利用x射线小角散射技术研究微晶硅薄膜的微结构

采用x射线小角散射（SAXS）技术研究了由射频等离子体增强化学气相沉积（rf-PECVD）、 热丝化学气相沉积(HWCVD)和等离子体助热丝化学气相沉积(PE-HWCVD)技术制备的微晶硅（ μc-Si:H）薄膜的微结构.实验发现，在相同晶态比的情况下，PECVD沉积的μc-Si:H薄膜微 空洞体积比小，结构较致密，HWCVD沉积的μ-Si:H薄膜微空洞体积比大，结构较为疏松，PE -HWCVD沉积的μc-Si:H薄膜，由于等离子体的敲打作用，与HWCVD样品相比，微结构得到明 显改善.采用HWCVD二步法和PE-HWCVD加适量Ar离子分别沉积μc-Si:H薄膜，实验表明，微结 构参数得到了进一步改善.45°倾角的SAXS测量显示，不同方法制备的μc-Si:H薄膜中微空 洞分布都呈各向异性.红外光谱测量也证实了SAXS的结果. 关键词： 微晶硅薄膜 微结构 微空洞 x射线小角散射     

高压PECVD技术沉积硅基薄膜过程中硅烷状态的研究

采用高压射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)方法在不同功率下制备了一系列硅薄膜材料，研究了材料晶化率和生长速度随功率变化的规律， 进而研究PECVD方法沉积硅薄膜过程中的硅烷反应状态，并提出可以根据硅烷耗尽程度的不同将硅烷反应状态分为未耗尽、耗尽和过耗尽三种.然后，对不同硅烷反应状态下的材料结构、光电性能以及相应的电池进行了研究，并指出适合于太阳电池本征层的高质量微晶硅材料应该沉积在硅烷耗尽状态. 关键词： 耗尽状态 微晶硅 光发射谱     

甚高频高速沉积微晶硅薄膜的研究

采用甚高频化学气相沉积(VHF-PECVD)技术制备了系列微晶硅(μc-Si:H)薄膜样品,重点研究了硅烷浓度、功率密度、沉积气压和气体总流量对薄膜沉积速率和结晶状态的影响,绘制了沉积气压和功率密度双因素相图. 以0.75nm/s的高速沉积了器件质量级的微晶硅薄膜,并以该沉积速率制备出了效率为5.5%的单结微晶硅薄膜电池. 关键词： 微晶硅薄膜 高速沉积 甚高频化学气相沉积     

石英衬底上生长的高光学质量的纳米金刚石薄膜

采用射频等离子体增强的热丝化学气相沉积(RFHFCVD)技术在石英玻璃衬底上制备了表面光滑、晶粒致密均匀的纳米金刚石薄膜.用扫描电子显微镜(SEM)和台阶仪观测薄膜的表面形貌和粗糙度,x射线衍射(XRD)和Raman光谱表征膜层的结构,并用紫外可见近红外光谱仪测量其光透过率.实验结果表明,衬底温度、反应气压及射频功率对金刚石膜的结晶习性、表面粗糙度及光透过率均有很大程度的影响,其最佳值分别为700℃,2×133Pa和200W.在该最佳参量下经1h的生长即获得连续、平滑的纳米金刚石膜,其平均晶粒尺寸为约25 关键词： 纳米金刚石薄膜 射频等离子体增强热丝化学气相沉积 光透过率     

微晶硅薄膜的表面粗糙度及其生长机制的X射线掠角反射研究

采用等离子体增强化学气相沉积技术沉积一系列处于不同生长阶段的微晶硅薄膜.通过同步辐射X射线掠角反射技术研究微晶硅薄膜的表面粗糙度随时间等的演化，探讨微晶硅薄膜的生长动力学过程及其生长机制.研究结果表明，在衬底温度为200 ℃，电极间距为2 cm，沉积气压为6.66×1０² Pa，射频功率密度为0.22 W/cm²，氢稀释度分别为99%和98%的沉积条件下，在玻璃衬底上生长的微晶硅薄膜生长指数β分别为0.21±0.01和0.24±0.01.根据KPZ模型，微晶硅薄膜的生长机制为有限扩散生长. 关键词： X射线掠角反射 微晶硅薄膜 表面粗糙度 生长机制     

