氢气稀释比例对多晶硅薄膜微观结构和沉积特性的影响.pdf

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1、第34卷第3期核聚变与等离子体物理、，01．34．No．32014年9月NuclearFusionandPlasmaPhysicsSep．2014文章编号：0254--6086(2014)03-0275-07氢气稀释比例对多晶硅薄膜微观结构和沉积特性的影响宋莎莎，左潇，魏钰，陈龙威，舒兴胜(中国科学院等离子体物理研究所，合肥230031)摘要：利用电感耦合等离子体增强化学气相沉积法(ICP．PECVD)直接在普通玻璃衬底上低温沉积多晶硅薄膜，主要研究了不同氢气稀释比例对薄膜沉积特性和微观结构的影响。采用x射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪和扫描电

2、子显微镜(SEM)表征了在不同氢气比例条件下所制备多晶硅薄膜的微结构、形貌，并对不同条件下样品的沉积速率进行了分析。实验结果表明：随着混合气体中硅烷比例的增加，薄膜的沉积速率不断增DII；晶化率先增加，后减小；当硅烷含量为4．8％时，晶化率达到最大值67．3％0XRD和SEM结果显示多晶硅薄膜在普通玻璃衬底上呈柱状生长，且晶粒排列整齐、致密，这种结构可提高载流子的纵向迁移率，有利于制备高效多晶硅薄膜太阳能电池。关键词：电感耦合等离子体；等离子体增强化学气相沉积；多晶硅薄膜；氢气比例中图分类号：0539文献标识码：A1引言较小，均匀性较差【l】。

3、直接法主要有热丝化学气相沉积法和等离子体增强化学气相沉积法。热丝法由太阳能电池是利用光伏效应将太阳能转化成于局部温度较高、均匀性较差、热丝易脆化等，很电能的一种器件。为了解决体硅太阳能电池高成本难大面积应用。等离子体增强化学气相沉积法被广的问题，开发低原料消耗的硅基薄膜太阳能电池成为这一领域研究的重要方向。硅基薄膜电池主要有泛应用于多晶硅薄膜的沉积，常用于化学气相沉积的等离子体源有电容耦合等离子体源(CCP)、电感非晶硅、单晶硅和多晶硅薄膜电池。而非晶硅薄膜耦合等离子体源(tcP)、电子回旋共振等离子体源电池性能不稳定，寿命较短；单晶硅薄膜电池

4、制备(ECR)等。ICP源具有其独特的优势，主要表现在：成本高昂，很难在民用中推广。多晶硅薄膜电池兼具两者之长，与单晶硅薄膜电池相比，其电池材料(11与ECR源相比，ICP源不需要微波电源和外加磁场，装置结构简单【3】，成本较低；(2)与CCP源制备成本较低，可大面积生产；与非晶硅薄膜电池相比，其电池转化效率较高，稳定性好，且不发生相比，其等离子体密度较高(在10mTorr时～10cm-0)t41，对气源的分解具有促进作用，进而提光致衰退效应。多晶硅薄膜的制备方法分为间接法高薄膜沉积速率；(3)等离子体电位、电子温度较和直接法。间接法包括固相晶

5、化法、金属诱导横向低，可在低温条件下沉积多晶硅薄膜；(4)ICP等离晶化法、激光晶化法。固相晶化法退火温度较高，不适合廉价的玻璃衬底[1]，金属诱导法制备的多晶子体源在实现大面积上已经取得了一定进展，Kim等实现了1020x830mm内置电感耦合等离子体L5J。硅薄膜中会含有金属杂质，激光晶化法可以降低硅薄膜的结晶温度[，但生成的多晶硅薄膜晶粒尺寸鉴于多晶硅薄膜优异的光电性能与较低的制备成收稿日期：2Ol3-097；修订日期：20l4_04_02作者简介：宋莎莎(1986-)，女，陕西咸阳人，硕士研究生，从事低温等离子体表面处理和薄膜沉积研究。

6、276核聚变与等离子体物理第34卷本以及ICP源独特的优势，本文主要研究低温璃衬底上沉积的多晶硅薄膜结构及性能的影响。(290_+10)~C条件下，在普通玻璃衬底上使用电感耦合等离子体增强化学气相沉积法(ICP—PECVD)制备多晶硅薄膜。采用x射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪和扫描电子显微镜(SEM)对多晶硅薄膜进行结构和形貌的表征。多晶硅薄膜的微观结构直接影响薄膜的光电特性，进而影响所制备器件的性能和稳定性。很多研究发现氢可以钝化硅薄膜中的悬挂键及降低薄膜的缺陷态密度【6】，但对氢稀释比例和多晶硅薄膜的微观结构以及沉积性质之间的关系尚未有深

7、入研究，本文将主要探讨不同氢气比例对多晶硅薄膜沉积特性和微观结构的影响。图I电感耦合等离子体增强型化学气相沉积系统2实验2．1实验装置表1硅薄膜样品的沉积参数实验采用ICP．PECVD装置在普通玻璃衬底上参数数值低温沉积多晶硅薄膜，如图1所示。圆柱形不锈钢本底真空，l旷】Pa2．5基片温度，。c29O士l0真空室的内径为15cm、高为16cm，基片台可垂直天线底部到基片距离／em5升降，基片台温度可通过加热器进行调节，在等离放电功率／w70工作气压，Pa5．6子体产生和通入工作气体后基片温度会稍有波动(士10。c)。真空室上部为石英玻璃管，内径

8、为4．6cm、2．3硅薄膜的表征高为15cm。耦合天线为外置式螺旋柱状线圈，实采用x射线衍射仪(x射线源采用Cu的Knl验电源是一个频率为13．56M