APCVD法多晶硅薄膜的制备及其性能研究

摘要

多晶硅薄膜作为一类新型半导体材料，具有较高的光吸收率及光电导等优异性能，同时还兼有单晶硅材料高迁移率及非晶硅材料可大面积、低成本制备的优点。目前已被广泛应用于一些半导体器件和集成电路中。因此，该材料制备工艺引起了研究人员的广泛关注。本文主要研究常压化学气相沉积法(APCVD)多晶硅薄膜的制备工艺与性能影响。实验分别考察沉积温度、反应时间、SiH4浓度及衬底材料等条件对薄膜结构、晶相生长及性能方面的影响，并对ITO导电玻璃上薄膜的制备进行探讨，从而得到APCVD法多晶硅薄膜的制备工艺与性能的影响规律。研究表明:
　　(1)以Sill4为硅源，N2为载气，采用APCVD方法在玻璃基板上成功制备了柱状多晶硅薄膜。随着沉积温度从700℃增加至1000℃，Si晶相快速增长，当温度为700％，薄膜表面光滑，此时平均粗糙度Sq最小为9.04nm，晶粒尺寸最大（约150～200nm）;随着反应时间从30s延长到60s，Si晶粒逐渐增大，薄膜均匀致密，表面粗糙度Sq最小为8.72nm，但时间超过90s后却不利于柱状多晶硅薄膜在空间上的持续生长;随着Sill4浓度从1.0％增大到4.0％，Si薄膜的特征峰(111)、(220)、(311)均开始出现，且强度不断增强，峰形也越尖锐，故SiH4浓度增加至4.0％对APCVD法多晶硅薄膜生长有利。
　　(2)对于APCVD法多晶硅薄膜的制备，ITO导电玻璃衬底较普通玻璃衬底表现出很强的诱导作用;所得薄膜产品颗粒均匀，表面粗糙度Sq可达8.49nm;同时也改善了薄膜的导电性。
　　(3)随着沉积温度升高、反应时间延长或SiH4浓度增加，硅薄膜厚度均增加，致密性均提高，导致薄膜对光吸收逐渐增强，吸光度Amax=5.98;透射率下降，在可见光波长范围内Tmin=20.36％，颜色加深至金黄色。薄膜在ITO导电玻璃衬底上与在普通玻璃衬底上相比，前者对光的吸收更强，在可见光区域的透射率更低至6.23％;后者硅薄膜的方块电阻R口(≥0.521×105Ω/sq)比前者R口(范围167.3～466.2Ω/sq)大2个数量级，故ITO导电玻璃上薄膜的电学性能更优异。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 前言

1．2 多晶硅薄膜研究概况

1．2．1 晶体硅的结构与性质

1．2．2 多晶硅薄膜的结构特点

1．2．3 多晶硅薄膜的光电性能

1．2．4 多晶硅薄膜的主要应用

1．3 多晶硅薄膜制备方法

1．3．1 物理气相沉积法(PVD)

1．3．2 化学气相沉积法(CVD)

1．3．3 液相外延法(LPE)

1．3．4 固相晶化法(SPC)

1．3．5 准分子激光晶化法(ELC)

1．3．6 金属诱导晶化法(MIC)

1．4 本课题意义与研究内容

1．4．1 立题依据及意义

1．4．2 研究内容及创新点

第2章 多晶硅薄膜的制备与表征

2．1 引言

2．2 实验材料与仪器

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验仪器

2．3 实验装置与制备过程

2．3．1 实验装置

2．3．2 薄膜制备过程

2．4 薄膜性能测试与表征

2．4．1 X射线衍射分析(XRD)

2．4．2 傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)

2．4．3 扫描电子显微镜(SEM)

2．4．4 原子力显微镜(AFM)

2．4．5 紫外-可见分光光度计(UV-Vis)

2．4．6 四探针法电阻测定

2．5 本章小结

第3章 APCVD法多晶硅薄膜的制备工艺

3．1 引言

3．2 沉积温度对APCVD法多晶硅薄膜制备的影响

3．2．1 晶型结构的影响

3．2．2 晶相生长的影响

3．3 反应时间对APCVD法多晶硅薄膜制备的影响

3．3．1 晶型结构的影响

3．3．2 晶相生长的影响

3．4 SiH4浓度对APCVD法多晶硅薄膜制备的影响

3．4．1 晶型结构的影响

3．4．2 晶相生长的影响

3．5 衬底材料对APCVD法多晶硅薄膜制备的影响

3．5．1 晶型结构的影响

3．5．2 晶相生长的影响

3．6 SiH4分解生成Si的热力学分析

3．7 本章小结

第4章 沉积条件对多晶硅薄膜的性能影响

4．1 引言

4．2 光学性能分析

4．2．1 沉积温度对薄膜光学性能的影响

4．2．2 反应时间对薄膜光学性能的影响

4．2．3 SiH4浓度对薄膜光学性能的影响

4．2．4 衬底材料对薄膜光学性能的影响

4．3 电学性能分析

4．3．1 电学性能的表征原理

4．3．2 不同沉积条件下的电学性能研究

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 研究展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果