氢化非晶硅_a_Si_H_薄膜稳定性的研究进展

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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。

a_Si∶O∶H薄膜微结构及其高温退火行为研究

a 2Si ∶O ∶H 薄膜微结构及其高温退火行为研究3王永谦1)　陈长勇1)　陈维德1)　杨富华2)　刁宏伟1)许振嘉1)　张世斌1)　孔光临1)　廖显伯1)1)(中国科学院半导体研究所凝聚态物理中心,表面物理国家重点实验室,北京　100083)2)(中国科学院半导体研究所超晶格与微结构国家重点实验室,北京　100083)(2001年5月30日收到;2001年6月22日收到修改稿) 以微区Raman 散射、X 射线光电子能谱和红外吸收对等离子体增强化学气相沉积(PEC VD )法制备的氢化非晶硅氧(a 2S i ∶O ∶H )薄膜微结构及其退火行为进行了细致研究.结果表明a 2S i ∶O ∶H 薄膜具有明显的相分离结构,富S i 相镶嵌于富O 相之中,其中富S i 相为非氢化四面体结构形式的非晶硅(a 2S i ),富O 相为S i ,O ,H 三种原子随机键合形成的S iO x ∶H (x ≈1.35).经1150℃高温退火,薄膜中的H 全部释出;S iO x ∶H (x ≈1.35)介质在析出部分S i 原子的同时发生结构相变,形成稳定的S iO 2和S iO x (x ≈0.64);在析出的S i 原子参与下,薄膜中a 2S i 颗粒固相晶化的成核和生长过程得以进行,形成纳米晶硅(nc 2S i ).研究发现此时的薄膜具有典型的壳层结构,在nc 2S i 颗粒表面和外围S iO 2介质之间存在着纳米厚度的S iO x (x ≈0.64).3国家自然科学基金(批准号:69976028)和国家重点基础研究发展计划项目(批准号:2000028201)资助的课题.关键词:a 2Si ∶O ∶H ,nc 2Si ,微结构,退火PACC :6140,6146,6170A1　引言近年来,多孔硅强的室温可见发光的发现[1],极大的引发和增强了人们企图通过制备低维硅基薄膜材料与器件以实现全硅光电集成的兴趣和信心.与多孔硅、Si ΠSiO 2超晶格、氢化纳米硅相比较,化学气相沉积(C VD )法制备的氢化非晶硅氧(a 2Si ∶O ∶H )薄膜和由a 2Si ∶O ∶H 经高温退火处理形成的包含纳米晶硅(nc 2Si )的氧化硅薄膜均同时具备机械强度高、缺陷密度低、发光稳定、制备技术简单且与集成电路工艺相兼容等诸多优点,但其发光效率距离实际应用尚有一定的差距.深入研究薄膜材料微结构、发光机理及其相互联系对于优化其器件质量和提高发光效率至关重要,然而目前有关a 2Si ∶O ∶H 和nc 2Si 薄膜微结构和发光机理的研究尚未成熟,基于不同实验现象的各种理论模型仍处在相互竞争和争论之中,与此相关的工作迫切需要系统、细致地深入下去.本文报道我们以Raman 散射、红外吸收和X 射线电子能谱对a 2Si ∶O ∶H 薄膜微结构及其高温退火行为进行调查和分析的最新结果.2　实验我们采用传统的等离子体增强化学气相沉积(PEC VD )方法,以SiH 4,N 2O 和H 2为反应气体,在熔融石英、高阻Si 和n +2Si 衬底上制备一系列不同O 含量的a 2Si ∶O ∶H 薄膜,其中气体流量分别为:[SiH 4(100%)]=5sccm ,[N 2O (100%)]=5—10sccm ,[H 2]=10sccm ,反应气压、衬底温度和射频功率密度分别为112×1331322Pa ,225℃和50mW Πcm 2.将所制备的薄膜样品切割成若干等分,在不同温度下的高纯N 2气氛中退火30min.以微区Raman 散射(micro 2Ra 2man )对退火过程中薄膜的结构变化进行跟踪研究,以X 射线光电子能谱(XPS )和傅里叶红外光谱(FT 2IR )对所有样品的结构组分和键构型进行表征和分析.3　结果311　R am an 散射谱图1给出[SiH 4]Π[N 2O ]=5∶715的a 2Si ∶O ∶H 薄膜样品退火前和经不同温度退火的micro 2Raman 谱.第50卷第12期2001年12月100023290Π2001Π50(12)Π2418205物　理　学　报ACT A PHY SIC A SI NIC AV ol.50,N o.12,December ,2001ν2001Chin.Phys.S oc.可以看到未退火的a2Si∶O∶H样品的Raman散射与氢化非晶硅(a2Si∶H)的相类似,主要反映了无序网络中四面体结构的Si声子态,这表明a2Si∶O∶H薄膜中存在着非晶硅成分.图1中未退火样品的Raman 图1　a2S i∶O∶H薄膜退火前和不同温度退火后的m icro2Ram an谱谱线可用4条高斯线拟合,其中心位于154.1,324.7, 430.3,48310cm-1,分别对应于类非晶硅的T A,LA,LO 和T O共4种激活模式[2].经550,950℃退火后,这些模式的峰宽和相对强度有所变化,但基本特征保持不变,表明950℃以下温度退火不足以使a2Si∶O∶H 薄膜结构产生明显的变化.当退火温度达到1050℃时,在511cm-1处出现一小的锐峰,表明此时薄膜中已有少量晶体Si颗粒产生.当退火温度达到1150℃时,类非晶硅模式显著减弱,晶体模式显著加强,且移动到514cm-1处,其相对于单晶硅521cm-1峰的峰位红移和峰形展宽,是nc2Si的典型特征[3].我们发现进一步提高退火温度至1250℃,Raman谱没有明显变化,这表明1150℃退火处理足以在薄膜中形成晶化完整、尺度稳定的nc2Si.312　X射线电子能谱图2(a)和(b)分别为该薄膜样品退火前和1150℃退火后的Si2p芯能级谱,可以看到退火前样品的Si2p峰可用两个高斯峰进行很好的拟合,中心位置处的结合能(Eb)为99.20和101.95eV,可分别归因于Si和SiOx(0<x<2)两种成分,两峰积分强度各占总积分强度的7.9%和92.1%;退火后样品的Si2p峰可用三个高斯峰进行很好的拟合,中心位置位于99.34,100.52和103.03eV,可分别归因于Si,SiO x(0<x<2)和SiO2三种成分,三峰积分强度各自占总积分强度的14.5%,16.9%和68.6%.我们以下式估算薄膜中SiOx (∶H)成分的x值:图2　(a)为a2S i∶O∶H薄膜退火前的S i2p的XPS谱;(b)为1150℃退火后的S i2p的XPS谱xΠ2=(E SiOx-E Si)Π(E SiO2-E Si).得到退火前后的x值分别约为1.35和0.64.我们发现对于如前所述实验参量范围内制备的a2Si∶O∶H样品,随薄膜O含量的增加,SiOx(∶H)成分相应增加,但退火前后的x值基本不变.图3　(a)为a2S i∶O∶H薄膜退火前的红外吸收谱;(b)为1150℃退火后的红外吸收谱313　红外吸收谱图3(a)和(b)分别为该薄膜样品退火前和1150℃退火后的红外吸收谱.首先分析退火前的情况,其中640,870cm-1处的吸收峰以及2000—2600cm-1范围的吸收带可分别归属为Si—H键的摇摆模、弯曲模和伸展模[4—7],结合XPS分析的结果,我们将457,780和1048cm-1附近的吸收峰指认为SiO x(∶H)(x≈1.35)中Si—O—Si键的面外摇摆模,弯曲模和伸展模.退火后,薄膜的红外吸收发生了很大变化,与Si—H键相关的红外激活模式全部消失,914212期王永谦等:a2S i∶O∶H薄膜微结构及其高温退火行为研究这表明在高温处理形成nc2Si过程中薄膜中的H全部逸出.我们发现退火后样品的红外吸收谱可用5个高斯峰进行很好的拟合,其中462,803和1076cm-1处的峰可分别指认为SiO2中Si—O—Si键的面外摇摆模,弯曲模和伸展模[8,9],其振动频率相对于SiOx(∶H)(x≈1.35)中的情况有较大的蓝移; 1210cm-1处出现的肩峰则可指认为Si,O次晶格中Si—O—Si键的伸展模[10];对于926cm-1处出现的肩峰,参照XPS分析的结果,我们将之归因于SiOx(x ≈0.64)中Si—O—Si键的伸展模.