气相高速沉积优质过渡区微晶硅薄膜

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1、2004年8月A绝布十‘‘.女.化a月卜月u卜体4亡科、，阮吐.件和先电月.件铆本合供里分九月仓二称翻卜月咚争本奋棍射频等离子体增强化学气相高速沉积优质过渡区微晶硅薄膜，周炳卿’。2刘丰珍’朱美芳”刘金龙’谷锦华’张群芳’李国华3丁现3I.中国科学院研究生院物理系，北京100039:2.内蒙古师范大学物理与电子信息学院，呼和浩特0100223.中国科学院半导体研究所，北京，1000830摘要:本文利用’3.56MHz射频等鱼至翌丝逃竺迎醚:(RF-PECVD’技术高速沉积非晶/A[晶过渡区的微晶硅(二一Si:H)薄膜·研究了鱼L扭里友、射频功率、电极间距·氢稀释度等参数对沉积速率、曳

2、燮步等的影响·通过选择适当的沉积参数，在过渡区得到了沉积速率为3-4从的We-Si:H薄膜材料。相应地。薄膜的暗电导在10一IS/cm量级，光暗电导比近2个量级，电导激活能在0.52eV左右，稳定性好，达到了器件级质量。关性词微晶硅薄膜;PECVp高速沉积_一犬X微晶Jj}(1tc-Si:H)薄膜材料是一种稳定性好、吸收系数高的光伏材料，是目前薄膜太阳电池研究的热点111。在非晶到微晶过渡区的W-Si:H薄膜材料具有好的光电特性，采用这种薄膜制备的太阳电池通常有高的效率。为了保证足够的太阳光吸收，在Nc-Si:H薄膜太阳电池中，通常本征i层的厚度为1-2Wm。因此，研究1tc-Si:

3、H薄膜的高速沉积成为降低太阳电池的生产成本，获得廉价电池的非常重要的课题。目前，高速沉积Wc-Si:H薄膜的技术主要有热丝化学气相沉积(HWCVD)、甚高频等离子化学气相沉积(VHF-PECVD).HWCVD能够获得较高沉积速率的优质Wc-Si:H薄膜，但HWCVD技术与其它技术的兼容性问题箫要进一步的研究1z1,VHF-PECVD方法沉积速率较高131，但其设备费用昂贵，且获得大面积均匀的薄膜有困难[al.RF-PECVD方法在工业生产中广泛应用，技术成熟，费用低廉，与其它技术兼容性好，但通常情况下，其生长1tc-Si:H薄膜的沉积速率<1灿[51为采用RF-PECVD技术高速沉积

4、Nc-Si:H薄膜，人们做了各种尝试:采用高的射频功率可以获得较高的沉积速率，但材料由于高功率下的离子轰击，薄膜性能变差[61高气压高功率在高氢稀释和大流量的情况下也可以获得较高沉积速率171，但高功率、大流量不利于降低电池成本。本文利用RF-PECVD技术，在较低射频功率和气体流量条件下，通过改变沉积压力、射频功率、电极间距、硅烷浓度等参数，在非晶撇晶过渡区获得高速、优质的ILc-Si:H薄膜。2、实验[tc-Si:H薄膜采用13.56MHz的RF-PECVD设备制备。电极面积为150X150mm'，沉积气压P,-0.l-3Totr，气体总流量。mw=50-200sccm，硅烷浓度

5、SC=[SiH4]/[SiH4+H2]=1-8%，衬底温度T,=150-300-C。射频功率PW=a0W-IOOW，电极间距d=1.25cm-3cma薄膜厚度用Dektak2A型阿尔法台阶仪恻量和用薄膜透射谱分析计算得到。在真空中测量了薄膜的室温暗电导。d和光电导。p(AM1.5,100MW/c扩)及电导激活能E,，为确定材料稳定性，对样品在空气中放置2个月前后的“d"Op以及E,进行了比较。薄膜的晶化情况用Raman谱的TO模振动.本课题得到国家基础发展规划(973)项目基金(编号:G2000028208)资助、-mail:mzfhu里escasac.cn2004468月J忆自.攀

6、州卜二盖月全曰下匕嗯卜确.月u卜体力亡月咚、，食口匕月.件月.J匕电月.甲卜学洲卜祖H民里分大月金二体门卜月.学木川卜棍峰来确定。Raman谱中520cm，处的峰为晶态峰，480cm，处的峰为非晶峰，500cm，处的峰为小晶粒的散射峰，其积分面积分别用’520.1480和’sw来表示，采用三峰高斯拟合，通过公式戈一示澎气来确定晶态比Xc}[81^3.结果与讨论为了对薄膜沉积参数进行优化，获得高速沉积、优质的过渡区微晶硅薄膜，首先对系统结构参数进行优化图1为沉积速率凡与电极间距d的关系(SC=7%,P=lTotr,Ts=2000C,Pw-80W)。当d=1.5cm时，薄膜沉积速率最大，

7、大约为4.5灿。然后，随着d的增大，沉积速率逐步下降。电学实验结果表明，在d=1.5cm时，尽管沉积速率大，但薄膜的光电导“P很小，电导激活能Ee仅有0.14eV，不满足高效Pc-Si:H薄膜太阳电池对llc-Si:H薄膜材料的要求(通常认为用于电池的优质本征tic-Si:H薄膜应该具有一0.5eV的激活能和两个数量级的光暗电导比:0d-10-'S/cm,0P-10-5S/cm)。电极间距d在2.0-2.5cm范围，薄膜沉积速率>3A/s，且薄膜的光电性能