基于温和等离子体CVD的非晶硅薄膜的制备与钝化研究

采用容性放电模式(E-mode)的电感耦合等离子体化学气相沉积技术(ICPCVD),以硅烷( SiH4)和氢气(H2)作为气源,通过改变沉积气压来制备氢化非晶硅薄膜(a-Si:H).采用少子寿命测试仪(Sinton WCT-120)研究薄膜在n型单晶硅片表面的钝化效果.并通过傅里叶红外光谱仪(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)进一步表征薄膜的氢含量、微结构因子和表面形貌.结果表明,气压偏低或者偏高都会影响薄膜质量,生成多孔隙的薄膜,从而影响薄膜的钝化性能.最优沉积气压为65 Pa,并进一步优化少子寿命到445 μs,复合速度减小到48 cm/s,隐开路电压接近700 mV.     

微波等离子体化学气相沉积金刚石薄膜研究

本文系统研究了石英钟罩式微波等离子体辅助化学气相沉积装置对沉积金刚石薄膜的影响。与石英管式微波等离子体沉积装置相比，该装置能使用较高的沉积气压、较大的气体流量和较微波功率。本文着重研究了沉积气压、气体流量和甲烷浓度对金刚石薄膜形貌和生长速度的影响。发生生长速度随着沉积气压和甲烷浓度的增大而增大，晶体形态随着甲烷浓度的增大而差。并使用该装置成功地在４００℃低温沉积了Φ６０ｍｍ的金刚石薄膜。     

螺旋波等离子体化学气相沉积法制备纳米碳化硅薄膜

采用螺旋波等离子体化学气相沉积 (HWP-CVD)技术在Si(100)和石英衬底上合成了具有纳米结构的碳化硅薄膜.通过X射线衍射(XRD)、傅立叶红外透射(FTIR)和原子力显微镜(AFM)等技术对所制备薄膜的结构、组分和形貌进行了分析,利用光致发光技术研究了样品的发光特性.分析表明,在700℃的衬底温度和1.33Pa的气压条件下所制备纳米SiC薄膜的平均颗粒度在3nm以下,红外透射谱主要表现为Si-C吸收.结果说明HWP-CVD为制备高质量纳米SiC薄膜的有效技术,所制备样品呈现出室温短波长可见发光特性,发光谱主峰位于395nm附近.     

等离子体CVD金刚石薄膜衬底正偏压增强成核效应机理研究

衬底正偏压增强成核效应是最近等离子体ＣＶＤ金刚石薄膜中光滑衬底表面金刚石的成核研究发现的，它对于增强和控制金刚石在非金刚石衬底光滑表面的成核行为具有重要的意义。基于已经得到的实验结果。本文分析了衬底正偏压作用于成核过程的机理，提出了这种效应的电子流密度模型，并且给出了正偏压增强效应与沉积参数的关系，描述了正偏压处于过渡和饱和区时的成核状态，合理地解释了所谓“正偏压阻止成核”现象，本模型的结果与已经     

微晶硅薄膜表面粗糙度的演化过程分析

采用射频等离子体化学气相沉积(RF-PECVD)方法制备了沉积时间系列的微晶硅薄膜.采用椭圆偏振光谱仪(SE)和原子力显微镜(AFM)表征薄膜表面粗糙度,分析了表面粗糙度随沉积时间的演化行为.讨论了这两种测量手段在分析薄膜表面粗糙度时的差异.结果表明,采用SE拟合得到的表面粗糙度数值要大于采用AFM直接测量得到的结果.产生差异的原因,一是由于两种测量手段的测量机制不同;二是由于薄膜的结构不均匀导致薄膜表面形貌差异.另外,还发现这两种测量手段得到的表面粗糙度数值之间存在线性关系.     