这是我们观察到高温退火形成的nc2Si薄膜中Si—O—Si键伸展振动红外吸收的精细结构.4　讨论目前对于不同方法制备的由Si,O或Si,O,H构成的各类薄膜微结构的描述,归纳起来主要有以下4种模型:1)随机混合模型[11],该模型认为a2Si∶O薄膜是由a2Si和SiO2随机混合在一起组成的;2)随机键合模型,Ching[12]认为a2Si∶O薄膜中Si—Si、Si—O 键随机混合、均匀分布;Philipp[13]进一步认为a2Si∶O中薄膜Si,O原子以Si—Si4-yO y(y=0—4)的四面体形式随机键合在一起,形成一种均一的合金结构.依此类推,对于a2Si∶O∶H,Tsu等[7]认为其主要的键构型可表示为HSi—Si3-yO y(y=0—3),对应的Si—H 单键伸展振动频率分别约为2000,2100,2195, 2265cm-1;3)相分离模型,Watanabe等[14]认为a2Si∶O ∶H薄膜结构不是均一的,而是存在一定程度的相分离,富Si相镶嵌于富O相之中,其中富Si相主要为a2Si∶H,富O相主要是Si—SiO3;4)壳层模型,Ni和Arnold[15]提出a2Si∶O薄膜中Si晶粒为SiO2所包围形成一种壳层结构;Bruesch等[16]认为这一模型的提出没有考虑到介于Si与SiO2之间的中间相的存在,他们以XPS研究高温(660℃)制备的半绝缘多晶硅薄膜,发现在多晶硅颗粒表面有一厚度为单原子层(≈0.2nm)的成分过渡层SiO1-Δ(Δ=0.14),且其厚度和组分不随薄膜中O含量的增加而改变.以上4种模型的提出都是基于对某一类薄膜样品结构的某种测试分析,由于薄膜微结构强烈依赖于样品制备条件及其化学组分,并且由于每种分析手段对于薄膜结构的表征都有一定的局限性,这些模型在描述a2Si∶O(∶H)薄膜微结构方面并不具备普适性.对于我们制备的a2Si∶O∶H样品,XPS分析表明薄膜包含Si和SiOx(x=1.35)两种成分,据此我们认为薄膜具有相分离的结构特点.由Raman散射结果可知,膜中富Si相以类非晶硅的四面体结构形式存在.从FTIR谱来看,Si—H键的伸展模式有3个,其振动频率分别为2145,2196和2243cm-1,这正好对应于随机键合模型中的H2Si2O,HSi2O2和HSiO3键构型,表明薄膜中的富O相是由Si,O,H原子以四面体结构形式随机键合在一起形成的.此外, FTIR谱中2000cm-1附近对应于HSi—Si3键构型中Si—H单键伸展模的缺失,表明薄膜中的富Si相为非氢化的非晶硅(a2Si).基于高温退火形成nc2Si的实验事实,可以推断薄膜中的富Si相是以非连续的a2Si颗粒形式存在的.这样对于该a2Si∶O∶H样品,其结构与Watanabe提出的相分离模型有所不同,我们认为是非氢化四面体结构形式的a2Si颗粒镶嵌于Si,O,H三种原子随机键合形成的SiO x∶H(x≈1.35)介质之中.对于由a2Si∶O∶H经高温退火形成的nc2Si薄膜,文献中一般简单的视为是一种近似球形的nc2Si颗粒为均匀的SiO2介质所包围的自镶嵌结构.可以想象,薄膜中nc2SiΠSiO2界面为纳米半径的曲面,其微结构与宏观的c2SiΠSiO2之间的平面接触必然有所不同.在有关nc2Si薄膜发光机理的讨论中,nc2Si颗粒表面与nc2SiΠSiO2界面通常被认为是载流子辐射复合中心或非辐射复合陷阱,在整个光发射过程中扮演着重要角色[17,18].然而目前有关高温退火形成的nc2Si薄膜中nc2Si颗粒表面与界面微结构的研究却鲜见报道.如前所述,我们通过XPS分析发现1150℃退火形成的nc2Si薄膜由Si,SiO x(x≈0.64), SiO2三相构成.足够高的退火温度使我们有理由相信SiOx(x≈0.64)是处于nc2Si颗粒表面,作为nc2Si和SiO2介质之间稳定的中间相存在,而不是处于亚稳的未分凝状态.因此我们认为高温退火形成的nc2 Si薄膜具有典型的壳层结构,即nc2Si颗粒首先为内壳层SiOx(x≈0.64)所包围,然后为外壳层SiO2所包围.从Si2p峰的相对积分强度看,膜中SiOx(x≈0.64)成分含量可与nc2Si相比拟,这表明SiO x(x≈0.64)层厚度同样具有纳米尺度.由a2Si∶O∶H薄膜经1100℃以上高温退火形成成分分凝的Si量子点结构,现以成为制备高质量nc2Si薄膜的普遍方法.但据我们所知,关于a2Si∶O∶H薄膜微结构高温退火行为的细节和机理的研究始0242物理学报50卷终未见报道.在此我们通过对比退火前后样品的Raman,XPS,FTIR谱,可以将1150℃高温退火薄膜微结构变化的细节过程归纳为两个方面:1)薄膜中的SiOx∶H(x≈1.35)在H原子逸出的同时,发生结构相变,生成SiOx(x≈0.64)和SiO2.从XPS分析来看,退火后SiOx(x≈0.64)、SiO2两相中Si2p峰的相对积分强度之和较之退火前SiOx∶H(x≈1.35)相中Si2p的相对积分强度要小很多,这表明在SiO x∶H(x ≈1.35)结构相变过程中还涉及Si原子的大量析出.2)薄膜中的a2Si颗粒发生固相晶化形成nc2Si.退火后形成的nc2Si中的Si2p峰的相对积分强度较之退火前a2Si相中Si2p的相对积分强度要大很多,这表明参与形成nc2Si的Si原子尚有其他来源,而过程1)SiOx∶H(x≈1.35)相中Si原子的析出正好提供了这种来源.一般认为a2Si(∶H)薄膜固相晶化临界温度约为600℃,然而对于a2Si∶O∶H,950℃退火后样品Raman散射仍保持类非晶硅的声子模式.我们认为尽管a2Si∶O∶H薄膜中a2Si颗粒内部可能存在的少量O原子对晶化有抑制作用,但这并不意味着a2Si颗粒就一定具有高的多的固相晶化临界温度;我们倾向于认为实质上a2Si∶O∶H膜中a2Si颗粒很小,以致于其尺度小于固相晶化过程中形成稳定晶核所需的临界尺度,这样只有在过程1)大量析出Si原子的参与下,a2Si颗粒先行长大,晶化形成nc2Si 才有可能.换言之,过程1)是过程2)赖以发生的前提,形成nc2Si的临界温度也就是过程1)中Si原子大量析出的临界温度.从样品Raman散射的退火行为来看,这一临界温度约为1050℃.我们看到1150℃退火后薄膜中出现强的nc2Si散射峰,且较之1050℃退火出现的小峰峰位发生蓝移,表明此时的a2Si颗粒在实现晶化的同时晶粒也在长大.由于a2Si ∶O∶H样品中a2Si颗粒为SiOx∶H(x≈1.35)介质所分割、包围,高温退火过程中晶粒的长大归因于相邻Si颗粒的融合的可能性很小,而更可能是归因于过程1)中析出的Si原子的参与.这也就是说,过程2)中a2Si颗粒的晶化成核和晶粒长大都是在过程1)中析出的Si原子的参与下完成的.但有一点需要指出的是,并非所有的a2Si颗粒都能实现晶化形成nc2 Si,事实上我们看到1150℃退火后样品Raman散射谱中类非晶硅的声子模式虽大为减弱,但仍有保留,这表明薄膜中尚有少数a2Si颗粒在高温退火过程中始终未达到晶化成核所需的临界尺度.综上所述,我们可用以下两个式子简要描述1150℃高温退火薄膜微结构变化的细节过程: [SiO x∶H(x≈1.35)]→[SiO x(x≈0.64)]+[SiO2]+[Si]+[H2];[a2Si]+[Si]→[nc2Si].5　结论以Raman散射、X射线光电子能谱和红外吸收光谱细致研究了PEC VD法制备的a2Si∶O∶H薄膜的微结构及其高温退火行为.研究表明a2Si∶O∶H薄膜具有相分离结构,非氢化四面体结构形式的a2Si纳米颗粒镶嵌于Si,O,H三种原子随机键合形成的SiO x∶H(x≈1.35)介质之中.经1150℃高温退火,a2 Si∶O∶H薄膜发生明显的结构变化,薄膜中的H全部逸出;SiOx(x≈1.35)介质中过剩的Si原子析出,形成稳定的SiO2和SiO x(x≈0.64);a2Si颗粒长大、晶化,形成纳米晶硅.纳米晶硅颗粒表面纳米厚度的SiO x(x≈0.64)中间相的存在表明此时的薄膜具有典型的壳层结构.