的改善, 其成本将进一步降低并且纯度也将进一步提高. 由于富含大量的杂质 (杂质原子总浓度约为1018 cm −3左右), 物理提纯硅所制备出的电池效率还比较低. 因此, 如何在纯度和成本均低于高纯硅(>7N)的物理提纯硅材料上制备出效率尽可能高的太阳电池已成为当前国内外研究的一个热点课题.物理提纯硅由于富含高浓度的杂质而存在大量的结构缺陷(包括位错和杂质沉淀等), 尤其是物理提纯多晶硅除了晶粒内存在大量结构缺陷之外不同晶粒之间还存在高密度的晶界. 这些位错和晶界为各种杂质提供了沉积场所而成为强有力的载流子复合中心, 从而降低了硅材料和太阳电池的性能[4~6]. 在这些不同形式的结构缺陷与各种杂质相互作用形成载流子复合中心的过程中, 晶体内位错密度的大小是否对载流子复合起到决定性作用一直是众说纷纭的话题. Hartman 等人[7]曾经报道高密度的位错即使是在“干净”(没有杂质沉积)的情况下也会对少子寿命起到很大的不利影响, 1170℃以上的高温退火可以大幅度降低多晶硅片内部的位错密度, 进而降低位错对载流子的复合能力提高硅片的少子寿命. Ohshita 等人[8]也曾报道多晶硅晶界并不是造成硅片和电池性能降低的主要因素, 而在多晶硅片体内尤其是少子寿命较低区域呈现出的大量刻蚀坑(经Secco 腐蚀液刻蚀后显示出的位错)作为载流子复合中心, 对材料少子寿命起了决定性作用. 针对硅片体内位错密度对少子寿命是否起决定性作用这一问题, 本文在纯度约为5N 的物理提纯多晶硅片上进行1100~ 1400℃高温退火热处理实验, 然后经过机械抛光, 再用扫描电子显微镜(SEM), WT2000少子寿命仪和四2423探针测试仪分别观察和测试不同退火温度下硅片体内位错密度、少子寿命和电阻率的变化情况.1 材料和方法(ⅰ) 实验材料和仪器. 本实验过程中所采用的物理提纯多晶硅片由上海普罗新能源有限公司提供, 纯度约为5N. 硅片中除碳(C)和氧(O)含量约为1017~1018 cm −3之外, 其余的硼(B)、磷(P)、铁(Fe)、铝(Al)和钙(Ca)等一些主要金属杂质质量百分比含量如表1所示(测试数据由硅片生产厂家提供). 实验中使用的主要仪器和设备有: 真空高温管式炉(GSL-1600X, 合肥科晶材料技术有限公司), SEM (EVO-LS, 德国), 少子寿命仪(WT2000, 匈牙利SE- MILAB 公司), 四探针测试仪(RTS-9, 广州四探针科技有限公司).(ⅱ) 实验方法. 为了便于对比不同温度下退火工艺对硅片位错密度和电学性能的影响, 硅片样品均选用紧邻在一起的姊妹片, 这样可以近似认为硅片在退火处理之前具有相同的物理结构、组成和性质, 包括位错密度、晶界结构、少子寿命、电阻率以及杂质含量和分布等. 选取物理提纯多晶硅相邻的姊妹片4片, 取其中1片作为对比样品(原片), 另外3片多晶分别在1160, 1260和1360℃三个温度点下采用真空高温管式炉进行退火6 h, 各退火工艺温度条件如图1所示. 高温退火过程中均采用氮气(N 2)保护, 退火后的样品和原片一起经过机械抛光清洗后再在Sirtl 腐蚀液(HF:5MCrO 3) 中刻蚀30 s 以便用SEM 观察硅片内部位错密度变化情况, 然后借助WT2000少子寿命仪测试少子寿命并用四探针测试仪测量其电阻率.2 结果和分析2.1 位错密度的变化物理提纯多晶硅片分别在1160, 1260, 1360℃, 在N 2保护的气氛下进行连续高温退火6 h, 经过不同高温退火工艺处理的硅片和原片一起采用机械抛光后再用Sirtl 腐蚀液刻蚀30 s, 之后采用SEM 观察其图1 高温退火温度条件(a) 1360℃; (b) 1160℃/1260℃位错密度变化情况. 图2则是多晶硅样品经过不同温度退火后某一具有代表性晶界处平均位错密度的统计结果, 图3则是对应温度下其表面刻蚀坑在放大2000倍后所看到的SEM 对比照片. 从图中可以看出: 3个多晶硅姊妹片分别经过不同温度退火后与原片相比, 其刻蚀坑的密度均有不同程度的降低, 且随着退火温度的升高呈逐渐减小的趋势. 