SiCl4/H2为气源沉积多晶硅薄膜的电输运特性的研究

论文摘要

多晶硅薄膜以其优异的光电性能和较低的制备成本,在能源信息工业中,日益成为一种非常重要的电子材料,被广泛应用于大规模集成电路和半导体分立器件。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。为了进一步了解多晶硅薄膜的光电性能,弄清内部载流子的输运机制,从而更好的服务于应用。我们对用PECVD方法制备的衬底温度300oC,流量SiCl4/H2=8/40sccm,气压80Pa,功率从80到160W不等的条件下制备的多晶硅薄膜的光电性能进行了研究。为完成以上目标,我们从以下几个方面进行了研究。（1）对以SiCl4/H2为气源采用PECVD技术制备的晶化硅薄膜进行了高温下的电导率和激活能的测试并对其低温电输运特性进行了研究。考虑退火的影响,探讨了降温过程中测量的激活能和升温过程中测量的激活能的不同;并对多晶硅薄膜的暗电导随温度的变化进行了测量,从薄膜的暗电导和温度的依赖关系,讨论了不同温度范围内呈现的不同的导电特性;另外我们对导电特性与晶化率的关系作了研究,用电子热发射和电子隧穿对电导的贡献,对不同晶化率薄膜进行了讨论。（2）用空间电荷限制电流理论（Space Charge Limited Current: SCLC）研究了多晶硅薄膜的电流-电压特性。实验结果显示电流完全被准费米能级附近的局域态控制。由步长法和最小二乘法（Linear Least Squares Fit: LSF）计算了费米能级以上的态密度分布,得到多晶硅样品的隙态密度在10161017cm-3eV-1的范围内,而隙态密度的具体分布因沉积条件的不同而不同,但相同的是在费米能级处都有一个最小的态密度。（3）基于对不同晶化率本征多晶硅材料光照稳定性的研究,我们对材料光电特性同微结构的关系进行了分析,得到以下结论:晶化率较低的多晶硅（ Xc =45%）稳定性好于普通非晶硅材料,但仍然存在着光衰减。晶化率较大的多晶硅材料（ Xc =61%和Xc =75%）显示持续性光电导,不存在光衰退现象;光照时电导率增加,光注入后因光生载流子对缺陷态的填充使费米能级上移,从而使激活能减小;另外我们采用两相结构的势垒模型对不同直流偏压下薄膜暗电导随时间而缓慢变化的现象做了一些探讨。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 多晶硅薄膜的应用
• 1.1.1 多晶硅薄膜在电子器件中的应用
• 1.1.2 多晶硅薄膜在太阳电池中的应用
• 1.2 多晶硅薄膜的结构特点和光电性能
• 1.2.1 多晶硅薄膜的结构特点
• 1.2.2 晶粒间界对多晶硅电导性能的影响
• 1.2.3 多晶硅薄膜的光电性能
• 1.3 多晶硅薄膜的低温制备方法
• 1.3.1 固相晶化法
• 1.3.2 在衬底上直接沉积多晶硅薄膜（T<500℃）
• 4/H₂ 为气源制备多晶硅薄膜的优点和研究现状'>1.4 以SiCl₄/H₂为气源制备多晶硅薄膜的优点和研究现状
• 1.5 PECVD 法低温沉积硅薄膜的实验过程
• 1.5.1 实验所用PECVD 系统的描述
• 1.5.2 样品的制备
• 1.6 本研究所采取的方法极其意义
• 参考文献
• 第2章 多晶硅薄膜的输运机制
• 2.1 薄膜的暗电导率和激活能
• 2.1.1 多晶硅的导电机理和激活能
• 2.1.2 实验装置、测量方法及结果
• 2.2 多晶硅薄膜的低温输运特性
• 2.2.1 实验装置、测量方法及结果
• 小结
• 参考文献
• 第3章 用SCLC 研究多晶硅薄膜的禁带态密度分布
• 3.1 带隙能态测量方法
• 3.2 研究结果及存在的问题
• 3.3 SCLC 理论及其基本原理
• 3.4 SCLC 测量系统及测量电路
• 3.5 实验结果及分析
• 小结
• 参考文献
• 第4章 光照和偏压对多晶硅薄膜室温电导的影响
• 4.1 有效介质假设模拟计算
• 4.2 多晶硅薄膜的光、暗电导及晶化率和灵敏度的关系
• 4.3 多晶硅薄膜的光照稳定性测量
• 4.4 光注入后多晶硅薄膜激活能的变化
• 4.5 暗电导随时间的变化
• 小结
• 参考文献
• 第5章 结论
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文
• 本人简历