vhf-pecvd法高速率沉积氢化微晶硅薄膜

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第25卷第2期太阳能学报V01．25．No．22004年4月ACTAENERGIAEso[ARISSINICAApr．，2004文章编号：0254—0096(2004)02—0127—06vHF．PECVD法高速率沉积氢化微晶硅薄膜杨恢东1,2，吴春亚，黄君凯2，麦耀华，张晓丹，薛俊明，任慧志，赵颖，耿新华，熊绍珍(1南开大学光电所．天津30007I；2暨南大学电子工程系，广州510632)摘要：采用光发射谱(oEg)技术对氢化微晶硅(c—Si：H)薄膜的甚高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)生长过程进行了原位监测，并对不

2、同沉积条件下VHF等离子体中Sil和H的发光峰强度与薄膜沉积速率之间的关系进行了分析与讨论。通过Raman光谱、x射线衍射与扫描电子显微镜(sEM)测量，研究了c—Si：H薄膜的结构特征与表面形貌。基于当前的沉积系统，对c—Si：H薄膜沉积条件进行了初步优化，使c—Si：H薄膜的沉积速率提高到2．0nm／s。关键词：光发射谱；氢化微晶硅薄膜；甚高频等离子体化学气相沉积；高速沉积中图分类号：TK511．4文献标识码：APECVD系统中制备，衬底为Corning7059玻璃，0引言电极为方形(4×6cm)，其间距为2．5cm，衬底温近年来，低温沉积的氢化微晶硅(c—si：H)薄度的恒定由

3、一自动控温的辐射加热器实现，Ⅵ膜在太阳能电池E1I2j、薄膜晶体管E3]以及彩色传感电源的频率为60MHz、70MHz、80MHz和90MHz，器EJ等领域得到了越来越广泛的应用。但由于c—功率范围为0～100W，真空室的本底真空约为1×Si：H为间接带隙，作为太阳能电池的有源层材料l0Pa。为了研究沉积条件对c—Si：H薄膜沉积速时，为了保证充分的光吸收，其厚度通常达几个微率的影响，制备了等离子体频率、工作气压和等离米，而采用高氢稀释硅烷作为反应气体的射频等离子体功率三个系列的样品，并在沉积过程中采用光子体化学气相沉积(RF—PECVD)技术制备c—Si：H谱范围为380～780n

4、m的SpectrascanPR650型分光薄膜时，普遍存在生长速率过低的问题，从而使计对Ⅵ等离子体进行原位光发射谱(OES)测量。c—si：H薄膜在低成本太阳能电池领域的应用受到此外，还制备了不同硅烷浓度和不同衬底温度条件限制。因此，如何提高c—si：H薄膜的沉积速率已下的两种样品系列，对a—Si：H到c—si：H的过渡经成为c—si：H薄膜研究的热点[。]：其中，区域进行了观察。样品的厚度通过光学多道分析器Ⅵ一PECVD技术因为与常规的RF—PECVD技术(OMA)~0量透射反射谱获得，由此进一步可以得具有良好的兼容性，在c—si：H薄膜的制备研究中到c—si：H薄膜的沉积速率。样

5、品的结构特性由X得到了广泛关注并取得了较大的进展E11?本文射线衍射(XRD，RetakeD／MAX2500)和Raman光通过采用光发射谱(OES)技术对不同工艺参数条件谱(Micro-RamanscopeMKI2000，Renishaw)予以表下c—Si：H薄膜沉积过程中的Ⅵ等离子体进行征，薄膜的表面形貌与粗糙度则通过扫描电子显微原位监测，以揭示出影响薄膜沉积速率的关键因镜(SEM，HitachiX一650，加速电压为20kV)测量。素，从而优化沉积工艺参数，实现c—Si：H薄膜的2结果与讨论高速率沉积。1实验2．1~c-Si：H薄膜的沉积速率与OES结果之间的关系图1a、图2a

6、和图3a所示分别为／,c—Si：H薄c—Si：H薄膜在平行板电容方式耦合的Ⅵ一收稿日期：2002．11-27基金项目：国家重点基础发展规划项目“973”资助((}2001)0282—2G20000282—3)维普资讯http://www.cqvip.com128太阳能学报25卷膜的沉积速率随等离子体激发频率、工作气压和等离子体功率的变化关系，图lb、图2b和图3b所示则为对应沉积条件下的OES测量结果，应当指出的是，这里我们主要讨论与c—Si：H薄膜沉积过程密切相关的发光峰：对应于Sil(412nmA△；v=0一XH；=0)的发光强度J*和H(656nm)的发光强度JH～12,131

7、。由图la和图lb可知，等离子体激发频率的增大可有效地增大c—Si：H薄膜的沉积速率和JH*、J，这表明，提高等离子体激发频率有利于产生原子H，从而有利于c—Si：H薄膜的生长。然而，由图2a和图2b可知，沉积速率在40～180Pa范围内随气压的增加而强单调增加，与JH*、J*的变化规律并不相一致。产生这一差异的原因在于：尽管随着工作气压的增∽加，电子平均自由程减小导致反应前趋物减少，但0与此同时高气压下等离子体刻蚀能量的减少将导致沉积速率的增加。由于我们