RF-PECVD和DBD-PECVD制备a-Si：H薄膜的性能研究及其比较

摘要

本文介绍非晶硅在太阳能电池的应用和制备的方法，着重介绍了RF-PECVD和DBD-PECVD两种制备方法，并且讨论了两种方法中，参数对制备的非晶硅薄膜的性能影响，比较了两种方法在制备非晶硅上的优劣，探讨了新兴制备方法DBD-PECVD沉积非晶硅的机理。 影响非晶硅沉积的因素很多，通过研究发现，在RF-PECVD中：提高硅烷浓度、沉积功率和沉积温度都能提高a-Si：H的沉积速率，最高沉积速率可达0.39nm/s。硅烷浓度增加会导致a-Si：H薄膜中的SiH组态向SiH2组态转变，同时增加薄膜光学带隙的宽度。沉积功率增加会使膜层容易脱落，并导致a-Si：H薄膜中的SiH组态向SiH2组态转变，同时增加薄膜光学带隙的宽度。当沉积温度超过350℃后，沉积速率会有所下降。当沉积温度降到150℃下，a-Si：H薄膜中的SiH组态向SiH2组态转变，200℃后，光学带隙随沉积温度的增加而变宽。高沉积功率和高硅烷浓度更容易导致气相成核。 RF-PECVD中，B的掺入会导致a-Si：H薄膜发生晶化，并且晶化后，晶粒尺寸随着掺硼量的增加而增大。薄膜的室温电导率随着沉积温度的增大而增加，并且在280℃时达到最高值。薄膜的室温电导率随着掺硼量的增加而增大，当掺杂比大于0.01时，有出现饱和趋势。最高电导率达到7.76×10-5Ω-1cm-1。掺杂分数的增加会导致光H音电导比的迅速下降，在掺杂比高于0.002后，光暗电导比趋于稳定，在20倍左右波动。 本次DBD-PECVD法制备得到的非晶硅薄膜以SiH2，SiH3键合方式为主。沉积电压的升高和硅烷浓度的增加都有利于提高沉积速率，最高沉积速率为0.44nm/s，随着硅烷浓度的增加，a-Si：H薄膜的主要键合方式发生变化，从SiH3键向SiH2键移动，所以预测，如果进一步提高硅烷浓度，有可能沉积出SiH键为主的a-Si：H薄膜，硅烷浓度增加有利于沉积出高品位的a-Si：H薄膜也是符合普遍看法的。同样的在DBD-PECVD中沉积功率和硅烷浓度的增加也会使气相成核现象更严重。同时本次DBD-PECVD实验中，沉积功率、硅烷浓度的改变都没有导致任何晶化。 比较这两种制备方法的结果得到：同样浓度下，DBD-PECVD的沉积速率约为RF-PECVD的3.5倍，RF-PECVD制得的a-Si：H薄膜以SiH态为主，而DBD-PECVD以SiH2态为主，RF-PECVD制得的a-Si：H薄膜光学带隙约为1.8eV，DBD-PECVD制得的a-Si：H薄膜光学带隙约为2.0eV，并且DBD-PECVD制备时，气相成核更加严重。 根据以上实验结果我们推断：DBD-PECVD的高电流密度提供的高能量密度只有一部分用于增加SiH4分解后的基团数量，而更大的一部分用于提高分解后基团的能量，使得DBD-PECVD中的活性基团的能量要高于RF-PECVD活性基团的能量，这也成为DBD-PECVD可以在常温下进行沉积的重要依据之一。DBD-PECVD对虽然能充分分解硅烷分子，但是分解的基团数量受到硅烷在腔体里的滞留时间的限制，所以沉积速率的增加也是很有限。DBD-PECVD中硅烷的耗尽比较明显，所以导致了SiH2和SiH3键的大量形成，所以提升硅烷的浓度有望进一步提高非晶硅薄膜的沉积速度并且使薄膜的键合方式向SiH键偏移。氢的刻蚀作用在DBD-PECVD这种高电压高功率的沉积设备中进一步强化了。综上，我们认为：增加硅烷浓度，降低氢气浓度，对基底进行适当加温，DBD-PECVD有望实现高速沉积高品位非晶硅。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章文献综述

第三章实验过程

第四章RF-PECVD制备非晶硅及其性能

第五章硼掺杂对RF-PECVD制备非晶硅的性能影响

第六章DBD-PECVD制备非晶硅薄膜及其性能

第七章RF-PECVD和DBD-PECVD制备非晶硅的性能比较

第八章结论

硕士研究生学习阶段已发表论文

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