[1]L.T.Canham,Appl.Phys.Lett.,57(1990),1046.[2] A.T.V outsaa,M.K.Hatilis,J.Boyce et al,J.Appl.Phys.,78(1995),6999.[3]I.H.Cambell,P.M.Fauchet,Solid State Commun.,58(1986),739.[4]J.L.Y eh,S. C.Lee,J.Appl.Phys.,79(1996),656.[5]J. F.T ong,H.L.Hsiao,H.L.H wang,Appl.Phys.Lett.,74(1999),2316.[6]G.Suchaneck,O.S teinke,B.Alhallani,K.Schade,J.Non2Cryst.Solid.,187(1995),86.[7] D.V.Tsu,G.Lucovsky,B.N.Davids on,Phys.Rev.,B40(1989),1795.[8] F.R ochet,G.Du four,H.R oulet,B.Pelloie,J.Perriere,E.F ogarassy,A.S laoui,M.Froment,Phys.Rev.,B37(1988),6468.[9]G.Lucovsky,C.K.W ong,W.B.P ollard,J.Non2Cryst.Sol2id.,59&60(1983),839.[10]G.Suchaneck,Q.S teinke,B.Alhallani,K.Schade,J.Non2Cryst.Solid.,187(1995),86.[11]R.J.T emkin,J.Non2Cryst.Solid.,17(1975),215.124212期王永谦等:a2S i∶O∶H薄膜微结构及其高温退火行为研究[12]W.Y.Ching,Phys.Rev.,B26(1982),6610;Phys.Rev.,B26(1982),6622;Phys.Rev.,B26(1982),6633.[13]H.R.Philipp,J.Phys.Chem.Solid.,32(1971),1935.[14]H.W atanabe,K.Haga,T.Lohner,J.Non2Cryst.Solid.,164-166(1993),1085.[15]J.Ni,E.Arnold,Appl.Phys.Lett.,39(1987),554.[16]P.Bruesch,Th.S tockmeier,S tucki,P. A.Bu ffat,J.Appl.Phys.,73(1993),7677.[17]G.G.Qin,J.Q.Jia,Solid State Commun.,86(1993),559.[18]Z.X.M a et al.,Acta Phys.Sin.,47(1998),1033(in Chinese)[马智训等,物理学报,47(1998),1033].THE MICROSTRUCTURE AN D ITS HIGH2TEMPERATUREANNEALING BEHAVIOURS OF a2Si∶O∶H FI LM3W ANG Y ONG2QIAN1)　C HE N C H ANG2Y ONG1)　C HE N W EI2DE1)　Y ANG F U2H UA2)　D IAO H ONG2WEI1)X U Z HE N2J IA1)　Z H ANG S HI2BIN1)　K ONG G UANG2LIN1)　L IAO X IAN2BO1)1)(State K ey Laboratory for Sur face Physics,Institute o f Semiconductor s&Center for Condensed Matter Physics,Chinese Academy o f Sciences,Beijing100083,China)2)(State K ey Laboratory o f Superlattices and Micro structures,Institute o f Semiconductor s,Chinese Academy o f Sciences,Beijing100083,China)(Received30M ay2001;revised manuscript received22June2001)A BSTRACTThe m icrostructure and its annealing behaviours of a2S i∶O∶H film prepared by PEC VD are investigated in detail using m i2 cro2Raman spectroscopy,X2ray photoelectron spectroscopy and In frared absorption spectroscopy.The results indicate that the as2 deposited a2S i∶O∶Hfilm is structural inhom ogeneous,with S i2riched phases surrounded by O2riched phases.The S i2riched phas2 es are found to be nonhydrogenated am orphous silicon(a2S i)clusters,and the O2riched phases S iO x∶H(x≈1.35)are formed by random bonding of S i,O and H atoms.By high2tem perature annealing at1150℃,the S iO x∶H(x≈1.35)matrix is shown to be trans formed into S iO2and S iO x(x≈0.64),during which all of the hydrogen atoms in the film escape and some of silicon atoms are separated from the S iO x∶H(x≈1.35)matrix;The separated silicon atoms are found to be participated in the nucle2 ation and growth processes of solid2phase crystallization of the a2S i clusters,nano2crystalline silicon(nc2S i)is then formed.The m icrostructure of the annealed film is thereby described with a multi2shell m odel,in which the nc2S i clusters are embedded in S iO x(x=0.64)and S iO2.The former is located at the boundaries of the nc2S i clusters,with a thickness com parable with the scale of nc2S i clusters,and forms the transition oxide layer between the nc2S i and the S iO2matrix.K eyw ords:a2S i∶O∶H,nc2S i,m icrostructure,annealingPACC:6140,6146,6170A3Project supported by the National Natural Science F oundation of China(G rant N o.69976028)and by the S tate K ey Development Program for Basic Re2 seach of China(G rant N o.2000028201).2242物理学报50卷。

