高速沉积微晶硅薄膜光发射谱的研究

采用PR650光谱光度计对高速沉积微晶硅薄膜的生长过程进行了在线监测研究,并对所对应的材料进行了Raman谱和红外吸收谱(FTIR)的测试.结果表明：能反映材料晶化程度的I_［SiH^*］/I_［Hβ^*］比值在沉积时间为100 s之内有下降的趋势,且反应气体总流量T_fl越小下降趋势越明显,这与拉曼散射光谱对材料的结构测试结果一致;沉积5 min时I 关键词： 高速沉积 微晶硅薄膜 电子温度     

高压射频等离子体增强化学气相沉积制备高效率硅薄膜电池的若干关键问题研究

报道了采用高压射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD) 制备高效率单结微晶硅电池和非晶硅/微晶硅叠层电池时几个关键问题的研究结果, 主要包括: 1)器件质量级本征微晶硅材料工艺窗口的确定及其结构和光电性能表征; 2)孵化层的形成机理以及减小孵化层的有效方法; 3)氢稀释调制技术对本征层晶化率分布及其对提高电池性能的作用; 4)高电导、高晶化率的微晶硅p型窗口层材料的获得, 及其对减小微晶硅电池p/i界面孵化层厚度和提高电池性能的作用等. 在解决上述问题的基础上, 采用高压RF-PECVD制备的单结微晶硅电池效率达8.16%, 非晶硅/微晶硅叠层电池效率11.61%.     

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     

热丝和射频等离子体化学气相沉积法制备定向碳纳米管薄膜

采用热丝和射频等离子体复合化学气相沉积设备(PE-HF-CVD),以CH4、H2和N2为反应气体.在较低衬底温度下(500℃),用简单的催化剂制备方法--旋涂法在硅片上涂覆Ni(NO3)2溶液,经热处理及H2还原后的Ni颗粒为催化剂,在硅衬底上制备出了垂直于硅片且定向生长的碳纳米管薄膜.扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)结果显示,1 mol/l的硝酸镍溶液旋涂硅片所得催化剂制得的碳纳米管管径为30～50 nm,长度超过4μm,定向性好.并用拉曼光谱(Raman)对不同摩尔浓度Ni(NO3)2溶液条件下制备的碳纳米管薄膜样品进行了表征.     

甚高频等离子体增强化学气相沉积制备微晶硅太阳电池的研究

采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术成功地制备了不同硅烷浓度和辉光功率条件下的微晶硅电池.电池的J-V测试结果表明：在实验的硅烷浓度和功率范围内，随硅烷浓度的降低和功率的加大，对应电池的开路电压逐渐变小；硅烷浓度的不同对电池的短路电流密 度有很大的影响，但功率的影响在实验研究的范围内不是很显著.对于微晶硅电池，N层最好 是非晶硅，这是因为一方面可以降低对电流的横向收集效应，另一方面也降低了电池的漏电概率，提高了电池的填充因子. 关键词： 微晶硅太阳电池 甚高频等离子体增强化学气相沉积     

螺旋波等离子体化学气相沉积纳米硅薄膜的光学发射谱研究

利用光学发射谱技术对螺旋波等离子体化学气相沉积纳米硅薄膜的等离子体内活性粒子的光发射特征进行了原位测量.研究了薄膜沉积过程中各实验参量对活性基团SiH^*， H^β以及H^α的发射谱强度的影响.实验结果表明，静态磁场的加入可显著提高反应气体 的解离效率 ；适当的氢稀释可以提高氢活性粒子的浓度，而过高的氢稀释比将使含硅活性基团浓度显著 减小；提高射频馈入功率整体上可以使各活性粒子的浓度增加，并有利于提高到达衬底表面 氢活性粒子的相对比例.结合螺旋波等离子体色散关系和等离子体特点对以上结果进行了分 析.该结果为螺旋波等离子体沉积纳米硅薄膜过程的理解及制备工艺参数的调整提供了基础 数据. 关键词： 光学发射谱 螺旋波等离子体化学气相沉积 纳米硅薄膜     

沉积速率对甚高频等离子体增强化学气相沉积制备微晶硅薄膜生长标度行为的影响

本文采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术制备了沉积速率系列不同生长阶段的微晶硅薄膜,通过椭圆偏振技术研究了生长过程中微晶硅薄膜表面粗糙度的演化.实验结果表明:沉积速率为0.08和0.24nm/s的低速沉积时,硅薄膜表面粗糙度接近,生长指数分别为β=0.21和β=0.20,对应有限扩散生长模式,此时沉积速率对硅薄膜生长影响不大,原因是低速沉积时成膜先驱物有足够时间迁移到能量低的位置;当沉积速率增加到0.66nm/s时,硅薄膜表面粗糙度明显增加,生长指数β=0.81,大于0.5,出现了异常标度行为,与低速沉积的生长模式明显不同,原因是高速沉积时成膜前驱物来不及扩散就被下一层前驱物覆盖,降低了成膜前驱物在薄膜表面的扩散,使表面粗糙度增加和生长指数β增大.β大于0.5的异常标度行为与阴影效应有关.     

