氢化纳米硅薄膜准分子激光诱导晶化的研究

摘要

众所周知，硅基材料在半导体行业起到了举足轻重的地位，比如说现在的液晶显示屏都会使用低温多晶硅薄膜，这些薄膜可以使用准分子激光诱导晶化技术，利用高能量的紫外激光将非晶硅薄膜熔化并再结晶成多晶硅薄膜，不过由于非晶硅薄膜本身几乎不包含任何晶粒，而且薄膜内部悬挂键和缺陷也比较多，因此使用一种更好的原材料就成为我们选择。氢化纳米硅薄膜（nc-Si:H）是一种在非晶硅网格中同时镶嵌着纳米量级晶硅结构的一种薄膜，薄膜内部晶粒的分布比较均匀，在太阳电池、晶体管以及二极管等光电器件方面都有潜在的应用价值，因而引起人们的广泛兴趣。然而在过往的研究报告中对氢化纳米硅使用准分子激光诱导晶化（ELC）的研究并不是很多，因此在不同激光能量密度作用下，薄膜变化的过程也是未知的。
　　本文中所使用的氢化纳米硅薄膜材料是玻璃衬底并通过等离子增强化学气相法（PECVD）制备而成的，然后对氢化纳米硅薄膜进行ELC处理，其中激光的强度范围是50-600mJ/cm2，并将处理后的薄膜分别使用拉曼光谱仪(Raman)，X射线衍射仪(XRD)，原子力显微镜(ATM)，扫描显微镜(SEM)进行分析和处理。通过对薄膜晶态比的变化，表面粗糙度的分析，研究在不同激光能量强度下薄膜内部微结构的变化。研究中发现在激光能量在低于200mJ/cm2的时候，薄膜内部结构以及薄膜表面的形貌并未有明显的变化，继续增加激光能量，薄膜就开始出现晶化，表面粗糙度也开始明显增加。对于薄膜出现的这个变化，我们一般用超横向生长模型来解释，在足够强的激光能量作用下，薄膜内部的非晶硅成分开始熔化，而晶硅成分由于熔点较高，不会完全熔化，在薄膜温度下降的时候，未熔化或未完全熔化的纳米硅晶粒会作为籽晶存在并不断生长，而薄膜内晶粒尺寸也会相应增加，并最终形成新的多晶硅薄膜。
　　以上研究得到了国家高技术研究发展计划(2011AA050502)的资助。

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第一章 绪论

1.1研究背景与现状

1.2 本文的主要工作

第二章 氢化纳米硅薄膜的性质及制备工艺

2.1硅基材料的类型和对应的性质

2.2制备氢化纳米硅材料的方法和工艺

2.3制备氢化纳米硅前的预处理

2.4 准分子激光晶化系统

2.5本章小结

参考文献

第三章 氢化纳米硅的生长机理及表征手段

3.1氢化纳米硅薄膜的微观生长机理

3.2氢化纳米硅的宏观生长机理和模型

3.3氢化纳米硅的表征手段和分析

3.4 本章小结

参考文献

第四章 氢化纳米硅薄膜的准分子激光诱导晶化

4.1 引言

4.2 氢化纳米硅薄膜的制备及之后的激光晶化处理和实验测试

4.3 激光晶化后氢化纳米硅薄膜微结构的表征分析

4.4 本章小结

参考文献

第五章 结论

5.1 本文的主要结论和创新点

5.2 下一步的工作和展望

附录

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文