等离子体增强CVD法沉积的微晶硅薄膜的微结构研究

本文系统研究了PECVD法沉积μc-Si薄膜中衬低温度、氢气稀释率和射频功率等参数对μc-Si薄膜结构特性的影响.表明:随着衬低温度的增加、氢气稀释率的增大、射频功率的提高,薄膜的晶化率增大.沉积薄膜的晶化率最大可达80;,表面粗糙度大约为30nm.通过对反应过程中的能量变化进行了分析,得到反应为放热反应,且非晶结构对沉积参数比较敏感.     

直流喷射电弧等离子体制备金刚石单晶的研究

通过利用光发射谱技术,探测了大功率直流喷射电弧等离子体增强化学气相沉积方法中沉积区域的气相激元分布,进而优选了金刚石生长的位置.在沉积过程中,不断使衬底做背向等离子体的运动,实现了大颗粒金刚石的连续生长,颗粒尺寸达到约1 mm3.采用劳厄背反射X射线衍射测试技术和拉曼谱技术,对所制备的样品进行了测试,结果表明:所制备的颗粒为金刚石单晶.对于大尺寸衬底,研究了背向运动速度对沉积晶体的形貌和质量的影响,发现了ATG型不稳定形貌.     

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.     

基于氢等离子体处理改善氢化非晶硅/晶体硅界面钝化效果的工艺研究

薄层a-Si∶H钝化技术对于提高硅异质结太阳能电池的效率至关重要,通常有三类工艺可显著改善a-Si∶H薄膜的钝化效果:晶硅表面湿化学处理(薄膜沉积前);氢等离子体处理(薄膜沉积过程中);后退火处理(薄膜沉积后).该论文基于等离子增强型化学气相沉积系统,采用氢等离子处理和后退火处理改善a-Si∶ H/c-Si界面的钝化效果,样品的有效少数载流子寿命最高达到1 ms,并研究了射频功率密度、腔体压力、氢气流量等工艺参数对钝化效果的影响;采用光发射谱、台阶仪等对氢等离子体处理所涉及的物理过程进行研究,得出该工艺对a-Si∶H薄膜具有刻蚀作用;根据钝化效果和刻蚀速率的关系,得出低刻蚀速率由于给予薄膜充足的时间进行结构弛豫或重构,显著改善钝化效果;基于快速热退火方法进一步改善钝化效果,采用傅里叶变换红外光谱对a-Si∶H薄膜的钝化机理进行研究,并基于化学退火模型进行讨论;采用透射电镜研究了a-Si∶ H/c-Si界面的微结构,并没有观测到影响钝化效果的外延生长.     

直流辉光放电CVD法均匀生长纳米金刚石薄膜的研究

采用直流辉光放电化学气相沉积设备,以H2/CH4/Ar混合气体为工作气体,在2英寸硅片沉积出了晶粒尺寸为20～ 40 nm的纳米金刚石薄膜.采用SEM、Raman、微摩擦试验机等分析了不同CH4浓度、Ar浓度对NCD薄膜生长特性的影响.研究结果表明:金刚石薄膜的晶粒尺寸随着CH4浓度的增加而减小,但是过高的CH4浓度会导致石墨相大量生成;随着Ar浓度的增加,金刚石薄膜的晶粒尺寸逐渐细化,但过量Ar的掺入会降低金刚石薄膜的质量;在合适的工艺参数下,薄膜摩擦系数最低可以降低到0.12,NCD薄膜的最大沉积直径为140 mm.     

射频功率对富硅-氮化硅薄膜结构及性质影响

采用等离子体增强化学气相沉积法,以SiH4、NH3和N2为反应气源,通过改变射频功率制备富硅-氮化硅薄膜材料.利用傅里叶变换红外吸收光谱,紫外-可见光透射光谱,扫描电镜等对薄膜材料结构与性质进行表征.实验表明,随着射频功率的逐渐增加,薄膜光学带隙缓慢减小、有序度增加,薄膜材料中的Si-H键、N-H键缓慢减小,Si-N键增多.分析结果发现,适量的增加射频功率有利于提高样品反应速率,使薄膜有序度增加,致密性增强,提高薄膜质量,但过高的射频功率会使薄膜质量变差.     

