基于正交试验的PECVD法沉积氮化硅薄膜工艺参数优化研究

利用多响应正交试验方法研究了PECVD法沉积氮化硅薄膜的工艺参数的优化问题.鉴于目前针对多输出影响过程,尚无有效的方法进行工艺参数优化这一问题,利用综合评分法对衬底温度、气体总流量、NH3/SiH4流量比、反应腔气体压力、高频电场功率5个对氮化硅薄膜的主要质量特性影响较大的工艺参数进行全局优化,再对不满足质量期望的工艺参数进行部分正交分析,对全局优化的结果进行调整,得到最终的氮化硅镀膜的最优工艺参数.国内某光伏企业的验证试验表明了所提方法的有效性.     

基于PECVD制备多晶硅薄膜研究

基于PECVD以高纯SiH4为气源研究制备多晶硅薄膜,在衬底温度550℃、射频(13.56MHz)电源功率为20W直接沉积获得多晶硅薄膜.采用X射线衍射仪(XRD) 和场发射扫描电子显微镜(SEM) 对多个样品薄膜的结晶情况及形貌进行分析,薄膜结晶粒取向均为<111>、<220>、<311>晶向.对550℃沉积态薄膜在900℃、1100℃时进行高温退火处理,硅衍射峰明显加强.结果表明,退火温度越高,退火时间越长,得到多晶硅薄膜表面晶粒趋于平坦,择优取向为<111>晶向,晶粒也相对增大.     

PECVD沉积硅薄膜退火性质的分析

利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)制备硅薄膜,对硅薄膜进行退火处理.通过X射线衍射谱,拉曼光谱以及傅里叶变换红外吸收光谱,研究了退火温度在550～ 700℃范围内,硅薄膜退火过程中的生长特性.实验表明:多晶硅的晶粒尺寸并不随着退火温度的提高而持续增大,当退火温度在550～650℃范围内,硅薄膜始终表现出(111)方向的择优生长取向.当退火温度高于650℃时,氧原子活性增强,硅-氧键增加.对于存在应变、已结晶的薄膜,由于内部应力的累积,薄膜更容易随着退火温度的升高而脱落.     

光退火制备多晶硅薄膜的量子态现象

用PECVD法直接沉积的非晶硅(a-Si:H)薄膜在中温情况下光退火,然后用XRD、Raman光谱和SEM分析,发现晶粒大小随退火温度和退火时间呈现量子态现象.平均晶粒大小为30nm左右.     

PECVD低温制备微晶硅薄膜的研究

实验采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法在玻璃衬底上制备了微晶硅薄膜.研究了氢稀释比、衬底温度、射频功率等因素对薄膜晶化的影响,得出在一定范围内随着衬底温度的升高、射频功率和氢稀释比的增大,薄膜的晶化率得到提高;但进一步提高沉积温度、射频功率反而会使薄膜晶化效果变差,并对晶化硅薄膜低温生长的机理进行了初步的探讨.     

PECVD提高SiO2薄膜致密性的研究

为了在高功率980 nm激光器工艺中制备高质量、均匀性好、致密性高的SiO2薄膜,本文研究了PECVD的反应压强、射频功率、SiH4与N2O流量比对SiO2薄膜的沉积速率和BOE腐蚀速率的影响.实验采用BOE腐蚀速率来反映SiO2薄膜的致密性,采用傅里叶红外光谱仪得到SiO2薄膜的红外吸收特性,采用原子力显微镜(AFM)观察SiO2薄膜的表面形貌.通过优化各工艺参数最终获得了BOE腐蚀速率为9.18 nm/s的SiO2薄膜.     

PECVD沉积参数对非晶硅向微晶硅薄膜转化的影响

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统,以硅烷和氢气为反应气源,通过改变射频功率、硅烷浓度来制备氢化硅基薄膜材料.研究了沉积参数的变化对硅基薄膜材料微结构的影响.通过红外吸收谱、紫外可见光谱以及X射线衍射谱对样品材料进行表征.实验结果表明,随着射频功率的增加,薄膜中氢含量也相应地增大,而光学带隙表现出先增大后减小的规律.当硅烷浓度逐渐降低时,薄膜材料的光学带隙相应地降低,并从非晶硅薄膜逐渐向微晶硅薄膜材料转变,且薄膜材料在(111)方向的晶粒尺度达到了10.92 nm.实现了在高沉积压强、大射频功率、低硅烷浓度条件下可以有效优化改善硅基薄膜质量.     

空气退火对ZnS薄膜结构和光学特性的影响

采用X射线衍射、扫描电子显微镜和光致发光等技术研究了空气退火对ZnS薄膜的结构和光学特性的影响.薄膜在500℃以下退火后结晶质量得到改善,仍呈ZnS立方相结构.退火温度达到550℃时,薄膜中出现ZnO六方相结构.薄膜退火后,大气中的氧掺入薄膜中,出现ZnS-ZnO复合层.随退火温度升高,薄膜晶粒尺寸增大,透过率增加,带隙逐渐接近ZnO带隙.薄膜光致发光结果表明,复合层内ZnS和ZnO绿色发光的叠加替代了来自ZnS缺陷能级间的绿色发光.     