特别是当退火温度达到1360℃时,硅片上除了晶界仍然清晰可见图2 物理提纯多晶硅退火后平均位错密度变化情况表1 物理提纯多晶硅片主要杂质质量百分比含量杂质 B P Fe Al Ca Cu Ni Cr Pb 含量(%)0.00032 0.0005 0.0002 0.0003 0.0002 <0.0001 <0.0001 <0.0001 <0.00012010年8月第55卷 第24期2424图3 物理提纯多晶硅片不同温度下退火后位错密度变化对比SEM 照片(放大2000倍)(a) 原片; (b) 1160℃; (c) 1260℃; (d) 1360℃之外剩下的刻蚀坑寥寥无几而接近消失. 这表明物理提纯多晶硅片经过1100~1400℃高温退火处理, 其体内位错密度随退火温度的升高而逐渐减小甚至完全消失. 这种变化趋势与Hartman 等人[7]实验结果是完全一致的.研究表明[9,10], 在超过1000℃的条件下, 硅片内晶界和位错处沉积的大量金属杂质沉淀会逐渐溶解进而扩散到晶粒内部. 一般来说, 随着温度的升高, 杂质沉淀溶解的速度加快, 相应地也会促进杂质在硅片晶粒内部的扩散. 与此同时, 随着晶界和位错处杂质沉淀逐渐溶解和扩散, 晶界和位错均会沿着滑移面发生移动现象, 尤其是硅片晶粒内部位错在600℃左右就可以在滑移面上移动[11], 当温度达到1000℃后, 晶粒内部位错就会不受滑移面限制地移动, 进而通过移动外扩到硅片表面或者通过位错之间的相互抵消而消失[12]. 如此看来, 实验中物理提纯多晶硅片体内位错密度随退火温度升高逐渐减小甚至消失的现象, 是由于原来沉积在位错和晶界处不同杂质及其沉淀在高温下溶解扩散和位错滑移共同作用的结果.2.2 电学性能的变化经过退火、抛光和刻蚀后的样品均采用WT2000少子寿命仪在裸片上测出少子寿命(如图4所示), 并采用四探针测试仪测出各样品的电阻率(如图5所示). 结果表明: 经过1100℃以上的高温退火热处理, 样品的少子寿命和电阻率相对于原片均有不同程度的降低. 从图示的曲线可以看出, 硅片样品的少子寿命和电阻率随着退火温度的升高均呈现逐渐降低的趋势.需要说明的是: 在实验前后物理提纯多晶硅片中的杂质总体含量是没有发生改变的, 发生变化的是硅片样品在高温退火后位错密度、少子寿命和电阻率均有不同程度地下降, 同时硅片内杂质的化学结构和状态及其空间分布在高温下可能会发生相应的改变. Istratov 等人[13~15]研究表明: 在同一硅片样品图4 物理提纯多晶硅退火后少子寿命变化情况图5 物理提纯多晶硅退火后电阻率变化情况上, 少子寿命高的“优区”和少子寿命低的“劣区”其杂质含量往往没有明显的区别, 当硅片中大量金属杂质沉积在晶界或者位错处形成沉淀时其复合性能较低, 而高浓度的金属杂质一旦处于间隙态或者替位态时其形成的载流子复合中心足以将少子扩散长度降低到1 μm以下. 硅片性能好坏或者电池效率的高低不仅与其材料总体杂质浓度有关, 而且还与杂质在硅片中所处的化学结构和状态以及空间分布情况有关, 例如, 铁和铜常在硅中以硅化物的形式在晶界或位错处沉积生成Fe2Si[9]和Cu3Si[16]. 此外, Buon-assisi等人[10]也曾研究表明: 在高温退火后缓慢冷却的过程中, 硅片中过渡性金属杂质形成的大量纳米级颗粒沉淀会广泛且较均匀地分布于晶粒内的微缺陷处, 这种纳米级颗粒沉淀一般是多种金属混合在一起形成的硅化物、氧化物和碳化物等, 其对载流子的复合能力比那些非均匀地沉积或聚集在晶界和位错处的微米级大尺寸沉淀要大得多, 对硅材料的电学性能起了重要的作用. 也就是说, 在硅片中大量的金属杂质既有与晶界和位错等结构缺陷结合在一起形成复合能力较低的微米级大尺寸沉淀或聚合体,又有广泛分布于晶粒内以间隙态、替位态杂质和纳米级颗粒沉淀等形式存在形成具有较强复合能力的微缺陷. 因此, 为了提高硅片性能和电池效率, 可以选择合适的退火温度将硅片中某些对硅料性能有致命影响的杂质转换成复合能力更低的状态, 比如在400~500℃下退火可以促使晶体硅片中更多的间隙态铁杂质生成沉淀, 进而降低间隙态铁对载流子的复合能力提高硅片电学性能[17].对于高杂质含量的物理提纯多晶硅而言, 金属杂质的浓度远远超过其在硅晶体中的固溶度使得大部分金属杂质不均匀地沉积在晶界或者位错处而以沉淀或聚合体形式存在, 只有约占总含量1%~10%的小部分金属杂质分散在硅晶体中以间隙态或替位态形式存在. 