射频PECVD法高压快速制备纳米晶硅薄膜
PECVD法低温制备纳米晶硅薄膜晶化特性的Raman分析
PECVD法低温制备纳米晶硅薄膜晶化特性的Raman分析邱胜桦;陈城钊;刘翠青;吴燕丹;李平;林璇英【期刊名称】《材料研究与应用》【年(卷),期】2008(002)004【摘要】以SiH4与H2为气源,采用射频等离子体增强化学气相沉积技术,在较低的温度(200℃)和较高的压强(230 Pa)下,在普通的玻璃衬底上制备出沉积速率达8×10-10m/s,晶化率大于60%的纳米晶硅薄膜.利用Raman谱分析硅烷浓度和射频功率对纳米晶硅薄膜的晶化特性的影响.结果表明,薄膜的晶化率、沉积速率与硅烷浓度和射频功率存在着密切的关系.随着硅烷浓度的降低,即氢稀释率的提高,晶化率提高,而沉积速率随着射频功率的增大而增大.当硅烷体积浓度为1%、射频功率为70 W时,获得晶化率接近70%的优质纳米晶硅薄膜.【总页数】4页(P428-431)【作者】邱胜桦;陈城钊;刘翠青;吴燕丹;李平;林璇英【作者单位】韩山师范学院物理与电子工程系,广东,潮州,521041;韩山师范学院物理与电子工程系,广东,潮州,521041;韩山师范学院物理与电子工程系,广东,潮州,521041;韩山师范学院物理与电子工程系,广东,潮州,521041;韩山师范学院物理与电子工程系,广东,潮州,521041;韩山师范学院物理与电子工程系,广东,潮州,521041;汕头大学物理系,广东,汕头,515063【正文语种】中文【中图分类】O484.4;O471.4【相关文献】1.射频PECVD法高压快速制备纳米晶硅薄膜 [J], 陈城钊;邱胜桦;刘翠青;吴燕丹;李平;余楚迎;林璇英2.激发频率对纳米晶硅薄膜晶化特性的影响 [J], 何佳;邱海宁3.PECVD低温制备晶化硅薄膜及其机制浅析 [J], 余云鹏;林璇英;林舜辉;黄锐4.利用射频PECVD技术低温制备纳米晶硅薄膜 [J], 周炳卿;潘洪涛;周培勤5.PECVD法低温制备微晶硅薄膜的晶化控制 [J], 李瑞;卢景霄;陈永生;杨仕娥;郜小勇;靳锐敏;王海燕;张宇翔;张丽伟因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
PECVD法制备氢化纳米晶硅薄膜及其晶化特性的研究.doc
PECVD法制备氢化纳米晶硅薄膜及其晶化特性的研究氢化纳米晶硅(hydrogenated nanocrystalline silicon, nc-Si:H)薄膜是硅的纳米晶粒镶嵌在氢化非晶硅(hydrogenated amorphous silicon, a-Si:H)网络里的一种硅纳米结构材料。
它具有高电导率、宽带隙、高吸收系数、光致发光等光电特性,已经引起了学术界的广泛关注和研究。
一方面,nc-Si:H薄膜材料具有量子限制效应,因此可以通过控制薄膜中的晶粒尺寸等来调节薄膜的带隙,以应用于对不同波段的光的吸收。
另一方面,nc-Si:H薄膜材料具有良好的光照稳定性,无明显的光致衰退效应,有望应用于薄膜太阳能电池工业化生产中。
然而,nc-Si:H薄膜材料的结构、电学等性质强烈地依赖于其所制备的工艺参数。
因此,本文利用等离子体增强化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD)法系统地研究了工艺参数(射频功率、氢稀释比、沉积温度、磷或硼掺杂比)对本征及掺杂nc-Si:H薄膜晶化特性、电导率及生长速率的影响。
研究结果表明:(1)在一定范围内,随着射频功率的增加,本征和掺杂nc-Si:H薄膜的晶化率、晶粒大小、沉积速率及电导率都在提高,但是过高的射频功率会使得薄膜表面被大量的原子轰击,导电性下降;(2)提高氢稀释比是制备nc-Si:H薄膜最有效的方法。
随着氢稀释比的增加,薄膜逐渐由非晶转变为纳米晶,而且氢稀释比越大,晶化程度越高,但是会显著降低薄膜的沉积速率;(3)在一定范围内,提高沉积温度可以提高n型和本征nc-Si:H薄膜的晶化程度和导电性,但是对p型nc-Si:H薄膜刚好相反,主要是因为掺硼的nc-Si:H薄膜在高温下更容易脱氢所致;(4)随着磷或硼掺杂比的增加,薄膜晶化程度在降低,而沉积速率在增加。
在一定范围内,磷掺杂比越高,薄膜导电性越好。
PECVD法制备纳米晶粒多晶硅薄膜
第14卷第1期功能材料与器件学报Vol 114,No 112008年2月JOURNAL OF F UNCTI O NAL MATER I A LS AND DE V I CESFeb .,2008文章编号:1007-4252(2008)01-0139-04收稿日期:2007-07-20; 修订日期:2007-09-22基金项目:国家自然科学基金项目(No .60676044);黑龙江省教育厅科学技术研究项目(No .11521215);电子工程黑龙江省高校重点实验室项目(No .DZZ D2006-12);黑龙江大学青年科学基金项目(No .QLZ00514).作者简介:赵晓锋(1980-),男,讲师,博士研究生,主要研究方向:传感器M E MS (E -mail:zxf80310@ ).PEC VD 法制备纳米晶粒多晶硅薄膜赵晓锋1,2,温殿忠1,2(1.黑龙江省普通高等学校电子工程重点实验室,黑龙江大学,哈尔滨150080;2.黑龙江大学,集成电路重点实验室,哈尔滨150080)摘要:采用射频等离子体增强化学气相沉积系统(RF -PECVD )以高纯Si H 4为气源在P 型<100>晶向单晶硅片上、衬底温度600℃、射频(13.56MHz )电源功率50W 时沉积非晶硅薄膜,利用高温真空退火制作纳米晶粒多晶硅薄膜。
采用X 射线衍射仪(XRD )、Ra man 光谱、AF M 测量和分析薄膜微结构及表面形貌,实验结果表明,退火温度为800℃时非晶硅薄膜晶化,形成择优取向为<111>晶向的多晶硅薄膜;退火温度增加,Ra man 谱T O 模和T A 模强度逐渐减弱;AF M 给出800℃退火后薄膜晶粒明显细化,形成由20~40nm 大小晶粒组成的多晶硅薄膜,薄膜晶粒起伏程度明显减弱。
