a-Si∶H薄膜中SiyHx结构组态的原子模拟研究

摘要

氢化非晶硅薄膜(a-Si∶H)中SiyHx结构组态对薄膜应用性能有重要影响,然而现有的分析测试手段难以对其进行深入细致的研究.本文运用分子动力学方法模拟分析了a-Si∶H/c-Si薄膜中SiyHx结构组态,以及衬底温度对其含量的影响;并进一步运用第一性原理方法计算了各SiyHx组态中的Si-H键能.结果发现a-Si∶H薄膜中SiyHx结构可以归纳为六种组态.三类为以化学键结合的SiHx组态,包括SiH,SiH2和SiH3;另外三类为以物理键结合的HSiy组态,包括HSi2(s),HSi2(l)和HSi3.键能结果反映出六种组态的稳定性由高到低的顺序为SiH>SiH2>SiH3>HSi2(s)>HSi2(l)>HSi3.HSiy组态中Si-H键能在太阳光中的可见光和红外线的能量范围内,阳光照射引起HSiy组态中的Si-H物理键断裂,是非晶硅薄膜电池产生S-W(Steabler-Wronski)效应的主要机理.另外,薄膜沉积过程中衬底温度的升高将导致各类SiyHx组态含量大幅降低.