ECR-PECVD法低温沉积Poly-Si薄膜的研究

论文摘要

多晶硅（Poly-Si）薄膜在长波段具有高光敏性，对可见光能有效吸收，且与非晶硅相比具有较高的转换率和迁移率，其光电效率不会随光照时间的延续而衰减；与单晶硅相比，Poly-Si可在玻璃等廉价衬底上大面积低温制备，具有较低的制作成本，因此被公认为高效、低耗的理想光伏器件材料，目前已成为制备太阳能电池的热点材料之一。此外，Poly-Si也是制作传感器、薄膜晶体管（TFT）等器件的新型半导体替代材料。当前生产Poly-Si的方法主要有化学气相沉积法（CVD）、等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）、液相外延法（LPE）、激光晶化法（LIC）、固相晶化法（SPC）和等离子溅射法等。在诸多方法中，由于PECVD具有实验参数控制简单，沉积温度低，工艺成熟，制备的薄膜质量高，较适合大规模工业化生产的特点，越来越受到人们的重视。实验采用自行设计研制的电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积（ECR-PECVD）设备，以SiH4（氩气稀释率95％，即SiH4：Ar=1：19）为气源，在硅和普通玻璃衬底上沉积Poly-Si薄膜。使用微波源，利用ECR在低气压下产生非平衡等离子体，使SiH4易于分解沉积，大大降低了沉积温度（<600℃）；以SiH4和H2为反应气体可以减少薄膜中卤化物的含量，用Ar气稀释SiH4可以辅助反应物放电，并有利于刻蚀薄膜中能量较弱的Si-Si键形成高质量的Poly-Si薄膜。在玻璃衬底上很难直接沉积质量较高的Poly-Si薄膜。主要原因是玻璃相对Poly-Si薄膜来说为非晶异质衬底，衬底结构对薄膜的沉积影响很大。为了解决这个问题，本文在玻璃衬底和后续Poly-Si薄膜之间引入了中间层。利用高能电子衍射（RHEED），X射线衍射谱（XRD），拉曼光谱（Raman）和透射电镜（TEM），研究了中间层对后续Poly-Si薄膜生长的影响，得出了低温沉积Poly-Si薄膜的适宜工艺参数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 Poly-Si薄膜的主要应用
• 1.1 Poly-Si太阳能电池
• 1.2 Poly-Si薄膜晶体管
• 1.3 Poly-Si薄膜在传感领域内的应用
• 2 Poly-Si薄膜的成核理论和影响因素
• 2.1 薄膜的成核理论
• 2.2 薄膜的生长模式
• 2.2.1 核生长模式
• 2.2.2 层状生长模式
• 2.2.3 层核生长模式
• 2.3 影响Poly-Si薄膜结构和成核的因素
• 2.3.1 沉积速率
• 2.3.2 衬底温度
• 2.3.3 沉积原子的动能
• 2.3.4 衬底结构
• 2.3.5 反应室真空度
• 2.4 小结
• 3 材料的制备方法和分析技术
• 3.1 直接接沉积Poly-Si薄膜
• 3.1.1 等离子体增强化学气相沉积法
• 3.1.2 热丝化学气相沉积法
• 3.1.3 低压化学气相沉积法（LPCVD）
• 3.1.4 液相外延法（LPE）
• 3.2 间接沉积Poly-Si薄膜
• 3.2.1 固相晶化法（SPC）
• 3.2.2 部分掺杂法
• 3.2.3 快速退火法（RTA）
• 3.2.4 金属诱导固相晶化法（MISPC）
• 3.2.5 激光晶化法（LIC）
• 3.3 Poly-Si薄膜的表征
• 3.3.1 扫描电镜（SEM）
• 3.3.2 透射电子显微镜（TEM）
• 3.3.3 X射线衍射（XRD）
• 3.3.4 反射高能电子衍射（RHEED）
• 3.3.5 原子力显微镜（AFM）
• 3.3.6 拉曼光谱（Raman）
• 3.4 小结
• 4 实验方法
• 4.1 ECR低温等离子体源的产生原理
• 4.2 ECR-PECVD系统（ESPD）
• 4.3 样品的制备
• 4.3.1 衬底准备
• 4.3.2 实验设计
• 4.3.3 实验步骤
• 5 实验结果及讨论
• 5.1 在硅衬底上沉积Poly-Si薄膜
• 2流量对Poly-Si薄膜的影响'>5.1.1 H₂流量对Poly-Si薄膜的影响
• 4流量对Poly-Si薄膜的影响'>5.1.2 SiH₄流量对Poly-Si薄膜的影响
• 5.1.3 温度对Poly-Si薄膜晶化的影响
• 5.2 在玻璃衬底上沉积Poly-Si薄膜
• 5.2.1 直接在玻璃衬底上沉积Poly-Si薄膜
• 5.2.2 中间层的作用
• 5.2.3 中间层沉积温度对后续Poly-Si薄膜的影响
• 2流量对后续Poly-Si薄膜的影响'>5.2.4 中间层H₂流量对后续Poly-Si薄膜的影响
• 5.2.6 中间层功率对后续Poly-Si薄膜的影响
• 5.3 小结
• 结论
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