关键词:PECVD;纳米晶粒;非晶硅;多晶硅;高温退火中图分类号:T M614 文献标识码:APrepara ti on of nano -gra i n poly -sili con th i n f il m s by PECVDZHAO Xiao 2feng ,W EN D ian 2zhong(1.Key Laborat ory of Electr onics Engineering,Collage of Heil ongjiang Pr ovince,Heil ongjiangUniversity,Harbin 150080,China;Maj or Laborat ories of integrated circuits,Heil ongjiang University,Harbin 150080,China )Abstract:Adop ted radi o frequency p las ma enhanced che m ical vapor depositi on syste m (RF -PECVD ),and high pure Si H 4as air -s ource separately,s o that deposited polycrystalline silicon thin fil m s on P -type <100>single silicon,when te mperature of underlay is at 600℃and electrical power of e m itting -frequency 13.56MHz is 50W ,adop ted high te mperature and vacuum -annealing t o fabricate a mor phous silicon thin fil m s of nanometer crystalline grains .Took advanced of X -ray D iffracti on Apparatus (XRD )、Ra man Spectru m 、and AF M t o measure and analyze thin -fil m m icr o -structure and surface ap 2pearance .The result of the experi m ent shows that the polycrystalline silicon thin fil m s crystallized,when the annealing te mperature was at 800℃,and then for med <111>polycrystalline silicon thin fil m s of se 2lective better directi on;with increasing te mperature,intensity of Ra man Spectrum T O and T A fil m s weakens gradually;AF M gives that thin -fil m crystalline grains become significantly slender after 800℃annealing,and for med polycrystalline fil m s of grain sizes fr om 20t o 40nm ,up s and downs degree of thin-fil m crystalline grains weakened significantly.Key words:PECVD;nano-grain;a mor phous silicon;polycrystalline silicon;high te mperature an2 nealed0 引言多晶硅薄膜比非晶硅薄膜具有高的载流子迁移率、稳定性,在传感器、微电子、光电子、集成电路等领域具有广泛的应用[1-4]。
PECVD法制备多晶硅薄膜太阳能电池研究的开题报告
PECVD法制备多晶硅薄膜太阳能电池研究的开题报告题目:PECVD法制备多晶硅薄膜太阳能电池研究一、研究背景与意义随着人类对能源的需求不断增加,太阳能电池作为一种清洁、可再生的能源成为了各国研究的热点。
多晶硅是一种常用的太阳能电池材料,其特点是易于加工、生产成本低、光电转化效率高等。
PECVD是一种制备多晶硅薄膜的常用方法,其制备过程简单、设备易于控制、反应速度快等优点,因此本研究将采用PECVD法制备多晶硅薄膜太阳能电池。
二、研究目的和方法本研究旨在探究PECVD法制备多晶硅薄膜太阳能电池的制备工艺、性质、结构及其对电池性能的影响。
主要研究内容包括:1.制备工艺优化。
研究PECVD工艺参数对多晶硅薄膜生长速率、薄膜结构和纯度等性能的影响,寻找最佳制备工艺条件。
2.薄膜性质研究。
对制备的多晶硅薄膜进行表征,研究其光电性能、晶格结构、比表面积等性质。
3.太阳能电池性能研究。
将制备的多晶硅薄膜应用于太阳能电池中,测定电池的输出电压、电流、转换效率等性能指标,分析制备的多晶硅薄膜对电池性能的影响。
本研究使用PECVD设备制备多晶硅薄膜样品,采用光电子能谱(UPS)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、保护性气氛热脱附(TPD)、光电流谱等表征手段对制备的样品进行表征;采用测试系统对制备的太阳能电池进行性能测试。
三、研究进度安排本研究共计两年完成,时间安排如下:第一年1) 熟悉PECVD设备操作原理和性能测试系统,完成PECVD工艺参数设计与优化;2) 制备多晶硅样品,进行多种表征手段测试;3) 分析多晶硅薄膜成长机理和性质;4) 分析多晶硅薄膜对太阳能电池性能的影响。
第二年1) 完成太阳能电池的制备;2) 对制备的多晶硅太阳能电池进行性能测试,并分析多晶硅薄膜对太阳能电池性能的影响及其机理。
3) 根据研究成果编写论文并做结论总结。
四、预期研究成果及展望通过对PECVD工艺参数的优化和多晶硅薄膜样品的制备,研究多晶硅薄膜晶格结构、表面形貌、化学组成和光电性能等特性,探究制备多晶硅薄膜太阳能电池性能的提高途径。
pecvd淀积sio2薄膜工艺研究
pecvd淀积sio2薄膜工艺研究PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)是一种常用的薄膜制备技术,其在半导体、光电子和微电子领域有广泛应用。
本文将以PECVD淀积SiO2薄膜工艺为研究对象,探讨其工艺原理、参数对薄膜性能的影响以及优化方法等方面内容。
一、工艺原理PECVD是一种在低压和高频电源激励下进行的化学气相沉积技术。
其原理是通过电离的等离子体将前驱体气体分解成活性物种,然后在衬底表面发生化学反应,最终形成所需的薄膜。
二、工艺参数1. 前驱体气体:常用的SiO2前驱体气体有TEOS(四乙氧基硅烷)和SiH4(硅烷)等。
不同的前驱体气体会影响薄膜的化学组成和物理性质。
2. 气体流量:控制前驱体气体的流量可以调节沉积速率和薄膜厚度。
3. 气体比例:混合气体中各种气体的比例会对薄膜的化学组成和性质产生影响。
4. 沉积温度:温度对薄膜的致密性、结晶度和附着力等性能有重要影响。
5. 沉积压力:沉积压力是控制沉积速率和薄膜致密性的重要参数。
三、薄膜性能1. 厚度均匀性:PECVD技术可以实现较好的均匀性,通过调节沉积参数可以进一步改善薄膜的均匀性。
2. 化学组成:前驱体气体的选择和混合比例会影响薄膜的化学组成,从而影响其介电性能、光学性质等。
3. 结晶度:沉积温度和沉积压力对薄膜结晶度有重要影响,高温和高压可以提高薄膜的结晶度。
4. 压电性能:SiO2薄膜具有压电效应,可以应用于传感器、压电驱动器等领域。
四、优化方法1. 参数优化:通过调节沉积温度、沉积压力、气体流量等参数,可以获得理想的薄膜性能。
2. 前处理:在沉积前对衬底进行清洗和表面处理,可以提高薄膜的附着力和致密性。