激发频率对VHF-PECVD制备微晶硅材料性能的影响

采用甚高频等离子增强化学气相沉积(VHF-PECVD)的方法制备了硅烷浓度分别为6％和7％， 随激发频率变化(40—70MHz)的氢化微晶硅(μc-Si∶H)薄膜材料.研究了材料的电学特性、 结构特性、沉积速率与激发频率之间的关系.结果发现材料的光敏性随频率的增加先降低后 提高，晶化率和沉积速率的变化趋势与之相反；在晶化率最高点，材料在(220)的晶向衍射 峰最高.并从光发射谱的角度研究了材料结构和沉积速率随频率变化的原因. 关键词： 甚高频等离子增强化学气相沉积 本征微晶硅 激发频率     

高速沉积本征微晶硅的优化及其在太阳电池中的应用

采用高压高功率的甚高频等离子体增强化学气相沉积（VHF-PECVD）技术高速（沉积速率约为1.2 nm/s）沉积了一系列不同厚度的本征微晶硅薄膜,并通过Raman谱和XRD谱的测试,研究了高速沉积时本征微晶硅薄膜的微结构演变特性及其对电池性能的影响.针对其微结构特性及高速沉积本身存在的离子轰击作用强的特点,提出了在沉积微晶硅薄膜过程中采用功率梯度的方法,达到有效地控制薄膜微结构变化的目的,并在一定功率梯度范围内降低了电子温度,提高了薄膜质量,从而使电池效率明显提高.最后在沉积速率为1.2 nm/s时,制备 关键词： 高速沉积 微晶硅薄膜 微结构演变 功率梯度     

拉曼光谱和红外光谱分析沉积气压对微晶硅薄膜微结构的影响

采用射频等离子体增强化学气相沉积法(RF-PECVD),在玻璃和硅衬底上以230—310Pa之间的沉积气压生长微晶硅(μc-Si:H)薄膜。利用拉曼光谱和红外光谱分析样品的微结构。结果发现样品的微结构强烈依赖于沉积气压,并且存在着最佳沉积气压250Pa,在此条件下的微晶硅薄膜晶化率为60.6%,氢含量为最小值9.1%。     

热丝法制备纳米晶硅薄膜结构及沉积机制的研究

用热丝法制备了纳米晶硅薄膜．通过Raman散射谱及X射线谱，系统地研究了沉积气压P_g、高H₂稀释及衬底与钨丝之间距离对沉积速率、纳米硅薄膜的形成和结构等的影响．计算了沉积过程中的温度场分布．讨论了沉积过程中反应基元的输运和相关的气相反应，以及H在薄膜生长中的作用，由此分析了沉积参量对薄膜结构的影响，得到了与实验相一致的结果． 关键词：     

气体滞留时间对高速沉积的微晶硅薄膜性能的影响分析

实现高速沉积对于薄膜微晶硅太阳电池产业化降低成本是一个重要手段.采用超高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)技术，实现了微晶硅硅薄膜的高速沉积，并通过改变气体总流量改变气体滞留时间，考察了气体滞留时间在化学气相沉积(CVD)过程中对薄膜的生长速率以及光电特性和结构特性的影响.采用沉积速率达到12?/s的高速微晶硅工艺制备微晶硅电池，电池效率达到了5.3％. 关键词： 气体滞留时间 高速沉积 微晶硅 超高频等离子体增强化学气相沉积     

Influence of ignition condition on the growth of silicon thin films using plasma enhanced chemical vapour deposition