氢化非晶硅和低温多晶硅

氢化⾮晶硅和低温多晶硅⼀、引⾔随着科技的⻜速发展，太阳能电池作为⼀种可再⽣能源，在我们的⽣活中扮演着越来越重要的⻆⾊。

在这个领域中，氢化⾮晶硅和低温多晶硅是两种常⻅的材料，它们在太阳能电池的制造过程中发挥了关键作⽤。

本⽂将对这两种材料进⾏详细的介绍和分析。

⼆、氢化⾮晶硅氢化⾮晶硅，也称为a-Si:H，是⼀种⼴泛⽤于太阳能电池制造的⾮晶态硅材料。

相⽐于传统的晶体硅材料，氢化⾮晶硅具有更快的⽣产速度、更低的能耗以及更好的环境适应性。

氢化⾮晶硅的主要优势在于其制造过程中的⾼效性和灵活性。

由于其⾮晶态的结构，氢化⾮晶硅在制造过程中可以采⽤连续沉积的⽅法，⼤⼤提⾼了⽣产效率。

此外，其制造⼯艺可以在较低的温度下进⾏，从⽽降低了能耗。

同时，氢化⾮晶硅的柔韧性和稳定性使其能够适应各种不同的应⽤场景。

然⽽，氢化⾮晶硅也存在⼀些缺点。

由于其较低的载流⼦迁移率，氢化⾮晶硅的效率通常低于晶体硅。

此外，氢化⾮晶硅的光衰减问题也限制了其在⾼温和⾼光强度环境下的应⽤。

三、低温多晶硅低温多晶硅，也称为LTPS，是⼀种在相对较低的温度下制备的多晶硅材料。

与传统的晶体硅材料相⽐，低温多晶硅具有更⾼的载流⼦迁移率和更好的稳定性。

低温多晶硅的主要优势在于其⾼效率和良好的稳定性。

由于其多晶结构，低温多晶硅具有较⾼的载流⼦迁移率，从⽽提⾼了太阳能电池的效率。

此外，低温多晶硅的稳定性使其能够在⾼温和⾼光强度环境下保持较⾼的效率。

然⽽，低温多晶硅的制造过程相对复杂，需要在相对较低的温度下进⾏晶体⽣⻓和掺杂。

这导致了其制造成本的增加，并限制了其在⼤规模⽣产中的应⽤。

四、未来展望尽管氢化⾮晶硅和低温多晶硅在太阳能电池制造中都有⼴泛的应⽤，但未来的研究重点仍需放在提⾼效率和降低成本上。

对于氢化⾮晶硅来说，可以通过改进制备⼯艺和掺杂技术来提⾼其载流⼦迁移率，从⽽提升电池效率。

对于低温多晶硅来说，则可以通过优化晶体⽣⻓和掺杂⼯艺来降低制造成本。

此外，随着科技的进步，新型的太阳能电池材料和结构也不断涌现。

非晶硅薄膜研究进展

非晶硅薄膜研究进展非晶硅薄膜及其制备方法研究进展摘要：氢化非晶硅（a-Si:H）薄膜在薄膜太阳能电池、薄膜晶体管、辐射探测和液晶显示等领域有着重要的应用，因而在世界范围内得到了广泛的关注和大量的研究。

本文主要介绍了a-Si:H薄膜的主要掺杂类型和a-Si:H薄膜的主要制备方法。

关键词：非晶硅薄膜；掺杂；制备方法；研究进展Research Progress on a-Si:H Thin Films and Related PreparationMethodAbstract:Hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) thin film has attracted considerable attention and been a subject of extensive studies worldwide on account of its important applications such as thin film solar cells, thin film transistors, radiation detectors, and liquid crystal displays based on its good electrical and optical properties. In this paper, the progress research on a-Si:H thin films and related preparation method are reviewed.Key words: a-Si:H thin films; doped; preparation method; research progress1 引言氢化非晶硅(a-Si:H)是硅和氢的一种合金，网络中Si-H键角和键长的各种分布打乱了晶体硅晶格的长程有序性，从而使非晶硅具有独特的光电性质。

课外百科物理知识点之氢化非晶硅

课外百科物理知识点之氢化非晶硅氢化非晶硅是一种材料，也被称为a-Si:H。

它是一种非结晶材料，由硅和氢组成。

氢化非晶硅在光电子学、太阳能电池、液晶显示器和薄膜晶体管等领域有着广泛的应用。

下面是关于氢化非晶硅的一些重要物理知识点。

1.非晶硅的结构：非晶硅的结构没有规则的长程周期性，原子呈无定型排列。

这是与晶体硅（具有有序晶格结构）的主要区别。

2.氢化非晶硅的制备：氢化非晶硅可以通过热分解硅烷气体制备。

在高温下，硅烷分子（如SiH4）会分解，产生硅原子并沉积在衬底上形成非晶硅薄膜。

同时，氢气也参与反应，与硅原子结合形成氢化非晶硅。

3.带隙：非晶硅的带隙较大，通常在1.7-1.9 eV之间，这意味着非晶硅对可见光的吸收较弱。

与之相比，晶体硅的带隙约为1.1 eV。

这是氢化非晶硅在光电子学中应用广泛的原因之一。

4.光吸收：氢化非晶硅对可见光吸收较弱，但对近红外光的吸收很强。

这使得氢化非晶硅在太阳能电池中具有优势，因为太阳光主要是在可见光和近红外光的范围内。

5.光电效应：氢化非晶硅可以通过吸收光子来产生电子-空穴对。

这种光电效应使得它在光电子学中有着广泛的应用，例如光电二极管和光电传感器。

6.导电性：氢化非晶硅通常是一种半导体材料。

它的导电性可以通过控制杂质浓度来调节。

当硅原子中掺杂少量的杂质（如硼或磷）时，它可以成为导体。

而当硅原子中掺杂较少的杂质（如氧或氮）时，它可以成为绝缘体。

这使得氢化非晶硅在电子器件中有着广泛的应用。

7.热稳定性：氢化非晶硅具有很好的热稳定性。

这意味着它可以在高温下工作而不会发生结构变化或性能下降。

这使得氢化非晶硅在高温环境中的应用成为可能。

总结：氢化非晶硅是一种非晶材料，由硅和氢组成。

它具有广泛的应用领域，包括光电子学、太阳能电池、液晶显示器和薄膜晶体管。

氢化非晶硅的主要特点是带隙较大、光吸收范围广、具有光电效应和热稳定性。

此外，它的导电性可以通过控制杂质浓度来调节。

相比之下，晶体硅具有有序晶格结构，带隙较小，通常用于半导体器件的制造。

SiGe∶H薄膜太阳能电池研究进展

ＫＥＳｈａｏｙｉｎｇ，ＷＡＮＧＣｈｏｎｇ，ＹＡＮＧＹｕ
（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＭａｔｅｒｉａｌｓ，ＹｕｎｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ６５００９１）ＡｂｓｔｒａｃｔＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｏｌａｒｃｅｌｌｂａｓｅｄｏｎｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｅｄａｍｏｒｐｈｏｕｓｓｉｌｉｃｏｎ（ａ－
关键词ＳｉＧｅ：Ｈ薄膜太阳能电池光谱响应转换效率叠层技术
中图分类号：ＴＭ９１４．４
文献标识码：Ａ
ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓ０ｆＳｉＧｅ：ＨＴｈｉｎＦｉＩｍＳｏｌａｒＣｅｌｌ
ｔｈｉｎｆｉｌｍｓｏｌａｒｃｅｌ１．Ｏｎｔｈｅｏｔｈｅｒｈａｎｄ，ｓｏｍｅｗｏｒｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｓａｎｄｔｈｅｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆ
膜在太阳能电池制备方面的优越性及其最新研究进展，总结了提高ＳｉＧｅ：Ｈ薄膜太阳能电池效率的几种方法，着重

氢化非晶硅膜厚分布优化及TFT性能研究

氢化非晶硅膜厚分布优化及 TFT性能研究摘要：氢化非晶硅薄膜因具有优良的光学特性和物理特性，被广泛应用于太阳能电池、传感器和大面积平板显示等领域。

本文采用等离子增强化学气相沉积法（PECVD）在1.8m×1.5m的基板上制备非晶硅薄膜。

通过调整下电极加热温差设置及电极间距（spacing）来改善膜厚分布，优化产品TFT特性。

关键词：氢化非晶硅；膜厚均一性；电极间距；PECVDStudy on thickness distribution optimization and TFTcharacteristics of hydrogenated amorphous siliconFang Xing1 Fu Xuequn2 Gao Pingyu3Nanjing CEC Panda LCD Tecnology Co.,Ltd Nanjing, Jiangsu 210000Abstract：Hydrogenated amorphous silicon thin films are widely used in solar cells, sensors and large area flat panel displays fields with their excellent optical and physical properties. In this paper, the hydrogenated amorphous silicon thin films were prepared on 1.8m × 1.5m substrates by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD).The film thickness uniformity was improved and the TFT characteristics were optimized by adjusting the susceptor heating temperature and electrode spacing.Key words: Hydrogenated amorphous silicon；plasma enhanced chemical vapor deposition ；thickness uniformity；electrode spacing1 引言TFT-LCD在显示技术行业中，因工艺成熟，材料体系完整，产品性能稳定等特点占有相当大优势地位。

P型a-Si薄膜电极制备和气体氢化处理对其结构和电化学储氢性能的影响

P型a-Si薄膜电极制备和气体氢化处理对其结构和电化学储氢性能的影响P型a-Si薄膜电极制备和气体氢化处理对其结构和电化学储氢性能的影响近年来，氢能作为一种清洁、可再生的能源受到了广泛的关注。