3. 薄膜后处理:对沉积后的薄膜进行退火、氧化等处理,可以改善薄膜的性能和稳定性。
PECVD淀积SiO2薄膜工艺是一种重要的薄膜制备技术,其工艺参数和薄膜性能之间存在着密切的关系。
射频pecvd法制备si-c-h薄膜的研究
射频pecvd法制备si-c-h薄膜的研究射频PECVD(射频等离子体增强化学气相沉积)是一种常用于制备薄膜的技术。
在这种方法中,使用射频电源产生等离子体,通过化学反应在基底表面上沉积薄膜材料。
本文将重点介绍射频PECVD法制备Si-C-H薄膜的研究。
Si-C-H薄膜是一种由硅、碳和氢元素组成的非晶态薄膜,具有优异的机械、光学和电学性质,因此在微电子、光电子、光伏等领域具有广泛的应用前景。
射频PECVD法是制备Si-C-H 薄膜的一种常用方法,它具有工艺简单、成本低、薄膜质量高等优点。
在射频PECVD法制备Si-C-H薄膜的过程中,主要有三个关键步骤:前处理、等离子体激发和薄膜沉积。
首先,将基底进行清洗和表面处理,以确保薄膜的附着力和质量。
然后,在真空室中建立真空环境,并通过射频电源产生等离子体。
等离子体中的高能粒子和活性物种与反应气体发生碰撞,引发化学反应,从而在基底表面上沉积薄膜材料。
在实际的射频PECVD制备Si-C-H薄膜的研究中,研究人员主要关注以下几个方面:反应气体组成、沉积温度、沉积速率和薄膜性质。
首先,反应气体组成对薄膜性质有着重要影响。
常用的反应气体有甲烷、二甲基硅烷和氢气。
甲烷是碳源,二甲基硅烷是硅源,而氢气用于稀释和调节薄膜的氢含量。
通过调节反应气体的流量比例,可以改变薄膜的硅碳比例和氢含量,从而调节薄膜的机械、光学和电学性质。
其次,沉积温度对薄膜性质也有着重要影响。
沉积温度可以影响薄膜的结晶度、致密度和内应力等性质。
一般来说,较高的沉积温度可以提高薄膜的致密度和硬度,但也会增加薄膜的内应力。
因此,需要在选择沉积温度时综合考虑薄膜的应用需求和制备工艺的限制。
此外,沉积速率是制备Si-C-H薄膜时需要关注的另一个参数。
沉积速率可以通过调节反应气体的流量和沉积时间来控制。
较高的沉积速率可以提高生产效率,但也可能影响薄膜的均匀性和质量。
因此,在实际制备过程中需要权衡速率和质量的关系。
ECR-PECVD制备纳米硅颗粒薄膜
E R—P C D制 备 纳 米 硅 颗粒 薄膜 C EV
胡Hale Waihona Puke , 爱民 岳 , 学 , 福文 , 圆 娟 吴 , 红云 张 宇 秦 匾
(. 1 大连理工 大学 三束材料改性教育部重点 实验 室, 宁 大连 16 2 ; . 辽 10 4 2 大连理 工大 学 材料科 学与 工程 学院 , 宁 大连 辽 16 2 ; . 国科 学院沈阳金属研 究所 , 宁 沈阳 10 1 ) 10 4 3 中 辽 10 6
中图分类号 : K 1 ;B 2 ;B 9 文献标识码 : 文章编号 :0 674 (0 1 0 -800 T 59T 31T 7 A 10 - 3 2 1 )60 3 -5 0
Na -i c n fl s pr p r d b no sl o m e a e y ECR - i i PECVD
摘
要: 为消除紫外线对硅基薄膜太阳能电池的热损害 , 并进 一步提高 电池转换效 率 , 出在硅基薄膜 太 阳能 电池顶部 提
低温下制备一 薄层 纳米硅薄膜. P (0 ) 在 型 10 硅片上采用 电子 回旋共 振微波等 离子体增强化学 气相沉积 ( C —E V ) E RP C D
技术交替沉积 SC / iSO 层 , i S i : 改变衬底温度和 H / 流量沉积纳米硅薄膜 , 探讨低温下直接制备纳米硅薄膜 的工艺. 实验 结果表 明, 在低温下 , 薄膜 以非 晶相为 主 , 局部分布有零星 的网格状 晶化相 , 随着 温度的升高 , 晶化趋势增加 , 晶化相颗粒
S in e a d En i e rn ce c n gn e ig,Dain Un v r i fT c n l g l ie st o e h oo y,Dain 1 6 2 a y l 1 0 4,C i a .I s tt fMe a Re e rh,C i e e Ac d my a h n ;3 n t u e o t s a c i l hn s a e
制备纳米薄膜的方法
制备纳米薄膜的方法
制备纳米薄膜的方法有很多种,以下是其中一些常见的方法:
1. 真空蒸发法:在高真空下,将材料加热至其蒸发温度,使其蒸发并沉积在基底上形成薄膜。
这种方法适用于材料蒸发温度较低的情况。
2. 磁控溅射法:在真空室中,通过加热材料至其灼烧温度并利用磁场控制离子轨迹,使离子撞击材料表面并碎裂,形成薄膜。
这种方法适用于需要提高材料附着力和纯度的情况。
3. 化学气相沉积法(CVD):通过将气态前体物质引入反应室中,在适当的温度和压力下,使其发生化学反应并在基底上沉积形成薄膜。
这种方法适用于制备复杂化合物薄膜。
4. 溶液法:将纳米材料悬浮在溶剂中,通过溶剂挥发或沉积基底上使溶液中的纳米材料沉积成薄膜。
这种方法适用于制备大面积、低成本的纳米薄膜。
5. 电化学沉积法:通过在电解质溶液中施加电压或电流,使金属或合金离子在电极上沉积成薄膜。
这种方法适用于制备金属薄膜,并能够控制薄膜的形貌和厚度。
这些方法可以根据具体需求和材料特性选择合适的制备方法。
同时,不同的方法
也有各自的优缺点,需要根据实际情况进行选择。
PECVD法制备纳米硅烷复合防护膜及性能研究
PECVD法制备纳米硅烷复合防护膜及性能研究发布时间:2022-09-25T03:48:40.131Z 来源:《建筑创作》2022年第4期(2月)作者:蔡泉源[导读] 受盐雾、潮湿和水分等环境影响电子产品在使用过程中易产生故障,迫切需要制备防护膜提高其可靠性。
蔡泉源江苏菲沃泰纳米科技股份有限公司江苏无锡 214183摘要:受盐雾、潮湿和水分等环境影响电子产品在使用过程中易产生故障,迫切需要制备防护膜提高其可靠性。
本文中采用等离子增强化学气相沉积法(PECVD)以六甲基环三硅氧烷为单体沉积过渡层,再分别沉积二丙烯酸二乙二醇酯和2-(全氟癸基)乙基甲基丙烯酸酯在过渡层上形成纳米复合防护膜层。
并研究了放电功率、沉积时间、单体流量、氦气流量、缓蚀剂等对复合膜的性能影响。
关键词:PECVD,纳米,硅烷,复合防护膜前言:近年来研究发现因环境腐蚀而导致大量电子器件出现短路、断路或接触不良等故障现象[1]。
目前,在各行各业的产品中,电子部件占有的比率越来越大,对防水、防潮、耐腐蚀性要求越来越严格。
因此,迫切需要可靠的方法对电子元件进行有效防护。
目前,采用防护膜对电子产品进行防护,是应对三防问题的有效措施。
制备防护膜的方法主要有:第一、液相法,液体树脂通过热或光固化在产品表面形成涂层[2]。
第二、气相法,如蒸镀法,化学气相沉积法等[3]。
以上方法存在膜层不均一,不环保,高温等缺点,且多数防护膜采用单一材料,防护效果不理想,而复合膜则通过多层结构可显著提高防护效果。
等离子增强化学气相沉积法(PECVD)是一种新型气相制备方法,具有反应温度低,沉积速率快,成膜质量好,不易龟裂等优势越来越受到人们的关注[4]。
