热丝化学气相沉积法制备多晶硅薄膜材料.doc

目 录 摘要……………………………………………………………………………………1 关键词…………………………………………………………………………………1 一、……………………………………………………………………………… 1 二、……………………………………………………………………………… 2 三、……………………………………………………………………… 2 （一）、薄膜的制备………………………………………………………………… 2 （1）积气压对硅薄膜质量的影响………………………………………………… 2 （2）比例对薄膜成分的影响……………………………………………………… 3 （二）晶硅薄膜的制备………………………………………………………………4 （1）丝温度对薄膜晶相的影响…………………………………………………… 4 （2）SiH4流量对成膜质量的影响……………………………………………………6 （三）沉积机制的探讨………………………………………………………………7 四、………………………………………………………………………………7 参考文献…………………………………………………………………………… 9 致谢………………………………………………………………………………… 10 全文共 10 页 6146 字 热丝化学气相沉积法制备多晶硅薄膜材料 巴彦同拉嘎 （学号：20102102949） （物理与电子信息学院 物理学专业级班） 摘要(PECVD) 法是目前常规的非晶硅薄膜制备方法。此法制备的氢化非晶硅薄膜(a-Si∶H) 具有隙态密度低的优点, 适于制作太阳电池和其它电子器件。但此法制备的氢化非晶硅薄膜含氢量高。与此相关联, 材料普遍存在严重的光致衰退特性。这就阻碍了它的进一步应用。以此种工艺制造的非晶硅太阳电池的光伏性能也就存在严重的光致衰退问题。缓解或克服非晶硅太阳电池的光致衰退特性造成的不稳定性有两条途径: 一是从结构上入手, 采用迭层多结结构太阳电池, 减薄i 层厚度, 增加内建漂移场强, 减少光生载流子的缺陷中心复合损失, 从而减少器件性能的衰减系数, 提高稳定化效率; 二是从改进材料本身的性质入手, 采用新的薄膜制备方法来改善薄膜的稳定性,从而改善甚至消除太阳电池的不稳定性。这后一条途径更具有根本性。目前世界上普遍采用的新的薄膜制备方法有热丝法、PECVD 高氢稀释法、卤代硅烷沉积法等。热丝法, 系指SiH4 气体通过高温钨丝催化分解, 在衬底上形成硅薄膜的一种真空薄膜制备方法。相对于传统的PECVD 法 热丝法具有以下优点: 1) 生长出的薄膜结构好, 更均匀有序, 在保证良好的电子特性的同时, 氢含量低,光致衰性很小, 稳定性高[1，2]; 2) 薄膜生长速率高[3]; 3) 工艺、设备简单, 保留了非晶硅工艺低成本的优点; 4) 可避免辉光放电方法中离子对生长表面的损伤; 5) 高温钨丝可使硅烷充分分解, 有利于降低薄膜制备成本。用热丝法还能制备出多晶硅薄膜[4，5]。相对于传统的多晶硅薄膜的制备方法———低压CVD 法, 此法具有衬底温度低(小于500 ℃, 低压CVD 法衬底温度必须大于600℃) 的优点, 因而可采用廉价衬底。多晶硅薄膜太阳电池也是目前太阳电池领域里的研究热点。本文主要报道了HWCVD 技术中各参量对硅薄膜的结构、生长速率、光电特性的影响, 制备稳定非晶硅薄膜和优质多晶硅薄膜的优化参数以及沉积机制的初步探讨。 二 实验 为有利于反应室内气流的稳定与薄膜的均匀性, 沉积系统采用气流、钨丝及衬底相互平行的直立结构。高温激发用热丝采用直径0.2 mm , 长12cm 的钨丝。钨丝温度用光学高温计测量。通过改变加在钨丝两端的电压控制钨丝温度。样品与钨丝距离为3cm。样品温度由与衬底接触的热电偶测定。衬底的基础温度由炉体加热器提供。为防止沉积过程中钨丝挥发可能带来的污染, 钨丝初次使用前在2000℃的高温下通入30cm3/min的氢气处理30min,沉积实验前也通入30 cm3/min氢气10min 处理玻璃表面。沉积系统的背景真空度为10-3Pa。 硅烷和氢气混合气体被高温钨丝分解后扩散到衬底表面反应, 生成硅薄膜。衬底为浮法玻璃。通过研究各工艺参数———钨丝温度(Tf)、衬底温度(Ts)、气流流量(F1)、沉积气压(P)对硅薄膜的结构与光电特性的影响来优化工艺参数， 制备优质的非晶硅薄膜和多晶硅薄膜。沉积参数变化范围:热丝温度1400～1900℃,衬底温度200～500℃,硅烷流量2～40 cm3/min，氢气流量0～90cm3/min，气压0.5～90Pa。薄膜的组分和结构性质由X射