基于纳米硅铝诱导的多晶硅薄膜制备与性能研究

摘要

多晶硅薄膜具有较高的光敏性、对可见光的吸收性，兼具有晶体硅的稳定性和非晶硅薄膜制备工艺简单的优势，是理想的高效率、低衰减光伏器件材料。铝诱导法制备多晶硅薄膜具有制备温度低、时间短、晶粒尺寸大、薄膜结晶质量高等优点。为了获得具有较高载流子迁移率的多晶硅薄膜，就需要提高其晶粒尺寸和结晶性能。本文基于此目的，我们利用磁控溅射仪和热丝化学气相沉积技术制备了衬底/纳米硅/氧化硅/铝(Glass/nc-Si/SiO2/Al)叠层结构，深入研究了铝诱导纳米硅制备多晶硅薄膜的工艺，并从动力学角度进行了机理分析，采用多种表征手段测试了薄膜的形貌、结构、电学性能和光学性能。
　　在普通退火条件下，对Glass/nc-Si/SiO2/Al叠层结构进行了不同工艺的诱导退火，XRD结果显示多晶硅具有Si(111)择优取向，Raman结果则表明该薄膜的结晶性能较好。诱导温度、诱导时间、硅铝厚度比对诱导结果都有重要影响。在425℃、5h条件下获得了400μm的大晶粒，当诱导温度越高，小晶粒增多、大晶粒减少，结晶性能变好，薄膜透射率变小；样品经过425℃、7h诱导后，晶粒形貌改变，方块电阻和电阻率降低；当硅铝厚度比提高时，大晶粒增多、小晶粒减少，结晶质量提高，方块电阻和电阻率变高。从动力学的角度分析了铝诱导纳米硅生成大晶粒多晶硅的机理。
　　在等离子体辅助退火条件下，我们研究了诱导温度、诱导时间、射频功率对Glass/nc-Si/SiO2/Al结构诱导结果的影响。随着诱导温度升高，晶粒尺寸增大，最大晶粒为500μm，结晶性越来越好，方块电阻和电阻率升高；随着诱导时间增加，晶粒形貌变为不规则多边形，晶化率逐渐提高，在450℃、5h、30W条件下，晶化率达到97％；当功率提高时，薄膜结晶质量也在提高，对可见光的透射率降低。分析机理是由于氢等离子体的钝化作用随着诱导温度升高、诱导时间增加、射频功率提高而越来越显著，结合纳米硅诱导源这一因素，最终获得了更大晶粒、更高质量的多晶硅薄膜。

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图表清单

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 多晶硅薄膜概述

1.3 铝诱导多晶硅薄膜综述

1.4本课题的研究思路与内容

第二章薄膜制备与表征

2.1 实验仪器与原料

2.2 薄膜制备

2.3 薄膜性能表征技术

第三章 铝诱导纳米硅制备多晶硅薄膜的研究

3.1 引言

3.2实验方法

3.3诱导温度的影响

3.4 诱导时间的影响

3.5硅铝厚度比的影响

3.6铝诱导纳米硅与铝诱导非晶硅的结果对比

3.7 本章小结

第四章 等离子体辅助铝诱导纳米硅制备多晶硅薄膜的研究

4.1引言

4.2实验方法

4.3诱导温度影响

4.4诱导时间影响

4.5 射频功率影响

4.6 等离子体辅助铝诱导纳米硅与铝诱导非晶硅的结果对比

4.7 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文