本文中采用PECVD法以六甲基环三硅氧烷为单体沉积过渡层,再分别沉积二丙烯酸二乙二醇酯和2-(全氟癸基)乙基甲基丙烯酸酯在过渡层上形成纳米复合防护膜层。
并研究了放电功率、沉积时间、单体流量、氦气流量、缓蚀剂等对复合膜的性能影响。
利用射频PECVD技术低温制备纳米晶硅薄膜
作者简介 :  ̄
(9 3 ) 男 , 蒙 古兴 和 县人 , 16- , 内 内蒙 古 师 范 大 学 教 授 , 士 , 要 从 事 光 电薄 膜 材 料 与 太 阳 能 电 池研 究 ・ 博 主
2 材 料 测 试
采用 高 精度 X射线 衍 射 仪 测试 纳 米 晶硅 薄 膜 中 纳
匹配器
射频 功率源
图 1 射频 P C E VD实 验 装 置 简 图
收 稿 日期 ; O 6 7 2 2 O 一O —1 基 金 项 目 :国家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目( 0 60 3 5620)
1 n - iH 薄膜 的制 备 cS :
实验 装置 如 图 I所 示 . 用 Hz稀 释 SH 采 i 为 反 应 气体 制 备 n — iH 薄膜. cS : 电极 面积 2 5 m 衬底 为 C t 2 , c o— nn 0 9 璃 片和单 晶 S 片 , ig7 5 玻 i 反应 室 内背 景 真 空 度 小 于 2 O P . 积参 数 : 频 功率 3 ~6 , ×l a 沉 射 O 0 沉积气 压 W l0 l 0 P , o ~ 0 a 氢稀 释度 R— H2 ( i 0 / S l +H2在 9 ~ ) 2 9 范 围 内变 化 . 底 温 度 丁 在 1 0 2 0℃之 间 变 9 衬 j 5~ 5 化, 电极 间距 d在 1 5 3 m 范 围可 调 , 体 总 流 速 恒 .~ c 气 定 为 2 0sc 薄 膜厚 度控 制在 5 0 0 m. 0 m, c o ~1 0 i 5 r
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第 3 6卷 第 3期
20 0 7年 5月
内蒙 古 师 范 大 学 学报 ( 自然 科 学 汉文 版 )
pecvd 微晶硅工艺原理
pecvd 微晶硅工艺原理
PECVD是一种化学气相沉积技术,用于在固体基底上制备微
晶硅薄膜。
该工艺原理基于以下几个步骤:
1. 基底清洗:将基底材料,例如玻璃或硅片,通过酸洗和溶剂清洗等步骤,去除表面的污染物和氧化层,确保基底表面干净。
2. 载气流动:在PECVD工艺中,载气(通常是氢气或氩气)
被引入反应室中,形成气流,用来携带腔内产生的反应物质,并帮助在基底表面上进行反应。
3. 前驱体输送:通过从不同的前驱体气体(例如硅氢化物)通入载气中,将前驱体输送到反应腔中。
在反应腔中,前驱体气体会发生解离,并释放出反应物质,如硅和氢。
4. 反应生成:前驱体气体分解产生的反应物质在基底表面发生反应。
反应物质沉积在基底上,形成微晶硅薄膜。
反应条件,如温度、压力和气体流量,可以通过调节来控制薄膜的性质和厚度。
5. 气体排放:通过排放口,将未发生反应的气体和副产物排出反应腔,保持反应环境的稳定。
通过以上步骤,PECVD工艺能够在基底表面上均匀沉积微晶
硅薄膜。
微晶硅薄膜具有良好的光电性能,广泛应用于太阳能电池、液晶显示屏等微电子领域。
射频PECVD法高压快速制备纳米晶硅薄膜
氢化非 晶 硅相 比, c i n- :H 结构 更 加 稳 定 , S 具有 较 高 的电导 率 以及 带 隙可 调等 优 点 。在大 面 积 显示 、 薄膜
太 阳能电池 、 存储 器 和隧 穿 二极 管 等 光 电器 件 方面 光
有诱人 的应用前 景 。因此 , 该材 料 制 备技 术 的探 索和 微结构 及其光 电特性分析 是近年 来受科 学界 关注 的课 题 t 钊。
长速率制备 出暗 电导率 为 1 t-/ m 的优 质纳 米 晶 O '1 c l 硅薄膜 。
2 样 品制 备 和 测试
用 等离子体 化学气 相沉 积法制备薄 膜 以前 有过详
细 报 道[1 。 P C 90 ,] E VD 系 统 如 图 1 ,电 极 面 积 约
关键词 : 纳米 晶硅 薄膜 ; - E D; RFP CV 生长速 率 中图分 类号 : T 1 . M9 4 4 文献标 识码 : A 文章编 号 :0 193 (0 8 0 —8 80 1 0 -7 1 2 0 等 离子体 增 强化 学 气相 沉
度 , 而降低 离 子对 薄 膜 生 长表 面 的轰 击能 量 。我们 从
积技 术, 在较 高的 工 作 气压 ( 3 ~ 2 6 a 下 , . 13 6P ) 以O 4
n s 率制备 出优 质 的氢 化纳 米 晶硅 薄膜 。 薄膜 的 m/ 速 晶化率 约 6 , 均 晶粒 尺 寸 约 6 0 m, 电导 率 为 O 平 .n 暗 1 ~ 1 ‘Q ・c O O/ m。 红 外 吸 收 谱 显 示 , 膜 中 没 有 薄
实验中所用 A 和 B两个系列样 品的沉积参数分 别为 : 频功 率 6 射 O和 7 W , 0 沉积气 压 13和 26 a衬 3 6P , 底温 度 为 40和 20C, 体 总流 量分 别 为 5 0 0" 气 O和
PECVD制备硅薄膜
PECVD设备构造及其沉积硅薄膜原理1. 实验目的:了解PECVD设备的构造,熟悉PECVD沉积硅薄膜基本原理,为沉积硅薄膜实验做准备。
2. 实验内容:2.1了解PECVD设备的构造:总体来讲,PECVD薄膜沉积系统包括:气路、真空系统、循环水冷却系统、控制系统。
其中(1) 气路系统:将反应气体由气瓶引入反应腔室。
完整的气路系统必须包括:气瓶、减压阀、流量计、截止阀。
其中气瓶的作用为储存反应气体;减压阀的作用为降低气瓶输出气体的压力,确保实验安全进行;流量计的作用为精确控制反应气体进入反应腔室的量;截止阀的作用为控制反应气体进入反应腔室的开始与结束。
(2) 真空系统:真空系统的作用主要有三个:首先,在薄膜生长前,对反应腔室进行抽真空以达到沉积薄膜所需的本底真空度;其次,在沉积薄膜过程中及时将反应产生的气态产物排出反应腔室;再次,在沉积薄膜过程中通过控制真空系统的抽速来维持薄膜沉积所需的压力。
(3) 循环水冷却系统:工作过程中,一些易发热部件(如分子泵)需要使用循环水带走热量进行冷却,以防止部件损坏。
(4) 控制系统:综合控制PECVD系统各部分协调运转完成薄膜沉积,一般集成与控制柜。
2.2 PECVD沉积薄膜原理PECVD又称为等离子体增强化学气相沉积,是利用气体辉光放电的物理作用来激活粒子的化学气相反应。
是集等离子体辉光放电与化学气相沉积于一体的薄膜沉积技术。
PECVD一般通过在两个平行电极之间施加一定频率的射频电源,在射频电源作用下,反应气体发生辉光放电现象。
在气体辉光放电过程中,电子与气体分子剧烈碰撞,能量足以使气体分子电离成SiH x基团与Si、H原子,这些基团与原子运动到衬底表面进行成膜生长。