这一小部分处于间隙态或替位态的金属杂质由于具有较强的复合性能往往决定了载流子的扩散长度, 只要金属杂质在硅料中的化学结构和状态及其分布发生微小的变化就会引起材料复合性能的改变, 而这种载流子复合性能的改变与硅料中总体金属杂质含量无关[9]. 可以想象, 实验中物理提纯多晶硅片中高浓度杂质在晶界和位错处沉积的大尺寸微米级沉淀会在高温退火过程中逐渐溶解扩散到晶粒内部, 从而以间隙态或替位态杂质形式广泛分布于晶粒中成为载流子复合中心, 或者在晶粒内微缺陷处形成大量的纳米级颗粒沉淀也会构成强有力的载流子复合中心. 这些在高温退火下溶解扩散进而在晶粒内部造成大量均匀分布的微缺陷复合中心大大降低了硅片的少子寿命, 同时也使得原来比较“干净”的晶粒变得不再干净了, 晶粒晶格中由于大量杂质的引入尤其是金属杂质的存在使得样品少子寿命和电阻率在高温退火后均有所下降而且随着退火温度的升高呈逐渐降低的趋势.实验结果表明, 物理提纯多晶硅片的少子寿命等电学性能不但没有随着其位错密度的减小而升高反而还会降低, 这与Hartman等人[7]所报道的位错密度是决定硅料尤其是多晶硅少子复合性能的决定性因素是不完全一致的. 由此可见, 对高杂质含量的物理提纯硅来说, 特别是多晶硅, 影响其材料性能的因素不仅仅是硅片中晶界和位错密度的大小, 硅片中杂质尤其是金属杂质在硅片中的化学结构和状态及24252010年8月 第55卷 第24期2426其在硅片中的空间分布对材料的性能也是很重要的甚至起了决定性作用. 而对于杂质含量较低(>7N)的硅料来说, 晶体内部晶界和位错密度往往是决定材料对载流子复合能力高低的主要因素, 这种说法在Ehret 等人[18]对电磁浇铸(EMC)硅材料的研究中得到了应证.3 结论通过对高杂质含量低纯度的物理提纯多晶硅片进行1000~1400℃高温退火实验可知: 随着退火温度的升高, 硅片内部位错密度逐渐减小, 与此同时, 硅片少子寿命和电阻率也随之下降. 这表明对于纯度约为5N 杂质含量较高的物理提纯硅来说, 特别是多晶硅, 晶体内部位错密度并不是决定材料对载流子复合性能高低的主要因素, 决定材料复合性能高低的是高浓度杂质尤其是金属杂质在晶粒中的化学结构和状态及其在晶粒中的空间分布情况. 因此, 在物理提纯硅片制备成太阳能电池的过程中, 采用合适的温度进行退火处理, 以期将某些有害杂质转化成复合性能更低的化学结构和状态是尤为必要的.参考文献1 Gribov B G, Zinov’ev K V. Preparation of high-purity silicon for solar cells. Inorg Mater, 2003, 39: 653—6622 Müller A, Ghosh M, Sonnenschein R, et al. Silicon for photovoltaic applications. Mater Sci Eng B, 2006, 134: 257—2623 Bathey B R, Cretealla M C. Review: Solar-grade silicon. J Mater Sci, 1982, 17: 3077—30964 Binetti S, Libal J, Acciarri M, et al . Study of defects and impurities in multicrystalline silicon grown from metallurgical silicon feedstock.Mater Sci Eng B, 2009, 159-160: 274—2775 Taishi T, Hoshikawa T, Yamatani M, et al. Influence of crystalline defects in Czochralski-grown Si multicrystal on minority carrier life-time. J Cryst Growth, 2007, 306: 452—4576 Sopori B, Chen W, Tan T, et al. Overcoming the efficiency-limiting mechanisms in commercial Si solar cells. NCPV Photovolt ProgramRev, 1999: 341—3477 Hartman K, Bertoni M, Serdy J, et al. Dislocation density reduction in multicrystalline silicon solar cell material by high temperature an-nealing. 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多晶硅薄膜材料的热应力特性分析与优化策略研究