而储氢材料的性能对氢能的实际应用起着至关重要的作用。

P型a-Si薄膜电极作为一种潜在的储氢材料，在其制备和气体氢化处理过程中会对其结构和电化学储氢性能产生重要影响。

首先，我们来了解一下P型a-Si薄膜电极的制备过程。

P 型a-Si薄膜电极的制备通常采用射频磁控溅射技术。

该技术以高纯度硅靶为材料，将电子束获得的离子轰击高纯度硅靶而产生的粒子沉积于基底上，从而形成P型a-Si薄膜。

制备过程中，可以通过调节溅射功率、沉积速率和氩气/氢气比例等工艺参数来调控薄膜的结构和性能。

然后，我们来研究一下气体氢化处理对P型a-Si薄膜电极的影响。

气体氢化处理是将P型a-Si薄膜暴露在氢气环境中，使其与氢气发生化学反应，形成P型a-Si:H（氢化非晶硅薄膜）。

气体氢化处理过程中，氢原子能够与P型a-Si薄膜中的杂质原子形成化学键，从而改变薄膜的结构和性质。

氢原子的浓度、处理时间和温度等因素都会对氢化处理后的薄膜性能产生影响。

接下来，我们来看一下P型a-Si薄膜电极的结构和电化学储氢性能的变化。

研究表明，P型a-Si薄膜电极经过气体氢化处理后，其晶体结构发生了显著变化。

通过扫描电子显微镜和透射电镜观察发现，P型a-Si薄膜中的晶体颗粒尺寸减小，晶体有序度提高，晶体缺陷减少。

此外，氢化处理还引入了更多的氢原子，并提高了薄膜的导电性。

这些结构和性能的变化对其电化学储氢性能产生了显著影响。

最后，我们来分析一下气体氢化处理对P型a-Si薄膜电极电化学储氢性能的影响。

研究发现，气体氢化处理后的P型a-Si薄膜电极在储氢性能方面表现出了良好的性能。

P型a-Si薄膜电极经过氢化处理后，其储氢容量明显增加，循环稳定性得到提高，电化学活性增强。

此外，气体氢化处理还降低了薄膜电极的充放电电荷传递电阻，提高了储氢速率。

高迁移率金属氧化物半导体薄膜晶体管的研究进展

第 39 卷第 4 期2024 年 4 月Vol.39 No.4Apr. 2024液晶与显示Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays高迁移率金属氧化物半导体薄膜晶体管的研究进展李强，葛春桥*，陈露，钟威平，梁齐莹，柳春锡，丁金铎（中山智隆新材料科技有限公司，广东中山 528459）摘要：基于金属氧化物半导体（MOS）的薄膜晶体管（TFT）由于较高的场效应迁移率（μFE）、极低的关断漏电流和大面积电性均匀等特点，已成为助推平板显示或柔性显示产业发展的一项关键技术。

经过30余年的研究，非晶铟镓锌氧化物（a-IGZO）率先替代非晶硅（a-Si）在TFT中得到推广应用。

然而，为了同时满足显示产业对更高生产效益、更佳显示性能（如高分辨率、高刷新率等）和更低功耗等多元升级要求，需要迁移率更高的MOS TFTs技术。

本文从固体物理学的角度，系统综述了MOS TFTs通过多元MOS材料实现高迁移率特性的研究进展，并讨论了迁移率与器件稳定性之间的关系。

最后，总结展望了MOS TFTs的现状和发展趋势。

关键词：金属氧化物半导体；薄膜晶体管；场效应迁移率；偏压稳定性中图分类号：TN321+.5 文献标识码：A doi：10.37188/CJLCD.2024-0032Research progress of high mobility metal oxide semiconductorthin film transistorsLI Qiang，GE Chunqiao*，CHEN Lu，ZHONG Weiping，LIANG Qiying，LIU Chunxi，DING Jinduo （Zhongshan Zhilong New Material Technology Co. Ltd.， Zhongshan 528459， China）Abstract：Thin-film transistor （TFT）based on metal oxide semiconductor （MOS）has become a key technology to boost the development of the flat panel display or flexible display industry due to their high field-effect mobility （μFE）， extremely low cut-off leakage current and good large-area electrical uniformity. After more than 30 years of research，amorphous indium gallium zinc oxide （a-IGZO）is the first to be popularized in TFT by replacing the amorphous silicon （a-Si）. However， in order to simultaneously meet the multiple upgrade requirements of the display industry for higher productivity，better display performance （such as high resolution， high refresh rate，etc.） and lower power consumption， MOS TFTs technology with higher mobility is required.From the perspective of solid-state physics，this paper reviews the research progress of MOS TFTs to achieve high mobility characteristics through multi-component MOS materials， and discusses the relationship between mobility and device stability. Finally， the status quo and development trend of MOS TFTs are summarized and prospected.文章编号：1007-2780（2024）04-0447-19收稿日期：2024-01-23；修订日期：2024-02-14.基金项目：中山市科技计划（No.LJ2021006，No.CXTD2022005，No.2022A1009）Supported by Zhongshan Science and Technology Development Plan（No.LJ2021006，No.CXTD2022005，No.2022A1009）*通信联系人，E-mail：gechunqiao@zhilong.pro第 39 卷液晶与显示Key words： metal oxide semiconductor； thin-film transistor； field-effect mobility； bias stability1 引言在各类消费电子和工业设备显示中，薄膜晶体管（TFT）驱动背板是保障显示屏幕稳定运行的核心部件。

非晶氧化物半导体材料及薄膜晶体管的研究进展

非晶氧化物半导体材料及薄膜晶体管的研究进展◎马梦阳明雪梅张鑫王超*一、引言近年来，显示技术快速更新换代，相关产品如平板电脑、智能手机、高清电视等随技术发展向更加便携、集成化、智能化趋势发展。

目前，传统主流的平板显示技术包括有源矩阵液晶显示（AMLCD ）及有源矩阵有机发光二极管显示（AMOLED ），而在这两大显示技术中，薄膜晶体管（Thin Film Transistor,TFT ）背板技术都是其核心关键技术。

而新兴技术micro-LED 也可以使用TFT 进行驱动。

因此可以说，在迅速发展的显示技术中，薄膜晶体管TFT 技术占有重要地位，作为显示驱动的关键器件，薄膜晶体管的性能将影响着整体的显示质量和性能。

薄膜晶体管（TFT ）广泛应用在大尺寸液晶平面显示。

目前，商业化的TFT 主要包括以下几类：一是传统硅基TFT，包括氢化非晶硅（a-Si:H TFT ）、低温多晶硅（LTPS TFT，二是有机材料TFT，三是金属氧化物TFT，主要是非晶氧化物（AOS ）TFT。

其中，传统非晶硅薄膜晶体管工艺虽已比较成熟，但由于其迁移率较低（不到1cm 2/Vs ）、电学可靠性较差等原因，已不能满足新型显示技术的需求。

多晶硅TFT 相对而言，迁移率较高（50~100cm 2/Vs ）、稳定性好，可以满足高端显示器的要求，但是生产工艺复杂、成本高、薄膜均一性差、原材料要求较高，且制备温度较高，大大限制了其商业化应用；有机薄膜晶体管具有制备均一性好、柔性强等优点，但是其稳定性极差；而非晶氧化物半导体材料（AOS ）由于具有较高的载流子迁移率、对可见光的透过率高、大尺寸均匀性、良好的电学稳定性和制备工艺相容性，为超高清大屏显示、透明电路、柔性显示等新一代显示技术带来了发展契机，受到越来越多的关注。