PECVD与传统CVD相比最大的优点在于通过气体等离子体辉光放电使气体分解,可以有效降低硅薄膜的沉积温度。
3. 实验步骤:1. 对普通玻璃衬底进行超声清洗。
目的为去除玻璃表面杂质,以防止对沉积的硅薄膜造成污染。
溅射法制备纳米硅薄膜研究进展_袁珂
总之,文献[2]这篇论文建立了“以 素数为变数的函数式”,用辨证集合数论 思想揭示了无限的全体中无限和完(成)了的 对立统一规律;在华罗庚,陈景润,潘 承洞等数学家关于哥德巴赫猜想从例外途 径所取得的伟大成果的基础上,逻辑推理 与数学分析方法并用;对无限的全体根据 数论的公理、定理、推论,结合集合论 的构造完成思想及理论,根据对有限值的 运算、并用极限的思想方法,反映出无限 的全体ω构造完成时的必然趋势或结果; 这就是所说的:对无限的全体逼近运算分 析判断。证明中采用的数学归纳法,超限归 纳法利用了无限的全体的无限性,而对无 限的全体逼近运算分析判断利用了无限的 全体的完(成)了性。把无限的全体作为一个 构造完成了的整体来考虑是跨越天堑的关 键。欢迎大家阅读中国科技论文在线英文 版上发表的《哥德巴赫猜想( 1 + 1 )的证明》 论文最新版。
能,离子强烈轰击衬底表面使得硅组织的 无序度增加,薄膜中的非晶成分也相应提 高。
4 结语
通过近年来的不懈努力,n c - S i ∶H 薄膜在制备、结构与光电性方面的研究取 得了很大的进展。该材料所具有的特殊结 构与物理性质, 不仅使其在太阳能电池行业 备受关注, 而且还为新型纳电子器件研发开 辟了广阔空间。随着纳米科学的不断发展, nc-Si∶H 薄膜必将在未来得到更为广泛的 应用。
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理及定理,揭示的是无限的全体的本质和 规律。
之所以提出这一新理论,是因为 “1 + 1 ”涉及全体正素数、全体大于 6 的
偶数、全体大于 6 的哥德巴赫数集合。集 合论把无限的全体作为一个构造完成了的 东西——无穷集合,无限的全体既是无限 的,为什么集合论又说它是完成了的呢? 我们既然研究无穷对象的问题,就有必要 用对立统一规律把无限的全体中无限于完 成了的辩证关系及其意义探究清楚( 见 《哥德巴赫猜想( 1 + 1 ) 的证明》中的内 容);而且用辩证集合数论的思想去理解数 论定理、就避免了因集合论与数论的脱节 而导致的错误理解,将理解得更深刻更透 彻。
PECVD 法硅纳米晶体的制备及在线表面改性
PECVD 法硅纳米晶体的制备及在线表面改性1 引言硅纳米晶体除具备体材料所没有的量子限域效应、多激子效应等特性外, 还因其易于表面修饰、可通过掺杂调控导电率、环境友好等优异性质在太阳能电池、生物和化学传感器、场效应晶体管等方面受到广泛关注. 人们用液相、固相和气相等方式研究了硅纳米晶体的生成方法. 其中用气相的方式不仅可以得到独立存在的硅纳米晶体, 而且有较高的产率. 另外, 硅纳米晶体的表面性质也是一个十分重要的课题. 未经表面处理的硅纳米晶表面有许多缺陷态, 导致光激发所产生的载流子很容易在表面复合, 从而影响硅纳米晶的实际用途. 为使得硅纳米晶能够有稳定的表面性质, 可以对其进行表面钝化处理, 但是氢钝化、氧钝化等方式处理后其表面性质仍热不够稳定, 在有机溶剂的分散性也不好. Mangolini 等研究发现, 通过对硅纳米晶表面接枝有机基团进行表面钝化, 不仅可以降低其表面活性, 而且处理后的硅纳米晶在非极性溶液中有很好的分散性.在本文中, 我们通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法制备硅纳米晶体, 并且对所制备的硅纳米晶进行在线表面改性. 利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)及透射电镜(TEM)等手段研究了改性前后硅粒子的结构与性能.2 实验部分2.1 实验装置本文使用的 PECVD 系统包括:等离子反应腔、真空系统、冷却系统、计算机控制系统、射频电源、反应气体及运输系统、气压调节系统和气体漏气监测系统等. 如图1, 制备过程在上腔室中进行, 改性过程在下腔室中进行, 为方便调节实际的制备气压, 我们在上腔室和下腔室之间设计了一个连接片.2.2 实验内容2.2.1 纳米晶硅的制备反应气体(SiH4,H2,Ar的混合气体)如图 1 由上腔室通入, 按照实验参数调节反应腔室气压和射频源功率RF1.当SiH4进入上腔室后, Si-H 键在射频等离子体的作用下被打断, 分离出来的 Si 原子自由组合, 成核、结晶、长大.纳米晶硅在上腔室制备完成后进入下腔室, 在下腔室中通入足够量的C8H16(结构式为CH3(CH2)5CHCH2)作为改性气体, 在下腔室提供二级射频电源作为改性所需功率. 在改性过程中, C=C在射频功率的作用下断开生成C-C 键, 多出两个悬挂键; 纳米晶硅表面的Si-H 键也在二级射频的作用下断开, 形成一个 H 原子和一个悬挂键,这个 H 原子和 Si 表面的悬挂键就分别和改性气的两个悬挂键结合, 使纳米晶硅表面连接有机碳链。
ECR-PECVD制备纳米硅颗粒薄膜
ECR-PECVD制备纳米硅颗粒薄膜胡娟;吴爱民;岳红云;张学宇;秦福文;闻立时【摘要】In order to reduce the thermal damage of ultraviolet rays and also for further increase in the efficiency of the silicon-based thin film solar cells, a nano-silicon thin film was prepared on the top of the cells at low temperature. The SiO2/Si/SiO2 multilayers were deposited alternately on the p-type silicon substrate by electron cyclotron resonance ( ECR-PECVD). The microstructure of the films was investigated by TEM. The results show that the silicon film is mainly amorphous with locally distributed latticed crystalline phase at low temperature, and with the increase of the temperature the tendency of crystallinity increases and the size of the crystalline is about 5-8 nm. When the flow rate of H2 is changed from 20 mL/min to 40 mL/min, the crystallinity