采用脉冲激光烧蚀技术,分别通过引入氩气流、外加电场和引入激光光束的方法,对纳米硅晶粒施加垂直于羽辉轴线方向上的外力,在羽辉下方平行于羽辉方向的衬底上沉积制备纳米硅晶薄膜;采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、x射线衍射(XRD)和Raman谱等技术,研究距靶不同位置的薄膜中晶粒尺寸分布和数密度分布的特征;改变引入外力的位置或强度,结合晶粒形成和输运的动力学过程分析,提出定量确定晶粒的成核区特征参量(位置和范围等)的新方法,在典型制备条件(激光能量密度4 J/cm2和10 Pa氩气环境)下成核区位于距靶0.01 cm-3.38 cm处,成核与长大概率随与靶距离呈高斯分布;研究环境气体种类、环境气压、二元环境气体混合比例等实验参数对成核区特征参量的影响,以探求影响成核区位置和范围的关键因素,揭示激光烧蚀过程中成核区动力学机理;对"成核区"和"交叠区"的关系、烧蚀粒子速度劈裂的本质、不同组态原子到纳米晶粒组态所需克服的成核势垒进行研究,深化晶粒成核与长大机理。本项目的完成,为实现晶粒尺寸分布的均匀可控提供了理论依据,有助于硅基光电集成和新一代太阳能电池技术的发展。
英文主题词nanocrystalline Si film; pulsed laser ablation; Si nanoparticle; dynamics; nucleation region