相应地，AOS-TFT 具有很多优越的性能如较高的迁移率、良好的偏压和光稳定性、易于低温制备等，成为TFT 领域的研究热点。

P型氢化非晶硅薄膜制备及光学性能研究

P型氢化非晶硅薄膜制备及光学性能研究张喜生【摘要】采用等离子体化学气相沉积法制备P型非晶硅薄膜,系统研究了沉积工艺对薄膜结构和性能的影响,并着重分析p层掺杂量对电池性能的影响.结果表明:200 ℃,400 Pa,氢稀释度为40,沉积功率为60W,硼掺杂量为1.5％所得B掺杂非晶硅薄膜样品带隙达到1.95 eV,电导率超过9 S cm-1.掺杂量为1.5％的p型薄膜应用到非晶硅电池时,电池性能有明显提高,最高效率达到8.86％.【期刊名称】《宁夏师范学院学报》【年(卷),期】2016(037)006【总页数】6页(P36-41)【关键词】非晶硅;PECVD;硼掺杂;太阳能电池;效率【作者】张喜生【作者单位】运城学院物理与电子工程系,山西运城044000【正文语种】中文【中图分类】O484.4在硅基薄膜电池的研究中, 通过改变P层薄膜的结构和组成来提高电池的性能, 一直都是人们研究的热点[1-6].掺B的p型a-Si ∶H薄膜拥有较高的电导率以及较大的光学带隙, 是一种非常理想的窗口层材料.用于制备非晶硅薄膜电池时可以有效增加光吸收并降低器件的串联电阻. 本征氢化非晶硅a-Si ∶H薄膜本身电阻非常大, 如果在等离子体化学气相PECVD沉积过程中引入硼B源气体, 比如B2H6、BF3、B(CH3)3等, 则有可能使B原子进入Si的网格结构内部, 向材料中贡献空穴, 从而提高薄膜的导电性[7-10].由于B活性较差, 在沉积过程中分解率较低, 并且不易于Si结合, 所以a-Si ∶H的B掺杂相比较n型的P掺杂难度较大, B的掺杂效率通常也较低. 在掺杂过程中由于杂质的引入会使非晶网格结构出现一定程度的畸变, 从而影响导电性[11, 12]. 因此，进行B掺杂时, 需要合适的工艺.考虑到B掺杂的困难，工艺参数相比较本征a-Si ∶H有很大差异，薄膜沉积工艺采取了较高的H稀释度和射频功率，目的是为了促使B2H6的分解. 通过系列实验, 研究了沉积温度、气压、功率、H稀释度, B掺杂浓度对薄膜的影响. 在确定温度、气压、功率、H稀释度的稳定工艺后, 着重研究了B掺杂浓度对电池性能的影响,掺杂量为1.5%的p型薄膜应用到非晶硅电池时，从暗态和光态研究了电池性能提高的原因.等离子体化学气相沉积PECVD系统的本底真空为10-7 Pa, 制备薄膜材料采用的衬底是普通玻璃衬底, 厚度0.125 mm的薄不锈钢衬底制备n-i-p结构的非晶硅薄膜电池. 将不锈钢和玻璃切成2 cm × 2 cm面积，然后用乙醇依次各超声清洗30分钟，清洗完成的衬底放在氮气环境的干燥箱中干燥储存. 制作n-i-p结构的电池时, 将不锈钢衬底放入腔室, 采用PECVD先分别溅射Ag和AZO, 厚度分别为160 nm 和75 nm, 接着采用磁控溅射方法沉积n型和本征非晶硅薄膜, 厚度分别为25 nm和200 nm.电池采用n-i-p结构, i层p层和 n层都采用射频(RF) PECVD (13.56 MHz)制备, 源气体采用SiH4和H2, B2H6和PH3分别作为沉积p层和n层的掺杂气体, 电池面积为0.24 cm2.分别采用美国MVSystems公司的Multi-Chamber PECVD 沉积系统，来进行大面积团簇型(星型)计算机控制，用FEI公司Quanta 200型的电子扫描显微镜(SEM)观察银纳米颗粒表面形貌，用Crowntech公司QTEST STATION 500TI型的量子效率仪测试太阳能电池的外量子效率(EQE)参数.用Keithley公司2400 Source Meter型的太阳能模拟器来测试太阳能电池的效率等性能.2.1 薄膜制备及表征反应所使用的硅烷通常由氢气稀释, 稀释度的高低会影响薄膜的结构和晶态成分比[13,14].固定气体流量比SiH4 ∶B2H6 为10 ∶0.15,压强400 Pa,功率60 W, 研究了H2稀释度在 10到200薄膜的变化. 图1是p型a-Si ∶H薄膜在H2与SiH4流量比为10和200时所沉积薄膜的表面形貌.可以看到氢稀释比增加到200时,薄膜中开始出现晶态成分，有小晶粒出现.因此实验中控制氢稀释比为40.射频功率是影响等离子体中电子温度的重要因素之一.电子温度的升高会使反应物分子的激发,离解和电离能力增强, 等离子体中反应前驱物的数量增加, 薄膜的沉积速率会升高.当等离子体功率足够大时, 硅烷得以充分分解, 增大功率对提高沉积速率的作用减弱,而且离子轰击与氢的刻蚀作用都得到增强, 这样反而会使得薄膜沉积速率降低.在衬底温度为200 ℃,气体流量H2 ∶SiH4 ∶B2H6为400 ∶10 ∶0.1 SCCM, 压强为400 Pa时，研究不同射频功率下薄膜性能的变化.图2(a)为不同射频功率下p 型a-Si ∶H薄膜的拉曼图谱，可以看到所有谱线都呈明显的非晶态特征，峰位出现一定程度的偏移，说明薄膜网格结构的无序度随着功率的改变而变化.当功率增大到80 W以上时, 代表晶态硅成分的拉曼峰开始出现. 因此沉积p型a-Si ∶H薄膜时需要将功率控制在60 W左右以维持薄膜总体的非晶结构.为研究沉积气压对薄膜质量的影响，在固定衬底温度为200 ℃, 气体流量H2 ∶SiH4 ∶B2H6为400 ∶10 ∶0.15 SCCM, 功率为60 W时，研究不同反应气压下薄膜性能的变化.图2 (b)是不同气压下p型a-Si ∶H薄膜的拉曼图谱，可以看到在100 Pa的反应气压下，代表晶态硅成分的拉曼峰较为明显，而当反应气压升高时，薄膜的结构基本由非晶硅构成. 因此在沉积p型a-Si ∶H薄膜时，为了维持薄膜的非晶态结构，应使用400 Pa左右的反应气压. 硼掺杂比也是影响薄膜结构和性能的重要因素,提高掺杂比可以向材料中提供更多的自由载流子,掺杂比过高又会改变薄膜的结构. 在衬底温度为200 ℃, 功率60 W, H2 ∶SiH4 ∶B2H6为400 ∶10 ∶(0～0.5)SCCM,压强为400 Pa时，研究不同B2H6掺杂量下薄膜性能的变化.图2(c) 是不同掺杂比下p型a-Si ∶H薄膜的拉曼图谱,结果显示掺杂浓度为1.5 % 时非晶薄膜质量较好.温度是决定a-Si ∶H薄膜成核和生长的最重要的因素之一,它直接影响薄膜材料的结晶状况,材料中的H含量与缺陷态密度.在固定气体流量比H2 ∶SiH4 ∶B2H6为400 ∶10 ∶0.15 SCCM,压强400 Pa,功率60 W时，研究不同衬底温度下薄膜性能的变化.图2(d)是不同衬底温度下p型a-Si ∶H薄膜的拉曼图谱, 结果显示200 ℃为制备p型非晶硅薄膜最佳温度.2.2 光学与电学性能图3是不同掺杂比和不同衬底温度下p型a-Si ∶H薄膜的透过图谱, 光学带隙和电导的变化关系图.图3 (a) 和 (b) 是不同B掺杂比下p型a-Si ∶H薄膜的透过图谱和光学带隙及电导率的变化趋势, 可以看到掺杂比为1.5%时获得p型a-Si ∶H薄膜的电导率是最大的，波长在400 nm-700 nm的范围内薄膜的透过率也较高. 图3 (c) 和 (d)是不同衬底温度下p型a-Si ∶H薄膜的透过图谱和光学带隙及电导率的变化趋势. 200 ℃制备的薄膜在波长400 nm-700 nm的范围内也有较高透过率且带隙达到最高. 