射频等离子体CVD法制备a-Si:H薄膜的研究

摘要

硅薄膜是常用光学薄膜材料之一，由于其工艺简单，制作成本较低，可选衬底较多，同时兼容硅半导体工艺，因此在太阳能电池应用中具有广泛的前景。
　　本论文研究目的在于通过两种 PECVD方法，即电容耦合等离子体增强化学气相沉积（CCP-CVD）法和电感耦合等离子体增强化学气相沉积（ICP-CVD）法，以 SiH4和 H2为前驱体，制备了多种参数条件下的硅薄膜。比较了两种 PECVD方法的原理及特点，并研究了氢稀释比、工艺功率、工艺压强及温度对硅薄膜的影响。研究了利用实验室设计的CCP-CVD设备进行工艺前的清洗条件，以保证工艺稳定进行。并研究了这些参数对薄膜沉积速率、膜表面均匀性、表面晶粒及光学性能的影响。本工作主要研究成果如下： SiH4和 H2流量对CCP-CVD设备辉光放电影响较大，随着 SiH4气体流量的增大，辉光颜色由暗紫色变为蓝色再变为暗紫色。当SiH4流量为15 sccm，H2流量为10 sccm时，辉光最稳定。工艺功率与工艺气压对辉光稳定性没有明显影响；随着工艺时间的累积，CCP-CVD法辉光颜色越来越深，工艺腔内部被非晶硅颗粒污染；利用SF6与O2蚀刻非晶硅颗粒，当SF6与O2气流量分别为15 sccm和5 sccm时，蚀刻速率最快，效果最好。利用CCP-CVD法制备硅薄膜过程中，只能制备出a-Si薄膜，并且薄膜表面不均匀，沉积速率低，薄膜性能差，沉积系统不稳定，无法制备出满足器件级要求的硅薄膜。利用ICP-CVD法制备硅薄膜时，能沉积出性能良好的a-Si薄膜和多晶硅薄膜。当氢稀释比为98%时能沉积出结晶率为65%的多晶硅薄膜。功率更高或温度提高均可以提高硅薄膜结晶率。同时研究了硅薄膜的掺杂。当PH3以98%的H2稀释，功率3 kW、温度350℃、压强10 mTorr时，可以得到电导率为1.916Ω?1?cm?1的n型多晶硅薄膜，并且当压强增加为22 mTorr时，n型多晶硅薄膜的能带间隙可以减小到1.29 eV。当氢稀释比为77%时可以很容易制备性能良好的a-Si薄膜。当功率为2 kW，压强为20 mTorr，温度为200℃时，a-Si薄膜的能带间隙能达到1.77 eV。同时对a-Si薄膜进行p型掺杂可得到电导率为0.315Ω?1?cm?1的p型a-Si薄膜。

目录

声明

答辩决议书

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 非晶硅薄膜概述

1.3 硅薄膜的应用

1.4 本文研究内容

第二章 薄膜制备及表征方法

2.1薄膜样品主要制备方法

2.2 RF PECVD生长非晶硅薄膜原理

2.3薄膜样品性能表征方法

第三章 CCP-CVD制备非晶硅薄膜的研究

3.1 实验设备

3.2 实验过程

3.3 CCP-CVD制备硅薄膜的分析

3.4 本章小结

第四章 ICP-CVD制备硅薄膜的研究

4.1 ICP-CVD结构与原理

4.2 实验过程

4.3 ICP-CVD制备硅薄膜的研究与分析

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 研究结论

5.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文