脉冲退火法制备多晶硅薄膜的研究

用射频等离子体化学气相沉积(RF-PECVD)法在普通玻璃衬底上低温制备了μc-Si:H薄膜.采用快速光热退火炉(RTP),分别用低温(＜650℃)和中温(＜750℃)脉冲法(PRTP)对薄膜进行了退火处理.用拉曼光谱和扫描电子显微镜(SEM)研究了不同条件下退火薄膜散射谱的特征和表面形貌.结果显示,脉冲退火法晶化的薄膜,晶化率达到了53;,部分颗粒团簇的尺寸已达到200nm左右.用声子限域理论和表面尺寸效应对薄膜频谱的"红移"和"蓝移"现象进行了分析.     

常规退火与光退火固相晶化的对比

为研究传统炉子退火与光退火固相晶化的不同特点,用石英玻璃作衬底,在室温、350℃和450℃下用PECVD法直接沉积非晶硅(a-Si:H)薄膜,把沉积的样品分别在850℃下用传统炉子退火3h、用光快速热处理(RTP)5min,然后用Raman、XRD和SEM分析对比,发现传统炉子退火后的晶粒分布不均匀,光退火后的晶粒分布均匀.XRD分析发现两种方法晶粒尺寸均为30nm左右.     

硅薄膜晶化机制的光学分析

采用拉曼光谱和分光光度计等测试手段,对快速光热过程(RTP)和常规炉过程(CFP)退火后的硅薄膜结构性能和光学性能进行了研究。用Avrami-Mehl-Johnson和Monte Carlo晶体生长模型和黑体辐射理论分析得出,RTP法退火温度低、速度快的原因,是RTP中不仅存在“光量子效应”,而且还存在“光热相长效应”。由光学带隙的计算得知,RTP退火法可使带隙约为1.7eV的非晶硅薄膜变为带隙约为1.28eV的微晶硅薄膜,说明RTP退火达到了较好的结晶效果。     

自支撑氮化硅膜结构制备工艺优化

自支撑氮化硅膜结构一般是基于微纳加工技术来制备的。为了提高膜结构的品质,本文分别对自支撑氮化硅膜结构制备中的干法刻蚀参数和各向异性湿法腐蚀参数进行了研究和优化,其中干法刻蚀参数主要包括反应气体配比和刻蚀时间,各向异性湿法腐蚀参数主要包括腐蚀剂浓度和腐蚀温度。在不同的参数组合下进行实验,使用光学显微镜观察并比较不同样品的表面形貌,得到了较理想的参数组合。在干法刻蚀的反应气体中加入少量O₂可改善刻蚀效果,反应气体配比V(SF₆)∶V(CHF₃)∶V(O₂)=6∶37∶3,刻蚀时间2 min。湿法腐蚀中腐蚀剂在质量分数25%处达到最大的硅腐蚀速率,同时氮化硅表面形貌也较理想。     

PECVD法制备不同衬底微晶硅薄膜的研究

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法分别在玻璃衬底和p型薄膜硅衬底上制备了微晶硅薄膜。使用拉曼谱仪、紫外-可见分光光度计、傅里叶红外光谱仪等对微晶硅薄膜进行检测,重点研究了硅烷浓度、衬底温度对薄膜沉积速率和晶化率的影响。实验结果表明:两种衬底上薄膜的沉积速率均随硅烷浓度的增大、衬底温度的升高而变大。硅烷浓度对两种衬底的薄膜晶化率影响规律相同,即均随其升高而降低;但两种衬底的衬底温度影响规律存在差别:对玻璃衬底而言,温度升高,样品晶化率减小;而p型薄膜硅衬底则在温度升高时,样品晶化率先增大后减小。此外还发现,晶化率与薄膜光学性能及含氧量存在较密切关联。     

以高性价比颗粒硅带为衬底多晶硅薄膜的二次引铝低温制备法

本文报道了在廉价的颗粒硅带上用PECVD法并两次引入铝的工艺制备多晶硅薄膜.第一次引入铝是为了去除薄膜上过多的杂质;第二次引入铝是为了实现低温诱导结晶.通过对薄膜样品的拉曼谱和X射线衍射(XRD)谱分析,我们认为金属低温诱导结晶成功与否跟诱导前薄膜的结构密切相关.采用该工艺成功地制备了结晶度92;左右、可应用于太阳能电池的高纯优质多晶硅薄膜.     

石墨衬底上铝诱导法制备多晶硅薄膜

利用磁控溅射技术在石墨衬底上制备了石墨/a-Si/Al和石墨/Al/a-Si叠层结构,采用常规退火(CTA)和快速热退火(RTA)对样品进行退火,系统研究了不同退火条件对多晶硅薄膜制备的影响.利用X射线衍射(XRD),拉曼光谱(Raman)对制备的多晶硅薄膜进行表征,并利用谢乐公式计算了晶粒尺寸,结果表明制备的多晶硅薄膜具有高度(111)择优取向,结晶质量良好,利于后续外延制作多晶硅厚膜电池.基于实验结果,建立了铝诱导晶化模型,很好的解释了实验现象.     

淀粉固结工艺制备多孔氮化硅基陶瓷复合材料

本文以氮化硅,氮化硼,二氧化硅作为陶瓷基体材料,通过淀粉固结工艺,采用常压部分氧化烧结制备了氮化硅基多孔陶瓷。通过Zeta电位测试确定了制备陶瓷坯体的最佳pH值在9.42~10.76之间。混合浆料的浆料流变性能测试表明陶瓷浆料体系呈现剪切变稀特征。XRD分析结果表明在烧结样品组成成分为α-Si3N4、β-Si3N4、BN、Quartz low,sys以及Moganite。SEM的显示氮化硅基多孔陶瓷呈现片层型微观结构。显气孔率随淀粉含量增加而增加,试验制得多孔陶瓷显气孔率最大值高达73.2%。