多晶硅薄膜材料的热应力特性分析与优化策略研究多晶硅薄膜材料是一种在光伏、液晶显示、太阳能电池等领域广泛应用的材料，其性能直接影响着相关设备的性能和寿命。
热应力是多晶硅薄膜材料中一个重要的参数，它主要是由于温度变化引起的材料内部应力导致的，会直接影响多晶硅薄膜的结构和性能。
因此，对多晶硅薄膜材料的热应力特性进行分析与优化策略研究是非常必要的。
首先，我们需要了解多晶硅薄膜材料的基本特性。
多晶硅是由多个单晶颗粒组成的材料，其结构比较复杂。
在制备多晶硅薄膜材料时，会受到各种因素的影响，比如温度、压力、成膜速度等。
这些因素会对多晶硅薄膜的结构和性能产生影响，从而导致热应力的产生。
其次，我们需要分析多晶硅薄膜材料的热应力特性。
热应力是由于温度变化引起的材料内部应力，主要有两种形式，一种是由于不同材料的线性热膨胀系数不同而引起的热应力，另一种是由于材料的晶格结构发生改变而引起的内部应力。
这些热应力会导致多晶硅薄膜的变形和开裂，影响其结构和性能。
针对多晶硅薄膜材料的热应力特性，我们可以提出一些优化策略。
首先，我们可以通过控制制备工艺参数，比如温度、压力、成膜速度等，来减小多晶硅薄膜材料的热应力。
其次，我们可以通过添加一些合适的掺杂元素，来改变多晶硅薄膜材料的晶格结构，从而降低热应力的产生。
另外，我们还可以通过改变多晶硅薄膜的厚度和形状，来减小热应力的影响。
总的来说，多晶硅薄膜材料的热应力特性分析与优化策略研究是一项非常重要的工作。
通过深入研究多晶硅薄膜材料的热应力特性，我们可以更好地理解其结构和性能，为相关领域的设备设计和制备提供更好的技术支持。
希望本论文的研究成果能够对相关领域的科研工作和产业发展产生积极的影响。
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热环境对微机械多晶硅薄膜电阻电特性的影响Ξ董 良 岳瑞峰 刘理天 徐 扬 李志坚(清华大学微电子学研究所,北京,100084)2001212228收稿,2002204215收改稿摘要:将C M O S工艺和微机械加工技术相结合,制作出悬空式微桥支撑、薄膜支撑以及无悬空结构的微机械多晶硅薄膜电阻。
通过对样品的电阻温度系数(T CR)和电流(I)2电压(V)特性的测量,研究了热隔离程度、工作气压等热环境对多晶硅薄膜电阻电学特性的影响程度。
关键词:热环境;微机械多晶硅薄膜电阻;伏安特性中图分类号:TN304.55 文献标识码:A 文章编号:100023819(2003)042508206I nf luence of Thermal Env ironm en t on Electr ical Propertiesof M icromach i ned Polysilicon Th i n F il m ResistorDON G L iang YU E R u ifeng L I U L itian XU Yang L I Zh ijian(Institu te of M icroelectronics,T sing hua U niversity,B eij ing,100084,CH N)Abstract:M icrom ach ined po lysilicon th in fil m resisto rs suppo rted by m icrob ridge and by th in fil m have been designed and fab ricated by C M O S p rocess and m icrom ach in ing techno logy.A fter m easu