铝诱导晶化制备多晶硅薄膜的研究

论文摘要

本论文研究在廉价的玻璃衬底上利用铝诱导晶化非晶硅（a-Si）薄膜制备多晶硅（poly-Si）薄膜。样品采用glass/Al/a-Si:H结构,研究了退火条件、铝膜厚度、铝膜的制备条件等因素对非晶硅薄膜晶化的影响。利用X射线衍射（XRD）光谱、拉曼（Raman）光谱、原子力显微镜（AFM）等测试手段研究了所制备的多晶硅薄膜的结构性质,得出主要结论如下:1.退火温度对非晶硅的晶化有着重要的影响,尽管有报道说铝诱导晶化非晶硅薄膜的最低温度可达到150℃,但是想快速制备高质量的多晶硅薄膜,必须适当提高退火温度,至少在300℃以上;同时,样品在高温500℃下会快速晶化,延长退火时间对样品的晶化效果影响不明显。2.非晶硅薄膜晶化为多晶硅薄膜后,出现Si（111）面的择优取向,而且退火处理时间越长,退火温度越高,择优取向越明显。3.在相同条件下,退火时间越长,样品的晶化程度越高,获得的多晶硅薄膜的晶粒越大,实验中得到的最大晶粒直径为156nm,但是薄膜表面的粗糙度增加。4.在相同条件下,退火温度越高,样品的晶化速度越快,成核密度越大,获得的多晶硅薄膜的晶粒越小,薄膜表面粗糙度越小。5.铝膜与非晶硅膜的厚度存在一个最佳的比例,当铝膜与非晶硅膜的厚度比约为1:1时,得到的多晶硅薄膜的晶化效果是最好的。6.沉积非晶硅薄膜之前,铝膜表面的氧化层对非晶硅薄膜的晶化有重要的影响。铝氧化层越厚,铝、硅原子的互扩散越难,非晶硅膜中的铝浓度及铝膜中的硅浓度越小,使硅的成核密度小,可得到尺寸大的硅晶粒;反之,铝氧化层越薄,硅的成核密度越大,会生成尺寸小的硅晶粒。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 多晶硅薄膜的结构和性质
• 1.2 多晶硅薄膜的应用及研究现状
• 1.2.1 太阳能电池应用
• 1.2.2 薄膜晶体管应用
• 1.3 本论文研究的主要内容和意义
• 第2章 多晶硅薄膜的制备与表征
• 2.1 薄膜生长机理
• 2.2 多晶硅薄膜的制备方法
• 2.2.1 低压化学气相沉积（LPCVD）
• 2.2.2 固相晶化法（SPC）
• 2.2.3 激光诱导晶化（LIC）
• 2.2.4 快速热退火（RTA）
• 2.2.5 金属诱导晶化（MIC）
• 2.2.6 其他方法
• 2.3 多晶硅薄膜材料的主要分析方法
• 2.3.1 XRD分析
• 2.3.2 AFM分析
• 2.3.3 Raman分析
• 2.3.4 SEM分析
• 2.4 小结
• 第3章 铝诱导晶化法制备多晶硅薄膜的实验
• 3.1 衬底准备
• 3.2 铝膜制备
• 3.2.1 电阻蒸发法介绍
• 3.2.2 实验装置
• 3.2.3 实验过程
• 3.3 氧化层的形成
• 3.4 非晶硅膜的制备
• 3.4.1 等离子体概论
• 3.4.2 等离子体化学气相沉积技术
• 3.4.3 PECVD法制备a-Si:H薄膜的生长机制
• 3.4.4 实验装置
• 3.4.5 实验过程
• 3.4.6 非晶硅薄膜的制备参数
• 3.5 退火处理
• 3.6 样品测试
• 第4章 影响铝诱导晶化的因素的研究和分析
• 4.1 退火时间对非晶硅薄膜晶化的影响
• 4.1.1 XRD测试与分析
• 4.1.2 光学显微镜分析
• 4.1.3 AFM测试与分析
• 4.2 退火温度对非晶硅薄膜晶化的影响
• 4.2.1 XRD测试与分析
• 4.2.2 Raman测试与分析
• 4.2.3 AFM测试与分析
• 4.2.4 光学显微镜分析
• 4.3 退火时间和温度的制约关系
• 4.3.1 XRD测试与分析
• 4.3.2 Raman测试与分析
• 4.4 铝、硅层厚度比对非晶硅薄膜晶化的影响
• 4.4.1 XRD测试与分析
• 4.4.2 Raman测试与分析
• 4.4.3 AFM测试与分析
• 4.5 铝膜的制备条件对非晶硅晶化的影响
• 4.6 其他因素的影响
• 4.6.1 氧化层
• 4.6.2 衬底材料
• 4.7 小结
• 第5章 铝诱导晶化的机理分析
• 5.1 铝诱导的反应动力学解释
• 5.2 铝诱导晶化模型
• 5.3 晶化机理及过程分析
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果