甚高频等离子增强CVD法制备微晶硅锗薄膜的研究

摘要

微晶硅锗薄膜作为窄带隙材料，具有吸收系数高、带隙可调的优点，是非常有前景的叠层太阳电池的底电池吸收层材料。但薄膜中锗的增加，使缺陷态增多，影响薄膜的光电性能，阻碍了其在太阳能电池中的实际应用。
　　 本文分别以Si2H6和GeH4 及SiH4和GeH4 两种气体组合为源气体，用甚高频等离子增强化学气相沉积(VHF-PECVD)制备硅锗薄膜，研究锗对薄膜性能的影响。与SiH4和GeH4 制备的薄膜系列相比，Si2H6和GeH4 制备的薄膜中锗的融入速率相对较慢；同时Si2H6和GeH4 制备的硅锗薄膜随着锗烷浓度的增加薄膜结构始终保持一定的有序度。GeH4与Si2H6 生长的薄膜在保持一定晶化比例的前提下，光敏性相对较高。与SiH4 相比，Si2H6在与GeH4组合生长微晶硅锗薄膜有一定的优势。采用Si2H6和GeH4作为源气体制备微晶硅锗薄膜，通过调节反应过程中衬底温度、气体总流量、等离子功率和压强等参数，对微晶硅锗薄膜进行优化。
　　 最终发现：随着衬底温度的增加，薄膜有序度增加；随气体总流量增加，薄膜的生长速率增加，晶化率逐渐减小；随着功率的增加材料的晶化率增加，但当功率超过一定值时，正离子对薄膜表面的轰击增强，增加了缺陷生成的几率并引起光电特性的劣化；反应气压过大会造成薄膜趋于非晶化，反应气压太小，容易造成缺陷态增加，降低薄膜质量。
　　 最终，在衬底温度为190℃，锗烷浓度为10[％]，辉光功率12W，压强为100Pa的条件下，制备出晶化率为42.7[％]，锗含量为20[％]，光敏性达到103 量级以上的微晶硅锗薄膜。