ring the tem p eratu re coefficien t of resistance(T CR)and I2V characteristics,the in2 fluence of ther m al environm en t,such as the degree of ther m al in su lati on and the p ressu re of at2 m o sp here,on electrical p roperties of these resisto rs is investigated and discu ssed.Key words:ther ma l env ironm en t;m icromach i ned polysil icon th i n f il m resistor;I-V char-acter isticsEEACC:05201 引 言近年来,多晶硅在微电子机械系统(M E M S)的研究中越来越受到重视,不仅可直接用作微机械结构的支撑薄膜、梁[1],而且还被用作牺牲层材料[2]。
另外,利用其自身较好的压阻、热阻等效应,研制出了形式多样的压力、温度、气体流量、红外辐射等半导体传感器[3～6]。
值得注意的是,在这些传感器,特别是以热阻特性为工作原理的多晶硅薄膜热敏传感器,在电学特性和结构形式上有不少共同之处。
在电学特性上,多晶硅通常是以薄膜电阻的形式出现,并且需要在直流偏置下工作,通过检测电流或电压的变化来探测被测物理量;在结构形式上,多晶硅薄膜电阻通常位于各种形式的悬空结构上,以尽可能减少热敏单元上的热流损失,提高探测响应度。
许多文献对于多晶硅薄膜电阻的电流2电压特性以及温度特性已有较深入的报道[7],它们主要是针对用在模拟集成电路中无悬空结构的多晶硅薄膜电阻,电阻的设计虽然也考虑了温度效第23卷 第4期2003年11月 固体电子学研究与进展R ESEA RCH&PRO GR ESS O F SSE V o l.23,N o.4 N ov.,2003 Ξ应,但一般仅基于多晶硅薄膜材料自身由载流子输运机制引起的温度特性,如电阻温度特性的本征非线性,多晶晶粒大小、掺杂类型和剂量对电阻温度效应的影响等等[8],而没有考虑电阻周围热环境对其电学特性的影响,如悬空支撑结构的形式、工作气压大小等因素。
对于多晶硅薄膜热敏传感器而言,由于需要在直流偏置下工作,焦耳热的产生不可避免;多晶硅薄膜电阻所在悬空结构的形式不尽相同,与硅衬底就有不同程度的热隔离;有时根据需要工作气压也会发生变化,即多晶硅薄膜电阻的热环境会发生改变。
研究热环境对多晶硅薄膜热敏传感器电阻特性的影响,对于传感器的结构设计、直流偏置的确定以及工作范围的选择,都有着重要的意义。
目前,很少有这方面的文献报道。
本文设计制作了具有多种悬空结构的微机械多晶硅薄膜电阻,通过测量在各种热环境下电阻的温度系数(TCR )和I 2V 特性,研究了热环境对微机械多晶硅薄膜电阻电学特性的影响。
2 实 验采用3Λm C M O S 工艺并结合微机械加工技术,在厚度为400Λm 、晶面为(100)的 76mm 双抛硅片上制作了具有多种悬空结构的微机械多晶硅薄膜电阻,如图1所示。
为比较起见,还制作了无悬空结构的多晶硅薄膜电阻。
为了将热环境作为单一考虑因素,设计所有的电阻阻值都相同,多晶硅薄膜尺寸均为50Λm ×50Λm ,支撑臂的长和宽都分别为75Λm ×5Λm 。
主要制作工艺流程如下:(a )硅片背面用浓度5%,温度80°C 的TM A H 溶液各向异性腐蚀体硅,形成385Λm 深的硅杯;(b )热氧化生长1Λm 厚的Si O 2作支撑薄膜;(c )硅片正面用L PCVD 淀积0.5Λm 厚的多晶硅作热敏电阻薄膜;(d )向多晶硅薄膜中注入硼离子形成电阻区和接触区,能量60keV ,注入剂量分别为3×1014c m 2和5×1015 c m 2,并在氮气氛围、950°C 下退火激活硼离子;(e )R IE 刻蚀多晶硅,形成多晶硅薄膜电阻图形;(f )用PECVD 淀积0.3Λm 厚的Si 3N 4作钝化层,刻蚀Si 3N 4,形成电极接触孔;(g )溅射A l ,刻出电极并合金;(h )R IE 刻蚀Si 3N 4,形成正面腐蚀槽;对于支撑结构,用H F 酸缓冲溶液漂去腐蚀槽内的热氧Si O 2;对于薄膜支撑结构,则保留Si O 2;(i )用I CP (Inductively coup le p las m a )刻蚀剩余的15Λm 体硅,形成微桥支撑和薄膜支撑结构。
