PECVD裂解SiCl4低温快速沉积氢化纳米晶硅薄膜的研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 张林 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2012 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 闻立时 |
| 关键词 | 等离子体增强化学气相沉积法 氢化纳米硅薄膜 微观结构 PECVD nc-Si:H film microstructure |
| 学位专业 | 材料加工工程 |
| 中文摘要 | " 氢化纳米晶硅(nc-Si:H)薄膜具有导电性好、光致衰减率低、光吸收率较高、与Si半导体工艺兼容等特点，在太阳能电池领域具有广泛的应用前景。然而，nc-Si:H薄膜制备的高成本和沉积速率较低的问题至今没有根本解决，因此，研究人员针对此难点开展了大量的研究工作。目前成熟的方法是采用等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）裂解硅烷(SiH4)沉积nc-Si:H薄膜，此过程需要较高的氢气稀释率（>98%），导致薄膜沉积速率和质量的降低。 本文采用电容耦合射频PECVD法裂解四氯化硅（SiCl4），在低温下可控沉积了nc-Si:H薄膜，利用多种现代分析测试方法，研究了衬底温度、氢气流量和氩气流量对nc-Si:H薄膜微观结构、H含量、悬挂键缺陷密度和光学性能的影响。实验表明，Cl原子覆盖于生长表面有利于nc-Si:H的低温生长。在衬底温度Ts = 120oC时，通过生长条件的调节（氢气流量和氩气流量），可以实现硅薄膜从非晶态到纳米晶之间的转变，同时，降低了薄膜中异质元素Cl和H的含量和薄膜中未成对电子自旋密度。根据实验结果，总结了SiCl4体系中，nc-Si:H薄膜沉积的特点。 利用椭圆偏振法确定了薄膜的沉积速率和光学参数。与传统的SiH4体系相比，在低温下（Ts = 120oC），本实验所需氢气的稀释比例较小，nc-Si:H薄膜的沉积速率较快。薄膜的光学带隙为（2.05 eV ~ 2.2 eV），比传统的nc-Si:H薄膜的光学带隙大（1.6 eV ~ 2.0 eV），是理想的窗口层材料。 根据薄膜低温生长规律，在衬底温度为Ts = 110oC条件下，成功地在PET柔性衬底上可控制备了nc-Si:H薄膜，讨论了薄膜的微观结构和沉积条件的关系。为柔性薄膜太阳能电池提供了新的制备工艺。 为了实现nc-Si:H薄膜的低温制备，并降低薄膜中的Cl含量。我们利用等离子体后期处理，研究了薄膜微观结构和Cl原子含量的变化规律。与传统SiH4裂解法所制备的硅薄膜不同，在等离子体后期处理过程中，氢等离子体并不能改变薄膜的微观结构，只有氩气等离子体能实现薄膜结构从非晶到纳米晶的转变。 本文采用电容耦合射频PECVD法裂解四氯化硅（SiCl4），在低温下可控沉积了nc-Si:H薄膜，利用多种现代分析测试方法，研究了衬底温度、氢气流量和氩气流量对nc-Si:H薄膜微观结构、H含量、悬挂键缺陷密度和光学性能的影响。实验表明，Cl原子覆盖于生长表面有利于nc-Si:H的低温生长。在衬底温度Ts = 120oC时，通过生长条件的调节（氢气流量和氩气流量），可以实现硅薄膜从非晶态到纳米晶之间的转变，同时，降低了薄膜中异质元素Cl和H的含量和薄膜中未成对电子自旋密度。根据实验结果，总结了SiCl4体系中，nc-Si:H薄膜沉积的特点。 利用椭圆偏振法确定了薄膜的沉积速率和光学参数。与传统的SiH4体系相比，在低温下（Ts = 120oC），本实验所需氢气的稀释比例较小，nc-Si:H薄膜的沉积速率较快。薄膜的光学带隙为（2.05 eV ~ 2.2 eV），比传统的nc-Si:H薄膜的光学带隙大（1.6 eV ~ 2.0 eV），是理想的窗口层材料。 根据薄膜低温生长规律，在衬底温度为Ts = 110oC条件下，成功地在PET柔性衬底上可控制备了nc-Si:H薄膜，讨论了薄膜的微观结构和沉积条件的关系。为柔性薄膜太阳能电池提供了新的制备工艺。 为了实现nc-Si:H薄膜的低温制备，并降低薄膜中的Cl含量。我们利用等离子体后期处理，研究了薄膜中微观结构、Cl原子含量的变化规律。和传统SiH4裂解法所制备的硅薄膜不同，在等离子体后期处理过程中，氢等离子体并不能改变薄膜的微观结构，只有氩气等离子体能实现薄膜结构从非晶到纳米晶的转变。" |
| 公开日期 | 2013-04-12 |
| 源URL | [http://210.72.142.130/handle/321006/64477]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张林. PECVD裂解SiCl4低温快速沉积氢化纳米晶硅薄膜的研究[D]. 北京. 中国科学院金属研究所. 2012. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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