of the nano-silicon increases, and the size of nano-Si particles is about 5-10 nm. But when the flow rate exceeds 30 mL/min, the crystallinity of the films decreases and the number of nano-Si particles reduces. In order to improve the crystallinity of the films, the silicon film was in-situ etched by hydrogen plasma after deposition. The TEM result shows that the amounts of the nano-silicon particles are noticeably increased, the size and distribution of the particles are homogeneous, and the particle size is about 6 nm.%为消除紫外线对硅基薄膜太阳能电池的热损害,并进一步提高电池转换效率,提出在硅基薄膜太阳能电池顶部低温下制备一薄层纳米硅薄膜.在P型(100)硅片上采用电子回旋共振微波等离子体增强化学气相沉积(ECR-PECVD)技术交替沉积SiO2/Si/SiO2层,改变衬底温度和H2流量沉积纳米硅薄膜,探讨低温下直接制备纳米硅薄膜的工艺.实验结果表明,在低温下,薄膜以非晶相为主,局部分布有零星的网格状晶化相,随着温度的升高,晶化趋势增加,晶化相颗粒大小在5 ~8 nm;当H2流量在20 ~40 mL/min变化时,随着流量的增加,薄膜晶化相增多,纳米硅尺寸在5~10 nm,但H2流量超过30 mL/min后,随着H2流量的增加,薄膜晶化率下降,纳米硅颗粒减少.利用H等离子体原位刻蚀方法,可明显改善薄膜晶化效果,经原位刻蚀处理后纳米晶颗粒尺寸及分布比较均匀,颗粒大小在6nm左右.【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》【年(卷),期】2011(032)006【总页数】5页(P830-834)【关键词】ECR-PECVD;太阳能电池;薄膜;纳米硅【作者】胡娟;吴爱民;岳红云;张学宇;秦福文;闻立时【作者单位】大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室,辽宁大连116024;大连理工大学材料科学与工程学院,辽宁大连116024;大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室,辽宁大连116024;中国科学院沈阳金属研究所,辽宁沈阳110016;中国科学院沈阳金属研究所,辽宁沈阳110016;中国科学院沈阳金属研究所,辽宁沈阳110016;中国科学院沈阳金属研究所,辽宁沈阳110016【正文语种】中文【中图分类】TK519;TB321;TB79太阳能电池的研究已经有很长的历史,提高太阳能电池的光电转换效率,降低制作成本,提高电池的使用寿命等是这一领域永恒的主题,也是科研工作者努力的方向.太阳能光伏电池的研发经历了3个阶段,目前研发和商品化的是第一、二代太阳电池.为进一步改善电池的转换效率,科研人员提出了第三代太阳能电池的概念[1].第三代太阳能光伏电池的目标是充分利用太阳能的全光谱,提高太阳电池的光电转换效率.对传统太阳能电池而言,紫外光线直接被渗漏出去,或被硅电池吸收,但转化成的是热能并非电能,这有可能影响电池的使用寿命[2].研究表明紫外光线能够与尺度合适的纳米颗粒有效地结合,并产生电能.Munir Nayfeh等提出在硅太阳能电池表面生成一层硅纳米颗粒薄膜能够提升它的能量转化能力,减少电池自身的发热量,并且延长使用寿命[3-5].他们的研究结果表明,在块体硅电池表面制备颗粒尺寸几纳米的硅颗粒层后,在紫外光区电池的转换功率提高了60%~70%,而在可见光区,电池的转换功率也提高了近10%.而在薄膜电池中,紫外光线的辐照对吸收层性能的损害更甚,若能将这种思想引入到薄膜电池中,对提高薄膜电池的效率及延长电池使用寿命是非常有利的.基于这种思路,本论文探讨利用PECVD技术在低温下制备纳米硅薄膜的工艺控制.1 实验利用电子回旋共振微波等离子体增强化学气相沉积法(ECR-PECVD)制备纳米硅颗粒薄膜,以5%的SiH4、H2和O2为反应气源,薄膜衬底为P型(100)单晶硅片,用丙酮、酒精和去离子水超声清洗衬底.衬底温度为200~300℃,微波功率为600 W,H2流量为20~40 mL/min,O2流量为20 mL/min,SiH4流量为6 mL/min,本底真空为5.0×10-3Pa.在沉积薄膜之前对衬底表面进行常规H等离子体清洗,随后交替沉积SiO2/Si/SiO2薄膜层,即先采用O2等离子体放电制备SiO2层,然后切换H2等离子体放电制备Si层,再切换O2等离子体放电制备SiO2层,重复以上步骤循环制备不同薄膜层.采用TEM对薄膜的微观结构及形貌进行测试分析,研究不同的衬底温度及H2流量对薄膜结构的影响.采用拉曼光谱分析薄膜的晶化率,拉曼激光器的波长为632.8 nm,功率35 mW.采用高斯三峰拟合方法,利用公式[6]计算得到样品的晶化率:2 结果与讨论2.1 温度的影响利用TEM对不同温度下沉积的薄膜的微观结构进行了研究,图1是在衬底温度分别为200、250、300℃,而其他条件相同的情况下沉积的Si薄膜层高分辨透射电镜(HRTEM)图像.从图1(a)的HRTEM照片中可以看出,在200℃时沉积的薄膜为非晶硅;而沉积温度为250℃时薄膜虽然仍以非晶态为主,但局部出现了晶化的局势,可观察到高分辨晶格象(如图1(b));当温度提高到300℃时,从HRTEM图像中可以看到明显的晶化小颗粒,椭圆形高分辨晶格象,颗粒大小约为10 nm(如图1(c)).图1 薄膜样品Si层的TEM高分辨像,P=600 W,氢气流量为20 mL/minFig.1 HRTEM images of Si layer with microwave power 600 W and hydrogen flow rate of 20 mL/min2.2 氢气流量的影响根据A.Matsuda[7]提出的氢化微晶硅薄膜生长理论,原子氢对Si薄膜的结晶起到了非常重要的作用.因此本文研究了H2流量大小对Si薄膜晶化率的影响.为了降低其他实验条件的干扰,同时也为了样品制备分析的方便,我们固定沉积温度、硅烷流量和微波功率并在同一基片上交替沉积不同H2流量的Si层,间隔层SiO2的沉积条件不变.图2 相同温度下沉积的薄膜试样的TEM截面图像及高分辨像,T=300℃,P=600 W,SiH4流量为6 mL/min,t=5 minFig.2 Cross-section TEM image andHRTEM images of different layers under 300℃,600 W,silane flow rate of 6 mL/min,t=5 min图2(a)为Si片上SiO2/Si多层膜整体形貌图,图2(b)~(f)为不同氢流量下沉积制备的Si薄膜的HRTEM高分辨图像.