在200 ℃条件下掺杂浓度为1.5%所得薄膜的带隙最大, 使得可见光区域的大部分太阳光透过,应用到薄膜太阳电池时, 活性层本征层得到的可见光区域的能量增加, 本征层的光响应必然提高, 可有效提高太阳能电池的开路电压. 薄膜的电导率超过9 S cm-1，应用到电池当中可以有效降低电池的传输电阻, 提高电池性能[15].2.3 电池性能为研究p层掺杂浓度对电池性能的影响，在n层工艺和i层工艺不变的条件下，通过改变B掺杂浓度研究电池的J-V曲线的变化. 图4(a)给出了电池的结构图,图4(b)和表1给出了电池性能的参数，图4(c) 是p层掺杂浓度为1.5%电池的外量子效率图, 通过积分计算可得短路电流密度与实际测量值一致. 在掺杂浓度为1.5%的条件下, 开路电压, 短路电流和填充因子有明显提高. 短路电流的提高是基于200 ℃，1.5%掺杂浓度下所得薄膜的带隙最大，所以有更多的光进入吸收层中. 填充因子的提高是基于薄膜电导率的提高, 有利于减低电池的串联电阻和提高电池的并联电阻. 电池的开路电压, 短路电流和暗饱和电流存在如下公式[16,17]：其中，k为玻尔兹曼常数, q为电子电量，在常温T为298 K，n为理想因子, 取决于结本身的质量，结区表面状态和实际工作条件，在很大程度上影响电池的填充因子FF等参数.在决定电池最大输出功率和转换效率方面起很大作用. 图4(d)为p层掺杂浓度为1.5%电池的暗态J-V曲线, 从中可以计算得到电池的暗态饱和电流J0为8.5×10-5 mA/cm2. 将p层掺杂浓度为1.5%电池参数代入 (1) 式中, 可得到理想因子为1.3, 说明所用工艺所得p层非晶硅电池中形成很好的结区，提高了电池性能.B掺杂p型a-Si ∶H薄膜沉积的最佳条件为：气体流量比H2 ∶SiH4 ∶B2H6为400 ∶10 ∶0.15，反应气压400 Pa，功率60 W，衬底温度200 ℃，所获得薄膜结构完全为非晶态，电导率超过9 S cm-1. 掺杂量为1.5%的p型薄膜应用到非晶硅电池时，电池性能有明显提高，最高效率达到8.86%. 通过分析暗态J-V计算得到理想因子接近1，说明该工艺所得电池性能已接近理想状态.【相关文献】[1] Tarui H, Kishi Y, Nakamura N, et al. On P layers for high efficiency amorphous silicon solar cells[J].Solar Energy Materials, 1991, 23(224):227-238.[2] Brinza M, Rath J K, Schropp R E I. Thin film silicon n-i-p solar cells deposited by VHF PECVD at 100 ℃ substrate temperature, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 2009, 93:680-683. [3] Tayagaki T,Hoshi Y,Usami N.Investigation of the open-circuit voltage in solar cells doped with quantum dots,Nat.Sci.Rep.2013,3:2703.[4] 朱嘉琦, 卢佳, 田桂, 等. 非晶硅太阳电池窗口出材料掺硼非晶金刚石的研究[J].无机材料学报，2008, 23(5):1064-1066.[5] 钱祥忠.硼轻掺杂对非晶硅薄膜光电性能的影响[J].光电子技术, 2004, 24(2):93-95.[6] 罗士雨, 冯磊, 汪洪, 等. 非晶硅薄膜制备及其晶化特性研究[J].人工晶体学报, 2008, 37(5):1191-1194.[7] Liao N M, Li W, Jiang Y D, et al. Raman study of a-Si ∶H films deposited by PECVD at various silage temperature before glow-discharge[J].Applied Physics A, 2008, 91:349-352.[8] Qian X Z. Influence of light-dope boron on optoelectronic properties of a-Sifilms[J].Optoelectronic Technology, 2004， 24(2):93-95.[9] Veneri P D, Mercaldo L V, Minarini C, et al.VHF-PECVD microcrystalline silicon:from material to solar cells[J].Thin Solid Films, 2004，s451-452(6):269-273.[10] Takano A, Tabuch K, Uno M, et al.Production technologies of film solar cell[J].MRS Proceedings, 2006, 910:85-94.[11] Poortmans J, Arkhipov V.Thin Film Solar Cells:Fabrication, Characterization and Application[M].Chichester：John Wiley & Sons Ltd., 2006.[12] 何宇亮, 陈光华, 张仿清. 非晶态半导体物理学[M].北京:高等教育出版社, 1989：284-292.[13] Luo S Y, Feng L, Wang H, et al.Study on the preparation of amorphous silicon film and its crystallization property[J].Journal of Synthetic Crystals, 2008, 37(5):1191-1194. [14] Tao K, Zhang D X, Zhao J F, et al.Low temperature deposition of boron-doped microcrystalline Si:H thin film and its application in silicon based thin film solarcells[J].Journal of Non-Crystalline Solids, 2010, 356(6-8):299-303.[15] Chattopadhyay S, Das D.Efficient boron incorporation in hydrogenated amorphous silicon films by a novel combination of rf glow discharge technique and heated filament[J].Jpn.J.Appl.Phys.,1995,34(10):5743-5748.[16] 贾全喜, 刘恩科.测量太阳电池结品质因子的新方法[J].太阳能学报, 1987, 2(1):43-49.[17] Zeman M.Solar cell operational principles[M].Delft：University of Technology, 2003.。