The influences of the plasma ignition condition in plasma enhanced chemical vapour deposition (PECVD) on the interfaces and the microstructures of hydrogenated microcrystalline Si (μc-Si:H) thin films are investigated. The plasma ignition condition is modified by varying the ratio of SiH₄ to H₂ (R_H). For plasma ignited with a constant gas ratio, the time-resolved optical emission spectroscopy presents a low value of the emission intensity ratio of Hα to SiH^* (I_Hα/I_SiH^*) at the initial stage, which leads to a thick amorphous incubation layer. For the ignition condition with a profiling R_H, the higher I_Hα/I_SiH^* values are realized. By optimizing the R_H modulation, a uniform crystallinity along the growth direction and a denser μ c-Si:H film can be obtained. However, an excessively high I_Hα/I_SiH^* may damage the interface properties, which is indicated by capacitance-voltage (C-V) measurements. Well controlling the ignition condition is critically important for the applications of Si thin films.     

Evolution of infrared spectra and optical emission spectra in hydrogenated silicon thin films prepared by VHF-PECVD

A series of hydrogenated silicon thin films with varying silane concentrations have been deposited by using very high frequency plasma enhanced chemical vapor deposition (VHF-PECVD) method. The deposition process and the silicon thin films are studied by using optical emission spectroscopy (OES) and Fourier transfer infrared (FTIR) spectroscopy, respectively. The results show that when the silane concentration changes from 10% to 1%, the peak frequency of the Si—H stretching mode shifts from 2000 cm ^{- 1} to 2100 cm ^{- 1}, while the peak frequency of the Si—H wagging—rocking mode shifts from 650 cm ^{- 1} to 620 cm ^{- 1}. At the same time the SiH^*/H_α intensity ratio in the plasma decreases gradually. The evolution of the infrared spectra and the optical emission spectra demonstrates a morphological phase transition from amorphous silicon (a-Si:H) to microcrystalline silicon (μc-Si:H). The structural evolution and the μc-Si:H formation have been analyzed based on the variation of H_α and SiH^* intensities in the plasma. The role of oxygen impurity during the plasma process and in the silicon films is also discussed in this study.     

硅薄膜沉积过程中等离子发光基团的一维空间分布研究

使用光发射谱(OES)对甚高频等离子增强化学气相沉积(VHF-PECVD)技术沉积硅薄膜时的等离子体发光基团的空间分布进行了在线监测和研究. 研究表明：等离子体的不同发光基团都存在着一个中间强度较大的区域和两边电极附近的暗区;增大硅烷浓度和提高辉光功率都会增大SiH^*峰强度;硼烷的加入,使得SiH^*和Hα^*峰强度增大,但硼烷流量变化的影响很小;硼烷流量增大,材料的晶化率下降,而I_{［Hα^*］关键词： 甚高频等离子增强化学气相沉积 等离子体 发光基团 空间分布}     

Study of structural and electronic environments of hydrogenated amorphous silicon carbonitride (a-SiCN:H) films deposited by hot wire chemical vapor deposition

Hydrogenated amorphous silicon carbon nitride (a-SiCN:H) thin films were deposited by hot wire chemical vapor deposition (HWCVD) using SiH₄, CH₄, NH₃ and H₂ as precursors. The effects of the H₂ dilution on structural and chemical bonding of a-SiCN:H has been investigated by Raman and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Increasing the H₂ flow rate in the precursor gas more carbon is introduced into the a-SiCN:H network resulting in decrease of silicon content in the film from 41 at.% to 28.8 at.% and sp² carbon cluster increases when H₂ flow rate is increased from 0 to 20 sccm.     

The analysis of structural and electronic environments of silicon network in HWCVD deposited a-SiC:H films

Hydrogenated amorphous silicon carbon alloys (a-SiC:H) films were deposited by hot wire chemical vapour deposition (HWCVD) using SiH₄ and C₂H₂ as precursor gases. a-SiC:H films were characterized by Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy, Raman spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Solid-state plasmon of Si network shifts from 19.2 to 20.5 eV by varying C₂H₂ flow rate from 2 to 10 sccm. Incorporation of carbon content changes the valence band structure and s orbital is more dominant than sp and p orbital with carbon incorporation.     

