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目前多晶硅薄膜的发展趋势为低成本和高光电转换效率,为极大限度地降低成本。因此,对于多晶硅薄膜材料的研究越来越引起人们的关注,被广泛应用于传感器、微电子、光电子、集成电路等。高效、稳定、廉价的多晶硅薄膜太阳电池有可能替代非晶硅薄膜太阳电池成为新一代无污染民用太阳能电池。
本文研究了感应耦合等离子体增强化学气相沉积技术、薄膜制备的工艺过程以及多晶硅薄膜的特性。采用被Ar稀释的硅烷反应气源,在感应耦合等离子体CVD系统中合成了多晶硅薄膜材料。
反应室的等离子体参数多多晶硅薄膜的制备有很大的影响。利用朗缪尔静电单探针诊断了反应室内的等离子体参数,压强一定时等离子体密度随着ICP射频功率的增大而增大,并且等离子体密度会呈现出趋向于饱和的状态。径向方向上等离子体密度先是随着径向半径增加而增加但是在r=2cm处出现拐点,以后等离子体密度随着半径的增加而减小。等离子体密度在轴方向上先是随着高度的增加而增加,但是达到一定高度h=10cm等离子体密度反而有下降的趋势。在轴向位置h=1cm上,电子温度随着径向距离增加而增加、但是增加较为缓慢。即等离子体密度在此位置上分布较为均匀。
本文采用发射光谱技术对ICP射频感应耦合等离子体鞘层附近区域特性进行分析,在不同放电气压为,不同射频功率分别为得到了氩等离子体鞘层附近区域的发射光谱。原子谱线和离子谱线特性分析表明,在一定气压下发射光谱强度随着射频功率的增加而线性增强,低激发电位原子谱线强度增加迅速,高激发电位原子谱线强度增加缓慢,而离子谱线强度增加很不明显。但是在射频功率为120w放电的情况下,开始发射光谱强度随着气压的变化会增强,但是在发电气压为0.5pa是等离子密度会达到饱和态,也就是此时光强是最强的,0.5pa以后谱线强度会随着气压的变大反而会下降。在低射频功率发电的情况下我们发现谱线强度随着气压的增大强度反而会减弱,这是因为在低功率放电时,气压较高的时候,反而产生的电子密度非常低。
制备好的多晶硅薄膜,利用X射线衍射仪、红外光谱仪、台阶仪以及紫外分光光度仪对其进行表征分析,结果表明:XRD分析表明,在Si(111)20=28.44°衍射峰,与玻璃为衬底相比较,以硅片为衬底能在更低的沉积功率下获得接近完全晶化的多晶硅薄膜。随着射频功率的增加,在玻璃衬底上的非晶硅向晶化态转化,说明射频功率对薄膜的晶化程度起到了重要的作用。FTIR分析多晶硅薄膜的键态结构可知,在同样的沉积条件下,Si(111)比玻璃衬底更容易生长多晶硅薄膜。在Si衬底已出现有非晶态转向晶态,但是玻璃衬底上还没有出现晶化信号。利用台阶仪分析薄膜的厚度,测得薄膜的厚度在750nm左右。通过紫外分光光度仪可知其薄膜的有序性。