氢化非晶硅薄膜结构及其物理效应

氢化非晶硅薄膜结构及其物理效应
氢化非晶硅薄膜结构主要由非晶硅（a-Si:H）和氢（H）两部分组成。

非晶硅是由硅原子组成的非晶态材料，其原子之间没有明确的周期性排列，呈现出高度有序的无序排列状态。

氢则嵌入非晶硅之中，占据非晶硅的空隙，使得薄膜的晶体结构更加无序。

光学效应是氢化非晶硅薄膜最重要的特性之一、非晶硅薄膜对光的吸
收和发射具有良好的特性。

非晶硅薄膜能够将太阳能光谱中的可见光吸收，从而产生光电效应，将光能转化为电能。

此外，非晶硅薄膜还具有较低的
折射率和较高的透过率，有利于提高光电器件的效率。

电学效应是指氢化非晶硅薄膜的电导率和介电常数等电学性能。

氢化
非晶硅薄膜的电导率较低，常用于制备薄膜晶体管的导电层。

另外，非晶
硅薄膜的介电常数也较低，有利于制造高频电子器件。

热学效应是指氢化非晶硅薄膜的热传导和热膨胀等性能。

非晶硅薄膜
的热传导率较低，能够有效地阻隔热量的传递，被广泛应用于光学和热电
转换器件中。

此外，非晶硅薄膜的热膨胀系数与玻璃基底相当，与大多数
材料的热膨胀系数不同，有利于与其他材料的封装和组装。

机械学效应是指氢化非晶硅薄膜的机械性能。

非晶硅薄膜具有较高的
硬度、较好的耐磨性和耐腐蚀性等特点，能够保护基底材料，并且可以应
用于柔性显示器等领域。

总之，氢化非晶硅薄膜结构具有无序排列的特点，从而赋予了它良好
的光学、电学、热学和机械学性能。

这些性能使得氢化非晶硅薄膜被广泛
应用于光电、电子、能源等领域，具有重要的应用前景。

非晶硅——精选推荐

摘要由于半导体器件的表面钝化对改善器件性能、提高可靠性有重要作用，人们一直十分重视探索和开展新的钝化膜和钝化工艺。

为了克服介质钝化膜的缺点，青木昭明等采用了半绝缘多晶硅膜作为钝化膜，取得了良好的率果。

最近几年以来，人们正在探索利用辉光放电(GD) 淀积的氢化非晶硅(记作a-Si:H )膜作为半导体器件的表面钝化膜, 初步显示这种钝化膜的优点。

这种氢化非晶硅之所以能作为一种新型的钝化膜是由于它具有以下的特性:1)a-Si:H 膜有足够高的电阻率，达10⁸-10¹¹Ω·cm，是一种弱n型的半绝缘膜。

这样一方面它可以起半绝缘膜的作用，同时流过它本身的欧姆电流又可以忽略，而这是作为一种钝化膜所必需的要求。

一般认为膜的薄层电阻在10的12次幂到10的14次幂Ω/▱以上的话，流过膜的欧姆电流就可以忽略。

若取膜的厚度为3000A，则要求膜的电阻率为3x10⁷-3x10⁹Ω·cm，可以看到，可以看到,a 一-Si :H 膜是可以满足的;2 )a-Si;H 膜与硅表面接触时,其界面具有较低的界面态密度或称界面陷井密度，两这里作为一种优良的钝化膜首要的和必备的条件;3 )它本身不带电荷，无外电场时呈电中性，因而对n型硅表面或p型硅表面都能用作钝化膜;4 )a-Si:H 的热胀系数与单晶硅相差不多,例如在衬底温度为300℃下淀积的GDa-Si:H 的热胀系数约为1.9x10﹣⁶/℃,与硅的2.4 x 10﹣⁶/℃相接近，所以将其复盖于单晶硅表面应力较小。

此外这种膜的内应力是压缩应力，其值达2x10⁹达因/厘米，这样的膜机械强度好，适宜于作钝化膜;5 )GDa-Si:H 膜结构致密,物理化学性能稳定。

6 )能在较低温度(甚至室温)下淀积，而且设备和工艺都十分简单。

1978年Pankove 和Tarng、利用GDa-Si :H 膜对pn 结表面进行了钝化,他们发现用a-Si:H 钝化的pn 结反向漏电流比用热生长SiO₂钝化的小1-2 个数量级，其热稳定性也很好，足以经受450一500℃半小时的热处理而不致严重退化。

PECVD制备a-SiC：H薄膜及激光退火研究的开题报告

PECVD制备a-SiC：H薄膜及激光退火研究的开题报告
本文内容主要围绕PECVD制备a-SiC：H薄膜及激光退火研究展开，开题报告如下：
一、研究背景
随着电子信息技术的快速发展，对高性能、高稳定性、高可靠性的薄膜材料的需求越来越迫切。

异质结和多元化材料的应用，推动了制备氢化非晶硅和氢化非晶碳化
硅薄膜的发展。

目前，制备这两种薄膜的主要方法是PECVD。

二、研究内容
本次研究旨在通过PECVD制备a-SiC：H薄膜，并通过激光退火技术对其进行处理，实现其物理性能的优化。

具体研究内容包括以下几个方面：
1. PECVD制备a-SiC：H薄膜的研究：通过改变沉积温度、沉积时间、气体比例等影响因素，制备出具有不同物理性质的a-SiC：H薄膜。

2. 薄膜结构和成分分析：采用SEM、TEM和XPS等技术对不同条件下制备的a-SiC：H薄膜结构和成分变化进行分析。

3. 激光退火处理：采用激光退火技术对a-SiC：H薄膜进行处理，并研究激光退
火对薄膜物理性能的影响。

4. 薄膜物理性能测试：对PECVD制备的a-SiC：H薄膜进行物理性能测试，包括光学、电学等方面，评估其应用潜力。

三、研究意义
1. 优化PECVD技术：通过改变PECVD条件，制备出物理性质具有优良的a-SiC：H薄膜，优化PECVD技术的稳定性和可靠性。

2. 探索激光退火的应用：通过激光退火技术对a-SiC：H薄膜进行处理，优化薄
膜的物理性质和应用性能，探索激光退火的应用前景。

3. 预测薄膜的应用前景：通过对a-SiC：H薄膜的物理性能测试，预测薄膜在各
个领域的应用前景。

低温氢化非晶硅薄膜晶体管研究

第31卷　第3期2008年6月电子器件Chinese J ournal Of Elect ron DevicesVol.31　No.3J un.2008R esearch on Low T emperature a 2Si :H Thin Film T ransistorY I M ao 2x i ang3,M A O J i an 2bo ,C H EN X i ang 2dong(S chool of Science ,Hef ei Universit y of Technology ,Hef ei 230009,China )Abstract :Developing flexible substrate integrated circuit is based on developing low temperature thin film tran 2sistors (TFT s ).Using bottom 2gate construct ,we design the layout and process parameters of hydrogenated amor 2phous silicon (a 2Si :H )TFT that are fabricate under low temperature of 100℃.The etch 2stopper and passivation layers are introduced and the technological parameters and process are designed.We measure the properties of thin films such as the a 2Si :H active layer and SiN x dielectric layer ,which are deposited under 100℃low temperature.We also measure the properties of the TFT.The fabricated TFT has an on 2off current ratio of 106and the field effect electron carrier mobility of 0.825cm 2/Vs.The results show the effectiveness of implementing TFT down to under 100℃that is adequate to most of flexible substrates.K ey w ords :TF T ;low temp rat ure deposition ;bottom 2gate ;etch 2stopper ;carrier mobility EEACC :2560;2550低温氢化非晶硅薄膜晶体管研究易茂祥3,毛剑波,陈向东(合肥工业大学理学院,合肥230009)收稿日期:2007206201作者简介:易茂祥(19642),男,硕士,副教授,主要研究方向为微电子器件、VL SI 测试等,mxyi126@.摘　要:低温薄膜晶体管(TFT )的研究是开发大面积柔性衬底集成电路的基础。

氢稀释对非晶硅碳(a-SiC)合金薄膜生长和光学特性的影响

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制进行了研究和讨论．
１实验
氢化非晶硅碳薄膜用一台三室射频（．ＭＨ）１５３６ｚ等离子体增强气相化学沉积（ＣＤ系统制备．ＰＶ）Ｅ反应气体是Ｓ４Ｈ＋２甲烷与硅烷气体流量比（Ｈ］ｉ＋Ｃ４Ｈ．Ｈ［４Ｃ／［Ｈ］１，Ｓ４为．氢稀释ｂＲ＝］Ｓ４Ｈ］１，３，到１５系统由ｉ）２匕ＨＨ／ｉ＋４从２２，１２３．（［Ｚ［ＨＣ）２３０
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a-Si:H和a-SiN:H薄膜的质子核磁共振研究

a-Si：H和a-SiN：H薄膜的质子核磁共振研究
王济身;许春芳;金克彪;赵成斌
【期刊名称】《固体电子学研究与进展》
【年(卷),期】1989(9)4
【摘要】由辉光放电分解硅烷淀积的氢化非晶态薄膜中都包含相当数量的氢,含氢量的多少直接对薄膜的结构、性质及稳定性有很大的影响。

利用核磁共振(1H NMR)可以给出有关氢的局部环境和分布的信息。

它与通常所用的红外、ESR、核共振等方法所获得的信息是不同的,因此1H NMR在材料结构分析方面是有其特色的。

【总页数】2页(P401-402)
【关键词】半导体;薄膜;质子;核磁共振
【作者】王济身;许春芳;金克彪;赵成斌
【作者单位】华东师范大学电子科学技术系
【正文语种】中文
【中图分类】O484.5
【相关文献】
1.a-Si∶H/a-SiC∶H 多层薄膜的光、电特性研究∗ [J], 蒋冰;丁宁;陈乙豪;马蕾
2.a-Si∶H薄膜太阳电池的改性研究进展 [J], 周冬兰;甘志凯;廖丹;程彩虹
3.非晶态异质结构a-Si:H/a-SiNx:H和a-Si:H,a-SiNx:H薄膜的应力研究 [J], 王万录;廖克俊
4.a-Si∶H薄膜中SiyHx结构组态的原子模拟研究 [J], 翟世铭; 廖黄盛; 周耐根; 黄海宾; 周浪
5.新型等离子束源CVD制备a-Si:H薄膜特性的研究 [J], 王堃;黄霞;张月;黄惠良因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。