VHF-PECVD制备微晶硅薄膜及其微结构表征研究

采用VHF-PECVD技术制备了系列不同衬底温度的硅薄膜.运用微区拉曼散射(Micro-Raman)和X射线衍射(XRD)对薄膜进行了结构方面的测试分析.Micro-Raman测试结果表明:随衬底温度的升高,薄膜逐渐由非晶向微晶过渡,晶化率(Xc)逐渐增大.XRD的结果显示样品的择优取向随衬底温度的升高而变化,(220)方向计算得出样品的晶粒尺寸逐渐变大.     

氩气对直流弧光放电PCVD金刚石薄膜晶体特征的影响

本文采用自主研制的直流弧光放电等离子体CVD设备,在YG6硬质合金基体上进行了不同氩气流量下金刚石薄膜的制备研究.采用SEM对金刚石薄膜的晶体特征进行了观察.结果表明,氩气对直流弧光放电等离子体CVD金刚石薄膜的晶体特征有明显影响.在CH_4/H_2恒定时(0.8;),硬质合金基体上制备的金刚石薄膜表面形貌随Ar流量增加而变化的规律,即从以(111)八面体晶面为主→(111)和(100)立方八面体混杂晶面→以(100)立方体晶面为主→菜花状的顺序转变;当Ar流量为420～700 mL/min时,金刚石晶粒的平均尺寸由1.5 μm 逐步增大到7 μm;Ar流量为700～910 mL/min时,金刚石晶粒的平均尺寸由7 μm急剧减小到纳米尺度,约50 nm.     

TOPCon太阳电池发射极Al2O3/SiNx与SiO2/Al2O3/SiNx叠层膜钝化性能的比较

本文对TOPCon电池发射结的叠层钝化膜进行了研究,对比了3种不同叠层钝化膜(SiO₂/SiN_x、Al₂O₃(1.5 nm)/SiN_x、SiO₂/Al₂O₃(1.5 nm)/SiN_x)的钝化性能。结果表明:Al₂O₃(1.5 nm)/SiN_x的钝化性能优于SiO₂/SiN_x,SiO₂/Al₂O₃(1.5 nm)/SiN_x的钝化水平最佳,隐开路电压均值可达到705 mV。基于Al₂O₃/SiN_x叠层膜研究了Al₂O₃厚度(1.5 nm、3 nm和5 nm)对钝化性能和电池转换效率的影响。当Al₂O₃厚度由1.5 nm增加到3 nm时,钝化性能得到明显提升,隐开路电压均值提高了20 mV,达到707 mV,对应电池的光电转换效率升高了0.23个百分点,与SiO₂/Al₂O₃(1.5 nm)/SiN_x叠层膜电池的转换效率持平。然而,当Al₂O₃厚度继续增加至5 nm时,隐开路电压均值保持不变。因此可以使用Al₂O₃(3 nm)/SiN_x叠层膜代替SiO₂/Al₂O₃(1.5 nm)/SiN_x叠层膜,不仅简化了电池的工艺步骤,而且降低了生产成本。     

非晶/微晶过渡区内材料性能及电池的研究

本文采用甚高频等离子增强化学气相沉积(VHF-PECVD)技术,通过调节硅烷浓度,获得了系列硅薄膜材料,并用拉曼散射光谱和X射线衍射光谱对材料的结构特性进行了测试分析,同时还使用原子力显微镜观察比较了薄膜的表面形貌。结果发现:在非晶/微晶过渡区内存在着一个光敏性较大的区域,这个区域内的材料晶化率为零,但是表面存在一些微小的晶粒;与拉曼散射光谱相比,X射线衍射光谱对微小的晶化更加敏感。以这部分材料作为太阳电池的本征层,在SnO2衬底上制备了p-i-n型太阳电池,电池的初始开路电压(Voc)达到了0.891V。     