从图2(a)中可以测出不同氢流量下制备的硅薄膜的厚度,从里到外硅层的厚度分别为14、14、13、11.6、9.3 nm.可见,随着H2流量的增加,Si薄膜的厚度逐渐降低.这是与随着氢气流量增加,放电产生的活化氢增加,氢等离子体对薄膜的刻蚀作用加剧相关的.图3为薄膜厚度、晶化率与氢气流量关系图.从图2(b)~(f)及图3还可以看出,随着 H2流量从 20 mL/min 增加到30 mL/min,薄膜结晶性增加,纳米硅颗粒的数量逐渐增加.但是随着H2流量的进一步增加,氢等离子体的刻蚀作用加剧,薄膜的结晶性反而下降,薄膜中纳米硅颗粒的数量逐渐减少,薄膜厚度也随之下降.这是由于氢等离子体中,到达生长表面的H+离子和H原子同时有还原和刻蚀的作用.在上游微波等离子体放电室中,氢流量越大,放电产生的活性氢基团就越多,薄膜生长表面提供的原子氢打断了Si-Si键,尤其是非晶网状结构中的弱键,导致与其他硅原子结合较弱的Si 键原子(非晶态)迁移.迁移后留下的位置被新的薄膜先驱物所取代,形成刚性和牢固的Si-Si键(结晶态),从而提高薄膜的结晶性.但是当H2流量过大时,氢等离子体的刻蚀作用将显著增强,会使刚形成的牢固Si-Si键被打断并分别与氢原子结合形成新的局部氢化非晶网状结构,降低薄膜晶化率.从HRTEM图像中还可测量出纳米晶硅的晶粒尺寸在5~10 nm.图3 不同氢气流量下制备的薄膜的厚度及薄膜晶化率变化曲线Fig.3 The thickness and crystallization rate of the films vs the different flow rate of hydrogen2.3 氢等离子体刻蚀的影响原子氢对薄膜晶化的有利作用,我们考虑对沉积的硅薄膜采用原位后续氢等离子体刻蚀的办法提高薄膜的结晶性.图4是采用氢等离子体刻蚀制备的硅薄膜的截面形貌图,其中薄膜的制备顺序和前面一致,只是在每层正常制备硅薄膜后,立即关闭硅烷气源,进行原位的氢等离子体刻蚀,然后再制备后续薄膜,刻蚀参数为H2流量固定在25 mL/min,微波功率600 W,刻蚀1~5 min.为便于比较,硅薄膜的沉积参数和图1(b)的硅薄膜沉积参数一致.与图1(b)相比较,可以看出,经氢等离子体刻蚀后薄膜厚度有所降低,而且随着刻蚀时间的增加,薄膜厚度急剧下降.图4(b)为氢等离子体刻蚀2min的硅薄膜截面高分辨图像,与未进行氢等离子体刻蚀处理的硅薄膜比(图1(b)),其薄膜结晶性明显变好,纳米硅颗粒的数量明显增加,其晶粒的大小约为5 nm,而且这种在较低温度下制备薄膜然后进行等离子体刻蚀处理也明显优于在高温下直接制备的硅薄膜(图1(c)).可见等离子体中用较高的H2流量进行刻蚀是在低温下获得高结晶纳米硅薄膜的一种有效的方法.图4 氢等离子体刻蚀样品截面HRTEM图像Fig.4 Cross-section HRTEM image of the films etched by hydrogen plasma3 薄膜的Raman分析为了得到确切的结晶程度信息,选择了以上结果中显示较好的一组实验条件沉积5个周期的试样进行了Raman分析.拉曼光谱是从声子能量的角度判断结晶特性的一种有效手段[8-11],如图5所示,样品在516 cm-1附近出现了较强的谱峰,这是晶体硅的特征峰.就硅薄膜而言,非晶硅薄膜对应的拉曼峰在480 cm-1处;而晶体硅对应的峰位在520 cm-1处.这个峰对应着晶体硅中的类TO模式,对于晶粒比较细小且晶化较好的多晶硅薄膜,对应拉曼峰谱的位置非常接近晶体硅,但有些偏移,通常在518 cm-1处.而纳米晶硅薄膜的拉曼峰一般在510cm-1左右.为了得出样品的结晶状况,对样品的Raman光谱在480、510、520 cm-1处进行了Gaussion分解,如图6所示.把由软件计算的各分峰的相对积分强度代入式(1)中可得到该薄膜样品的晶化率;计算得出其晶化率是68%.图5 薄膜样品的Raman谱Fig.5 Raman spectrum of the films图6 薄膜Raman光谱的分峰拟合Fig.6 Multi-peaks gaussian fitting of the Raman spectrum of the film4 结论本文采用ECR-PECVD薄膜沉积技术并利用其特有的原位H等离子体刻蚀工艺成功制备了纳米硅薄膜材料,得出结论:1)低温下,在未进行H等离子体刻蚀的时候,薄膜主要以非晶相为主,而且纳米晶粒分布不均匀,颗粒大小也不均匀.2)若制备薄膜后在原位进行几分钟的简单H等离子体刻蚀处理,则非晶硅将大部分转换为纳米晶尺寸的结晶硅颗粒,颗粒大小及分布都比较均匀,纳米硅颗粒层厚度可通过控制刻蚀时间进行精确控制,这在实际应用中是比较有利的.3)这种简单的纳米硅薄膜制备技术可很好的结合到现有的薄膜太阳能电池生产工艺当中,而根据美国Nayfeh教授在块体硅表面应用纳米硅颗粒改善电池性能的研究结果,纳米硅薄膜若应用到薄膜太阳能电池的窗口层材料中将有利于改善薄膜太阳能电池抗紫外线辐射,从而提高薄膜电池的使用寿命,同时还可适当提高电池的转换效率,因此具有很好的实际应用价值.下一步的工作将主要探讨纳米硅薄膜应用在硅基薄膜太阳能电池中的制作工艺和性能.参考文献:【相关文献】[1]GREEN M A.Third generation photovoltaics:solar cells for 2020 and beyond[J].Physica E,2002,14(3):65-67.[2]KIRCHARTZ T,SEINO K,WAGNER J M.Efficiency limits of Si/SiO2quantum well solar cells from first-principles calculation[J].Journal Applied Physics,2009,105(5): 104511_1-104511_12.[3]STEGEMANN B,SCHOEPKE A,SCHMIDT M.Structure and photoelectrical properties of SiO2/Si/SiO2single quantum wells prepared under ultrahigh vacuum conditions[J].Journal of Non-Crystalline 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0. 34 、 35 、 37 和 0. 42eV 。结合 Raman 谱 , 可以看 0. 0. 到 ,薄膜的晶化率越高 ,晶粒越大 ,暗电导率越高 ,电导
2008 年第 5 期 ( 39) 卷 [ 5 ] Terukov E I , Kudoyarova V K H ,Davydov V Yu ,et al.