VHF等离子体光发射谱(OES)的在线监测

采用光发射谱(OES)测量技术，对不同制备条件下的甚高频(VHF)等离子体辉光进行了在线监 测.实验表明，VHF等离子体中特征发光峰(Si，SiH,H_α,H^*_β 等)的强度较常规的射 频(RF)等离子体明显增强，并且在制备μc-Si：H的工艺条件下(H稀释度R(H₂/S iH₄)=23 )，随激发频率的增加而增大，这些发光峰的变化趋势与材料沉积速率的变化规律较相似.Si H峰等的强度随气压的变化则因硅烷H稀释度及功率的不同而异：高H稀释(R=23)时，SiH峰强 度在低辉光功率下随反应气压的增大单调下降，在高辉光功率下随气压的变化呈现类高斯规 律；低H稀释(R=5．7)时， SiH峰随气压的变化基本上是单调下降的，下降速率也与功率有 关，这些结果表明，VHF-PECVD制备μc-Si：H和a-Si：H的反应动力学过程存在较大差异.此 外，随着激发功率的增大，Si，SiH峰都先迅速增大然后趋于饱和，并且随着H稀释率的增大 ，将更快呈现饱和现象.通过对OES结果的分析与讨论可知，VHF-PECVD技术沉积硅基薄膜可 以有效提高沉积速率，而且，硅基薄膜的沉积速率的进一步提高需要综合考虑H稀释度、气 压和功率等的匹配与优化. 关键词： 甚高频等离子体化学气相沉积 氢化硅薄膜 光发射谱     

高氢稀释制备微晶硅薄膜微结构的研究

采用高氢稀硅烷热丝化学气相沉积方法制备氢化微晶硅薄膜.其结构特征用Raman谱，红外透射谱，小角X射线散射等来表征.结果表明微晶硅的大小及在薄膜中的晶态比χ_c随氢稀释度的提高而增加.而从红外谱计算得到氢含量则随氢稀释度的增加而减少.小角X射线散射结果表明薄膜致密度随氢稀释度的增加而增加.结合红外谱和小角X射线散射的结果讨论与比较了不同相结构下硅网络中H的键合状态.认为随着晶化的发生和晶化程度的提高H逐渐移向晶粒表面，在硅薄膜中H的存在形式从以SiH为主向SiH₂ 关键词：     

Formation of α-Si1−xCx:H and nc-SiC films grown by HWCVD under different process pressure

In this work, hydrogenated amorphous silicon carbide (α-Si_1−xC_x:H) and nanocrystalline SiC (nc-SiC) thin films were deposited by hot wire CVD (HWCVD) using SiH₄/C₂H₂/H₂ gas mixtures. It was found that the films prepared under low gas pressure were α-Si_1−xC_x:H and those prepared under high gas pressure were nc-3C-SiC. The α-Si_1−xC_x:H films showed enhanced density of C-H_n and Si-C bonds with increasing C₂H₂ fraction, which induced an increase in optical gap from 1.8 to 3.0 eV. For the deposition process of nc-SiC, the E_g opt of the deposited films varied from 1.9 eV to 2.5 eV as the filament temperature increased from 1700 to 2100 °C. The deposition rate decreased rapidly from 5.74 nm/min to 0.8 nm/min with increasing T_F.     

Doping properties of microcrystalline silicon prepared by mercury sensitized photochemical vapor deposition

Conductivity of photo-CVD microcrystalline silicon (c-Si:H) in wide range of dopant gas concentration (10^–53/SiH₄, B₂H₆/SiH₄<10^–2) is investigated. As compared with a-Si:H, the conductivity of the film is improved more than two orders of magnitude by microcrystallization for a wide range of dopant concentration at a deposition temperature of as low as 150°C. This indicates the suitability of photo-CVD for low temperature processing. A conductivity minimum is found at a doping ratio of about B₂H₆/SiH₄=1×10^–5.