微晶硅薄膜纵向不均匀性的Raman光谱和AFM研究

本文研究了采用VHF-PECVD技术制备的微晶硅薄膜的纵向均匀性.喇曼测试结果显示:微晶硅薄膜存在着生长方向的结构不均匀,随厚度的增加,材料的晶化率逐渐变大;不同衬底其非晶孵化点是不一样的,对于同一种衬底,绒度大相应的晶化率就大,对应着孵化层的厚度小;AFM测试结果明显的给出:材料的结构随厚度增加发生变化.     

射频放电辅助热丝CVD金刚石生长速率的研究

在传统的HFCVD系统中,引入射频电源后,通过与灯丝或者衬底的连接,组成了射频放电辅助下的四种不同沉积金刚石的生长模式.在各种生长模式下,分别以酒精和丙酮为碳源,沉积出了金刚石多晶球,并就不同辅助模式下的金刚石的生长速率进行了研究.结果表明,等离子体增强法能够明显促进金刚石的生长,而电子促进法的生长速率最慢,甚至慢于偏压等离子体的生长速率;与等离子体促进增强法相比,偏压等离子体增强法的生长速率也有所变慢,并且随着偏压射频电流的增大,其生长速率越来越慢;而传统热丝法的生长速率与沉积金刚石时所选用碳源的分子结构有很大的关系.     

石英衬底上大晶粒多晶Si薄膜的制备与结构表征

利用高频感应加热化学气相沉积工艺,以H2稀释的SiH4作为反应气体源,在未抛光的粗糙石英衬底上直接沉积制备了具有均匀分布的大晶粒多晶Si膜.采用扫描电子显微镜、X射线衍射和可见-紫外分光光度计等检测手段,测量和分析了沉积膜层的表面形貌、晶粒尺寸、择优取向与光反射等特性.结果表明,多晶Si膜中Si晶粒的尺寸大小和密度分布不仅与工艺参数有关,而且强烈依赖于衬底的表面状况.1000℃下沉积薄膜的平均晶粒尺寸为～3μm,择优取向为<111>晶向.反射谱测量表明,920℃下制备薄膜的反射率比1000℃下制备的更低,最低值达18.4;,这应归功于前者具有更大的表面粗糙度.     

硅烷浓度对微晶硅太阳电池的影响

采用甚高频等离子化学气相沉积技术(VHF-PECVD)制备了系列p-i-n型微晶硅太阳电池,研究了电池有源层硅烷浓度的变化对电池性能的影响.结果发现:随着硅烷浓度的提高电池的短路电流密度先提高然后降低,转换效率与之有相同的变化趋势,而开路电压随硅烷浓度的提高而增加,这些变化来源于有源层材料结构的改变.电池的填充因子几乎不受硅烷浓度的影响,但受前电极的影响很大.不同系列电池转化效率的最高点虽然处于非晶到微晶的过渡区,但对应电池的晶化率不同.另外,研究结果也给出非晶/微晶过渡区随着辉光功率的提高和沉积气压的降低向高硅烷浓度方向转移.     

低温GaN形核层的形核速率对GaN外延薄膜晶体质量的影响

采用金属有机化学气相沉积方法系统研究了在蓝宝石衬底上低温GaN形核层的形核速率对GaN外延薄膜晶体质量的影响机理.利用高分辨X射线衍射仪、原子力显微镜、光致发光光谱和Hall测试仪表征材料的位错密度、表面形貌以及光、电学性能.研究结果表明随着形核速率的增加,GaN形核层更倾向于三维生长模式;当形核速率达到1.92(A)/s时退火后生成尺寸为100 nm宽、32 nm高的均匀形核岛,随后生长的未掺杂GaN外延薄膜层的螺型和刃型位错密度以及黄带峰强度达到最小值,并且其具有最高的载流子迁移率和最低的载流子浓度.