( 1. 韩山师范学院 物理与电子工程系 ,广东 潮州 521041 ;2. 汕头大学 物理系 ,广东 汕头 515063 )
摘 : 要 采用传统的射频等离子体增强化学气相沉 积技术 , 在较高的工作气压 ( 133 ~ 266 Pa ) 下 , 以 0. 4 nm/ s 速率制备出优质的氢化纳米晶硅薄膜 。薄膜的 晶化率约 60 % , 平均晶粒尺寸约 6. 0nm , 暗电导率为 10 - 3 ~ 104 / Ω ?cm 。红 外 吸 收 谱 显 示 , 薄 膜 中 没 有 Si — 、 — 、 — 等杂质键 , 随晶化率的提高 , Si — O Si C Si N H 键也逐渐消失 。 关键词 : 纳米晶硅薄膜 ; RF2P ECVD ; 生长速率 中图分类号 : TM914. 4 文献标识码 :A 文章编号 :100129731 ( 2008) 0520848203
1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
图3 纳米晶硅薄膜的傅里叶红外变换谱 Fig 3 F TIR of t he nano2crystalline t hin film 3. 3 光电特性 实验表明 ,当温度高于 240 K 时 , 纳米晶硅薄膜主 要导电机制是扩展态电导 。类似于大多数半导体材 料 ,硅薄膜的暗电导率σ 具有热激活的形式 ,即 : d σ = σ Exp d 0
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激活能越小 。
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Ea kT
其中σ 为最小电导率 , Ea 为激活能 , k 为波尔兹曼 o σ 常数 。由实验测出不同温度下的扩展态电导率 ,作 ln ~1/ T 图 ,则可由其斜率求出电导激活能 Ea 。 图 4 为 A 系列样品实验测得的暗电导率 σ 在 d - 4 - 3 Ω - 1 / cm 之间 , 比氢化非晶硅薄膜高 6 ~ 7 10 ~10 个数量级 。光暗电导率之比σ /σ 小于一个数量级 ,近 p d 似块状晶硅材料特性 。
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2008 年第 5 期 ( 39) 卷
射频 P ECVD 法高压快速制备纳米晶硅薄膜
陈城钊1 ,邱胜桦1 ,刘翠青1 ,吴燕丹1 ,李 1 ,余楚迎2 ,林璇英1 ,2 平
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基金项目 : 韩山师范学院青年科研基金资助项目 ( 0503) 收到初稿日期 :2008201204 收到修改稿日期 :2008204211 通讯作者 : 陈城钊 作者简介 : 陈城钊 ( 1975 - ) ,男 ,广东潮州人 ,讲师 ,硕士 ,从事硅基光电薄膜的研究 。 ? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
2 样品制备和测试
1 引 言
氢化纳米晶硅 ( nc2Si ∶H ) 薄膜是镶嵌在氢化非 晶硅 ( a2Si ∶H ) 网络里的一种硅纳米晶颗粒结构 。与 氢化非晶硅相比 , nc2Si ∶H 结构更加稳定 , 具有较高 的电导率以及带隙可调等优点 。在大面积显示 、 薄膜 太阳能电池 、 光存储器和隧穿二极管等光电器件方面 有诱人的应用前景 。因此 , 该材料制备技术的探索和 微结构及其光电特性分析是近年来受科学界关注的课 题 [ 1 ,2 ] 。 目前 ,制备纳米硅薄膜的方法有离子注入 [ 3 ] ,磁控 溅射[ 4 ] ,脉冲激光沉积[ 5 ] 或铝诱导 ( AL C) 晶化非晶硅 薄膜[ 6 ] 等方法 。但这些方法均不能与硅平面工艺完全 兼容 ,稳定性和可重复性也较差 。等离子体增强化学 气相沉积因其在制备大面积 、 低成本 、 高均匀度薄膜方 面的优势已成为重要的半导体薄膜沉积技术 。通常以 Si H4 和 H2 组成的源气体 ,用磷或硼掺杂 ,在低温下能 制备出微晶硅 (μc2Si ) 薄膜 , 但薄膜生长速率低 , 一般 为 0. 02~0. 05nm 。这样低的沉积速率使生产效率低 , 难以形成大规模生产 , 推广应用受到限制 。为了提高 生长速率 ,必须加大射频辉光放电的激励功率 ,其结果 是造成高能量的离子对薄膜生长表面的轰击 , 影响材 料的质量 。为了解决这一矛盾 , 目前国际上采用超高 频 ( V H F ) P ECVD 技术 [ 7 ,8 ] , 代替常规的 RF2P ECVD 技术 ,这样 ,系统的成本提高 ,不利于规模生产 。最近 , 我们提出用常规的 13. 56M Hz 的 RF2P ECVD 系统 ,采 用高的反应气压 ( > 133 Pa ) , 匹配比较高的激励功率 ( > 60W ) , 这样既可加快等离子体区 Si H4 的分解速 度 , 同时增加原子氢的密度 , 降低等离子体中电子温
用等离子体化学气相沉积法制备薄膜以前有过详 细 报 道 [ 9 ,10 ] 。 P ECVD 系 统 如 图 1 , 电 极 面 积 约 100cm2 ,电极间距 d 固定在 2. 0cm , 上电 极接 13. 56 M Hz 射频功率源 , 底片置于下电极上 , 衬底为 Cor2 ning7059 玻璃片和单晶 Si 片 。 图 1 P ECVD 系统 Fig 1 Scheme of P ECVD system
图2 样品在不同 H2 稀释率条件下的 Raman 谱 Fig 2 Raman spect ra of t he samples p repared under different H2 ratio 3. 2 红外光谱分析 图 3 是衬底温度为 400 ℃ 已经扣除硅本底信号的 样品的傅里叶红外变换 。其中对应红外吸收峰在 630 ~640cm - 1 范围内的是 Si —H 键的摇摆振动模 , 2000 ~2100cm - 1 范围内的是 Si —H 键的伸展振动模 , 而 Si —H 键的弯曲振动模则对应峰位在 880 和 890cm - 1 之间[ 14 ] 。从谱图中可以看出 , 随着氢稀释率的减少 , 上述 3 个吸收峰的相对强度逐渐增强 , 意味薄膜中氢 的含量逐渐增加 。从图 4 中还可以看出 , 峰位分别在
计算 Raman 晶化率 X c , 其中 I520 、510 和 I480 表示 I 在 Raman 分解谱中波数分别为 520 、 和 480cm - 1 510 所代表的晶态峰 、 小晶粒散射峰和非晶峰的积分强度 。 根据上述公式计 %之间 。
实验中所用 A 和 B 两个系列样品的沉积参数分 别为 : 射频功率 60 和 70W ,沉积气压 133 和 266 Pa ,衬 底温度 T s 为 400 和 200 ℃, 气体总流量分别为 50 和 100ml/ min ,氢稀释率 R = H2 / ( Si H4 + H2 ) 在 95 %~ 99 %范围内变化 , 沉积时间为 1h , 薄膜厚度在 500 ~ 1500nm 。 用分辨率为 1. 0cm - 1 , 激发光为 632. 8nm 的 He2 μ Ne 激光 ,聚集光斑直径为 1 m 的 Labram Ⅰ 型共焦 显微 Raman 光谱仪测定纳米晶硅薄膜的晶化率及估 算晶粒尺寸 。 用 Nicolet SR750 型傅立叶变换红外谱 ( F TIR) 仪 测定沉积在单晶硅片上的纳米晶硅薄膜的透射谱 , 分 析硅氢键合模式及薄膜中是否有 O ,C 等杂质污染物 。 用 Keit hley 静电计测定纳米晶硅薄膜的室温暗电 2 导σ 、 d 光电导σ ( 光强为 100mW/ cm ) 和电导激活能 。 p 薄膜的厚度 d 由的透射谱计算得到 。
图4 纳米晶硅薄膜的暗电导率与光暗电导率比 Fig 4 Co nductivit y and σ /σ ratio as a f unctio n of H2 p d ratio n σ 5 是 A 系列样品的 ln 21/ T 曲线图 , 温度从 图 30 ℃ 缓慢增加到 100 ℃。 σ 图5 纳米晶硅薄膜的的 ln 21/ T 曲线 σ Fig 5 ln 21/ T curves of t he nanocrystalline t hin film 由曲线斜率求出 4 个样品的电导激活能分别为
度 ,从而降低离子对薄膜生长表面的轰击能量 。我们 实验室以 Si H4 / H2 为源气体 , 反应气压 133 ~ 266 Pa , 射频功率为 60~70W ,在 200 ℃ 低温下 ,以 0. 4nm/ s 生 - 3 长速率制备出暗电导率为 10 Ω - 1 / cm 的优质纳米晶 硅薄膜 。