磁控溅射法沉积硅薄膜的研究

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1、------------------------------------------------------------------------------------------------磁控溅射法沉积硅薄膜的研究武汉理工大学硕士学位论文姓名：刘本锋申请学位级别：硕士专业：光电子及信息材料指导教师：赵青南;赵修建20090501摘要太阳电池是一个朝阳产业，也是现在发展正非常火热的一个行业。非晶硅、微晶硅薄膜太阳电池在硅系太阳电池中具有很大的性价比优势。本文使用磁控溅射法沉积硅薄膜，通过优化薄膜沉积的工艺参数，以期为用溅射法最终制备出高质量的器件级硅薄膜提供科学数据。磁控

2、溅射法是一种简单、低温、快速的成膜技术，能够不使用有毒气体和可燃性气体进行掺杂和成膜，直接用掺杂靶材溅射沉积，此法节能、高效、环保。可通过对氢含量和材料结构的控制实现硅薄膜带隙和性能的调节。与其它技术相比，磁控溅射法最大的优势是它的沉积速率快，具有诱人的成膜效率和经济效益，该技术有望大幅降低太阳电池成本。本文在玻璃衬底上沉积硅薄膜，研究溅射工艺参数对薄膜的光学性能和结构组分的影响。本论文的主要研究内容和结论可总结如下：１、随着溅射氢气分压增加，硅薄膜光学带隙（Ｅｇ）增大，折——————————————————————————————————————-------------

3、-----------------------------------------------------------------------------------射率减小，吸收系数和消光系数减小，薄膜的有序度逐渐减小。硅薄膜的沉积速率随氢分压的增加先增大后减小，在低溅射功率、高氢稀释比条件下，沉积速率超过１０ｎｍ／ｍｉｎ。２、沉积温度升高，Ｅｇ逐渐减小并趋于平稳，折射率变大，吸收系数和消光系数增大，薄膜有序度增加。基片温度的变化对薄膜沉积速率的影响很小。３、随着溅射电流的增大，薄膜的截止边逐渐红移。沉积电流增加，Ｅｇ减小，薄膜的折射率逐渐增大，吸收系数也增大。但对Ｏ．１

4、４Ａ电流沉积样品的Ｅｇ、折射率和吸收系数都偏离这一趋势。低功率下沉积薄膜的有序度高。沉积速率随溅射功率的增大而单调增大，在较大沉积功率下，沉积速率可达３０ｎｍ／ｍｉｎ。４、薄膜的折射率、吸收系数和消光系数均随波长的增加而减小。拉曼光谱测试结果表明，所沉积薄膜中没有生成晶粒。在４００ｎｍ波长处，改变沉积参数，薄膜吸收系数在１０４ｃｍｌ到１０５ｃｍ。１数量级之间变化，消光系数在０．３附近。５、沉积的薄膜样品经长期放置以后，薄膜的有序度降低很多。红外光谱分析表明薄膜中存在ＳｉＨ，ＳｉＨ：或（ＳｉＨ。）。键以及Ｓｉ一０键；增加沉积时的氢气分压，氢在薄膜中的存在状态稳定。Ｘ射线光电子

5、能谱（ＸＰＳ）测试分析得出，薄膜试样表面由Ｎ，Ｃ，０，Ｎａ，Ｓｉ组成；当膜厚达到约４０ｎｍ时，较高沉积温度下，玻璃中的Ｎａ＋离子不会扩散到膜面上。——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------关键词：硅薄膜，磁控溅射，光学常数，结构有序ＩＩＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｓｏｌａｒｃｅｌｌｓｉｓａｎｅｗｉｎｄｕｓｔｒｙｉｎＣｈｉｎａ．ｗｈｉｃｈｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｖ

6、ｅｒｙｆａｓｔｉｎｒｅｓｅｎｔｙｅａｒｓ．Ｔｈｅｈｉｇｈｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｐｒｉｃｅｒａｔｉｏｏｆａ．Ｓｉ：ＨａｎｄＣ．Ｓｉ：Ｈｔ１１ｉｎｆｉｌｍｓｏｌａｒｃｅｌｌｓｉｎｓｉｌｉｃｏｎｂａｓｅｄｓｏｌａｒｃｅｌｌｓｗａｓｖｅｒｉｆｉｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｉｓｆｉｅｌｄ．Ｔｈｅｓｉｌｉｃｏｎｔｈｉｎｆｉｌｍｓｈａｖｅｂｅｅｎｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｍａｇｎｅｔｒｏｎｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｎｏｒｄｅｒｔｏｇｅｔｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｄａｔｕｍｎｅｅｄｅｄｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｔｏｄｅｐｏｓｉｔｈｉｇｈｑｕａｌｉｔｙｄｅｖｉｃｅ．１

7、ｅｖｅｌｆｉｌｍｓｂｙ——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｍａｇｎｅｔｒｏｎｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇｉｓａｓｉｍｐｌｅ，ｆａｓｔｆｉｌｍｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｗｈｉｃｈＣａｎｄｅｐｏｓｉｔｄｏｐｅｄｓｉｌｉ