图2是具有微桥支撑和薄膜支撑结构的多晶硅薄膜电阻的光学显微镜照片。
用数字式可程控烘箱和KE ITHL EY 195型信号采集仪对多晶硅薄膜电阻温度的特性进行测量,测量范围从室温(20°C )到300°C 。
为了研究悬空结构的热隔离程度对多晶硅薄膜电阻I 2V 特性的影响程度,在室温(20°C )大气环境中,对不同悬空结构的多晶硅薄膜电阻依次施加幅度不同且逐渐增大的恒流源,电流持续时间为10s ,测量电阻上的电压降V ,得到I 2V 特性。
为了观察施加电流大小对R 0和T CR 的影响,在每测量一组I 、V 之后,都进行一次室温电阻R 0和电阻温度系数T CR 测量。
将多晶硅薄膜电阻分别置于不同的大气压强中,研究了大气压强对多晶硅薄膜电阻I 2V 特性的影响程度。
(a )(b )(c )图1 多晶硅薄膜热敏电阻的结构示意图F ig .1 T he structures of po lysilicon th in fil m resisto rs :(a )M icrobridge suppo rted structure ;(b )F il m suppo rtedstructure ;(c )W ithout floating structure905 4期董 良等:热环境对微机械多晶硅薄膜电阻电特性的影响(a )(b )(c )图2 多晶硅薄膜热敏电阻的光学显微镜照片(×400倍)F ig .2 P ictures of po lysilicon th in fil m resisto rs using op tics m icro scope (×400):(a )M icrobridge suppo rted struc 2ture ;(b )F il m suppo rted structure ;(c )W ithout floating structure3 结果与讨论3.1 多晶硅薄膜电阻的温度特性 室温(20°C )下,多晶硅薄膜的电阻率为2.2×10-18・c m ,方块电阻为4.34k 8。
多晶硅薄膜电阻与温度的关系如图3所示,随着温度T 的升高,电阻值呈非线性增加。
多晶硅薄膜电阻温度系数T CR 通常由下式求出[9]T CR =(R T -R 0) [R 0(T -T 0)]图3 多晶硅薄膜电阻及温度系数与温度的关系F ig .3 D ependence of po lysilicon th in fil m resistanceand temperature coefficient on temperature其中,R T 、R 0分别是温度为T 和T 0时的电阻值。
室温时,T CR 为0.14% °C ,样品在各测量温度下的T CR 均为正,T CR 随着温度的升高而减小。
图4是无悬空结构多晶硅薄膜电阻的I 2V 特性。
当偏置电流I 小于临界电流I p (电压从增大向减小转折时的电流值)时,多晶硅薄膜电阻上电压随着I 的增大并非完全线性增加,其斜率略有增加,这说明多晶硅薄膜电阻R 随着I 的增加而略有增大;这是由于电流流过电阻时产生了焦耳热且T CR 为正值的综合结果。
当I 大于I p 时,电压随I 的增大反而下降,即薄膜电阻呈下降趋势。
图4 无悬空结构多晶硅薄膜电阻I 2V 特性F ig .4 I 2V characteristic of po lysilicon th in fil m resis 2to r w ithout floating structure多晶硅薄膜电阻值在大电流下(I >I p )随电流增大反而减小的现象是由其微观结构所决定的。
按照N .C .C .L u 的陷阱模型[8],多晶硅薄膜电阻是由许多小晶粒串联而成的。
如图5所示,晶粒间界是厚度为∆的无定型硅,存在高密度的悬挂键和由缺陷形成的载流子陷阱,其电阻率远远高于晶粒电阻,且具有负的T CR 。
每个单晶晶粒于晶粒间界之间形成了一个异质结位垒,对载流子在晶粒间的运动起阻挡作用,降低了载流子的迁移率。