低温高压快速生长纳米晶硅薄膜中氢的作用

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2、头大学物理系,广东汕头515063)摘　:　SiH4/H2为气源,用PECVD沉积技术,要以)高压下(230Pa)下制备出优质纳米晶在低温(200℃、硅薄膜。研究氢在高速生长纳米晶硅薄膜材料中的作用。实验表明,氢对纳米晶硅薄膜的高速生长起到非常关键的作用。随着氢稀释率由95%提高至99%,薄膜的晶化率由30%增大到70%,晶粒尺寸由3.0nm增大至6.0nm,而沉积速率却由0.8nm/s降低至0.3nm/s。关键词:　纳米晶硅薄膜;氢稀释;晶化率;RF2PECVD中图分类号:　TM914.4文献标识码:A文章编号:100129731(2008)11218392041　　引言近年来在

3、硅基光电薄膜制备中常用的方法都是基于化学气相淀积法(CVD)发展而来的[1～6]。其中射频等离子体增强化学气相淀积法(RF2PECVD)制备的薄膜比用其它方法制备的要好得多,比如有较低的隙态密度和较大的光电导等,而且容易实现非晶半导体的掺杂效应,制造出薄膜太阳能电池和薄膜晶体管等电子器件。但传统采用的低温、低压(<70Pa)的RF2PECVD技术制备的氢化微晶硅薄膜,沉积速率很低(0.02～0.05nm/s),这样低的沉积速率影响了生产效率,因而难以形成大规模生产,不适合推广应用。为了提高沉积速率,必须加大射频辉光放电的激励功率,然而,大的激励功率可能造成高能量的离子对薄膜生长表面

4、的轰击,影响材料的质量。为了解决这一矛盾,我们采用高氢稀释SiH4,运用高的反应气压(>130Pa),匹配比较高的激励功率(>70W),这样既可加快等离子体区SiH4的分解速度,同时增加原子氢的密度,降低等离子体中电子温度,从而降低离子对薄膜生长表面的轰表1　不同氢稀释率下样品的测试结果Table1TestresultofthesamplepreparedunderdifferentH2diluteratio3基金项目:韩山师范学院扶持科研课题资助项目(FC200508);韩山师范学院青年科研基金资助项目(0503)收到初稿日期:2008205219收到修改稿日期:20082072

5、31通讯作者:邱胜桦作者简介:邱胜桦　(1971-),男,广东潮州人,讲师,硕士,从事硅基光电薄膜的研究。?1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net暗电导率氢稀释率(SiH4+H2)σ(Ω-1?-1)H2/cmd991.35E26988.13E27971.16E2-7968.11E28955.62E28光敏性σ/σpd5.785.787.588.879.72激活能Ea(eV)0.280.330.470.560.61击能量。在我们实验室,用常

6、规的13.56MHz的RF2PECVD系统,在高氢稀释(氢稀释率>95%)条件下,可以制备出沉积速率达0.8nm/s,晶化率>60%的纳米晶硅薄膜。本文用Raman谱、原子力显微镜、V2U8500紫外可见光分光光度计等有效分析工具分析了氢稀释率对纳米晶硅薄膜晶化率、沉积速率、晶粒尺寸的影响,讨论氢在纳米晶硅薄膜形成和生长中的作用。2　实验方法用等离子体化学气相沉积法制备薄膜以前有过详细报道[7,8]。本实验所用PECVD薄膜沉积系统(PECVD2350)为中国科学院沈阳科学仪器研制。反应室内电极面积约100cm2,上下电极间距为2.0cm,上电极接射频功率源,衬底置于下电极上,采用

7、Cor2ning7059玻璃片和单晶Si片,反应室内背景真空度高于2×-4Pa。实验以SiH4/H2为源气体,气体总流10量为100ml/min,氢稀释率R=H2/(SiH4+H2)在95%～99%范围内变化,反应气压230Pa,射频功率70W,衬底温度200℃,沉积时间1h。对样品的测试,我们采用Keithley静电计测定纳米晶硅薄膜的室温暗电导σ、电导σ(光强为d光p2100mW/cm)和电导激活能;用Raman谱(LabramI型Raman光谱仪分辨率1.0cm