热丝辅助MWECR-CVD制备器件级非晶硅薄膜

论文摘要

氢化非晶硅薄膜（a-Si:H）是近二十年来发展起来的一种新型的功能材料,在新能源和信息显示等高科技技术领域起着日益重要的作用,尤其是在光伏发电领域,越来越受到各国的重视。然而,目前非晶硅薄膜的制备存在着薄膜沉积速率低、薄膜的均匀性不高以及薄膜的光敏性较低等问题,尤其是薄膜的光致衰退变化效应（SWE）,严重的限制了它的进一步应用。因此,制备器件级的非晶硅薄膜成为氢化非晶硅进一步应用的关键。本文中, 我们利用热丝辅助微波电子回旋共振化学气相沉积（MWECR-CVD）系统制备了氢化非晶硅薄膜,并且针对薄膜的沉积速率、均匀性、光敏性、光致衰退等方面进行了研究。对于薄膜的沉积速率的研究,前面小组成员加入了永磁体,从而显著提高了薄膜的沉积速率,我们又讨论了工作气压、热丝温度、衬底温度对沉积速率的影响,得到了与较高薄膜沉积速率相对应的参数;接着,分析了热丝和永磁体对薄膜的均匀性的影响。a-Si:H 薄膜中的氢和薄膜的光电性能有着密切的关系,因此对薄膜的光敏性和光致衰退变化的研究,我们从讨论薄膜中的氢含量开始。首先,我们讨论了有无热丝对薄膜中的氢含量以及对薄膜中的弯曲模和伸缩模的影响;接着,我们又对不同的热丝温度对薄膜的氢含量以及微结构的影响。最后,我们讨论了热丝对薄膜的光致衰退变化的影响以及与之对应的薄膜的微结构的变化。实验表明,永磁体对薄膜的均匀性带来了不利的影响,采用热丝辅助,提高了薄膜的均匀性,大大降低了a-Si:H 薄膜中的氢含量, 改善了薄膜的微结构,适当温度的热丝辅助下,可以得到光敏性（105）和稳定性较好的薄膜,但是较高的热丝温度使得非晶硅薄膜产生晶化,有的晶化的薄膜出现了反常SWE。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 能源危机
• 1.2 太阳能发电和非晶硅太阳能电池的优点
• 1.3 非晶硅薄膜的发展历史和现状
• 1.3.1 非晶硅薄膜的发展历史
• 1.3.2 非晶硅薄膜的研究现状
• 1.4 非晶硅薄膜的微结构及性能
• 1.4.1 非晶硅的结构特点
• 1.4.2 a-Si:H 的光学性质
• 1.4.3 a-Si:H 的光致衰退效应（SWE）
• 1.5 非晶硅薄膜的主要制备方法
• 1.5.1 射频等离子体增强化学气相沉积（RF-PECVD）
• 1.5.2 甚高频等离子体增强化学气相沉积（VHF-PECVD）
• 1.5.3 热丝化学气相沉积（HW-CVD 或Cat-CVD）
• 1.5.4 微波电子回旋共振化学气相沉积（MWECR-CVD）
• 1.6 课题来源及研究的意义和主要内容
• 1.6.1 课题来源
• 1.6.2 本课题的意义及研究的主要内容
• 第2章 热丝辅助MWECR-CVD 薄膜制备系统及非晶硅的结构性能
• 2.1 引言
• 2.2 MWECR 的结构和工作原理
• 2.2.1 MWECR 薄膜沉积系统结构
• 2.2.2 MWECR 的工作原理
• 2.3 热丝辅助单元的引入
• 2.3.1 HWCVD 简介
• 2.3.2 HWCVD 沉积a-Si:H 薄膜的基本反应
• 2.3.3 热丝辅助单元的构成
• 2.3.4 热丝单元对系统的影响
• 2.4 样品制备所用材料及制备过程简介
• 2.5 MWECR 等离子体沉积a-Si:H 薄膜的生长机制
• 2.6 非晶硅薄膜的评价
• 2.6.1 傅立叶变换红外光谱
• 2.6.2 拉曼谱
• 2.7 本章小节
• 第3章 a-Si:H 薄膜的沉积速率和均匀性研究
• 3.1 非晶硅薄膜沉积速率研究
• 3.1.1 实验
• 3.1.2 结论
• 3.2 非晶硅薄膜的均匀性研究
• 3.2.1 永磁体对薄膜均匀性的影响
• 3.2.2 热丝对薄膜均匀性的影响
• 3.3 本章小结
• 第4章 a-Si:H 薄膜的微结构和性能研究
• 4.1 非晶硅薄膜的导电机理
• 4.2 非晶硅薄膜的光敏性
• 4.3 非晶硅薄膜中的氢
• 4.4 热丝对非晶硅薄膜氢含量的影响
• 4.4.1 有无热丝对氢含量的影响
• 4.4.2 不同的热丝温度对氢含量的影响
• 4.4.3 热丝温度升高对薄膜微结构的影响
• 4.5 非晶硅薄膜的光敏性
• 4.6 非晶硅薄膜的光致衰退变化（SWE）
• 4.6.1 非晶硅薄膜的稳定性研究
• 4.6.2 反常SWE
• 4.7 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