甚高频等离子体增强化学气相沉积法沉积μc-Si∶H薄膜中氧污染的初步研究

对不同的本底真空条件下,采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术沉积的氢化微晶硅（μc_Si∶H）薄膜中的氧污染问题进行了比较研究.对不同氧污染条件下制备的薄膜样品的x射线光电子能谱与傅里叶变换红外吸收光谱测量结果表明：μc_Si∶H薄膜中,氧以Si—O，O—O和O—H三种不同的键合模式存在,不同的键合模式源自不同的物理机理.μc_Si∶H薄膜的Raman光谱、电导率与激活能的测量结果进一步显示：沉积过程中氧污染程度的不同,对μc_Si∶H薄膜的结构特性与电学特性产生显著影响；而不同氧污染对μc_Si∶H薄膜电学特性的影响不同于氢化非晶硅（a_Si:H）薄膜. 关键词： 氢化微晶硅薄膜 甚高频等离子体增强化学气相沉积 氧污染     

等离子体增强化学气相沉积氮化碳薄膜过程中的光学发射谱研究

利用光学发射谱技术对直流辉光放电等离子体增强的化学气相沉积氮化碳薄膜过程中的等离子体进行了原位诊断，结果表明主要的辐射有N2的第二正系跃迁、N2^ 的第一负系跃迁、CN和NH的紫外跃迁。研究了气源中氢气含量、放电电流及沉积气压的变化对N2（337.1nm)，N2^ (391.4nm)和CN(388.3nm)辐射强度的影响，并在此基础上探讨了这几种跃迁的激发机制，其结果为氮化碳合成中优化沉积参数、控制实验过程提供了依据。     

VHF-PECVD低温制备微晶硅薄膜的拉曼散射光谱和光发射谱研究

采用拉曼散射光谱和PR650光谱光度计对VHF-PECVD制备的微晶硅薄膜进行了结构表征和在线监测研究.结果表明：功率对材料的晶化率（χc）有一定的调节作用，硅烷浓度大，微调作用更明显；SiH*的强度只能在一定的范围内表征材料的沉积速率，功率大相应的速率反而下降；I［Hα*］/I［SiH*］强度比值反映了材料晶化程度，此结果和拉曼散射光谱测试结果显示出一致性；I［Hβ*］/I［Hα*］的强度比表明氢等离子体中的电子温度随功率的增大而逐渐降低. 关键词： 甚高频等离子体增强化学气相沉积 微晶硅 拉曼散射谱 光发射谱     

分步法高速沉积微晶硅薄膜

为提高微晶硅薄膜的纵向结晶性能, 在甚高频等离子体增强化学气相沉积技术的基础上, 采用过渡参数缓变和两步法相结合的方法在普通玻璃衬底上高速沉积薄膜. 当功率密度为2.1 W/cm², 硅烷浓度在6%和9.6%之间变化时, 从薄膜方向和玻璃方向测算的Raman晶化率的差异维持在2%以内. 硅烷浓度为9.6%时, 薄膜沉积速率可达3.43 nm/s, 从薄膜方向和玻璃方向测算的Raman晶化率分别为50%和48%, 差异的相对值仅为4.0%. 合理控制过渡阶段的参数变化, 可使两个方向的Raman晶化率差值下降到一个百分点. 表明采用新方法制备薄膜, 不仅可以抑制非晶孵化层的形成, 改善微晶硅薄膜的纵向结构, 还为制备优质薄膜提供了较宽的参数变化空间. 关键词： 微晶硅薄膜 非晶孵化层 高速沉积 甚高频等离子体增强化学气相沉积     

微晶硅薄膜晶体管稳定性研究

对有源区处于结构过渡区的微晶硅底栅薄膜晶体管，测试其偏压衰退特性时，观察到一种“自恢复”的衰退现象.当栅和源漏同时施加10 V的偏压时，测试其源-漏电流随时间的变化，发现源-漏电流先衰减、而后又开始恢复上升的反常现象.而当采用栅压为10 V、源-漏之间施加零偏压的模式时，源-漏电流随时间呈先是几乎指数式下降、随之是衰退速度减缓的正常衰退趋势.就此现象进行了初步探讨. 关键词： 过渡区硅材料 微晶硅薄膜晶体管 稳定性 自恢复衰退     

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.     

微晶硅薄膜的结构及光学性质的研究

借助RF-PECVD辅助RTP技术，采用高沉积气压的技术路线制备了优质的微晶硅薄膜，并利用拉曼光谱、反射谱和透射谱分别研究了微晶硅的晶化率和光学性质.实验中发现微晶硅的吸收边出现了相对红移，此相对红移可归结于薄膜晶化率的提高和带尾态密度的降低. 关键词： 微晶硅 拉曼光谱 快速热处理 红移     

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 SiH 4 to H 2 (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 μc-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.     

沉积温度对微晶硅薄膜结构特性的影响

采用PECVD技术，在玻璃衬底上沉积μc-Si:H薄膜. 用拉曼光谱、SEM和UV分光光度计对不同沉积温度下沉积的薄膜的结构特性进行分析. 研究发现：沉积温度较低时，随着沉积温度的升高，薄膜的晶化率增加；当沉积温度超过某一温度值时，随着温度的进一步升高，薄膜的晶化率降低. 这时，表面反应由表面扩散限制转变为流量控制. 该温度值随着硅烷含量的降低而降低. 关键词： 氢化微晶硅薄膜 拉曼散射谱 晶化率 UV分光光度计     

Optical emission spectroscopy study on depositionprocess of microcrystalline silicon

This paper reports that the optical emission spectroscopy (OES) is used to monitor the plasma during the deposition process of hydrogenated microcrystalline silicon films in a very high frequency plasma enhanced chemical vapour deposition system. The OES intensities (SiH\sj{*}, H微晶硅 VHF-PECVD 发射光谱学 薄膜物理学microcrystalline silicon, VHF-PECVD, optical emission spectroscopy2005-11-092005-11-092005-12-12This paper reports that the optical emission spectroscopy （OES） is used to monitor the plasma during the deposition process of hydrogenated microcrystalline silicon films in a very high frequency plasma enhanced chemical vapour deposition system. The OES intensities （Sill^＊, H^＊ and H^＊β） are investigated by varying the deposition parameters. The result shows that the discharge power, silane concentrations and substrate temperature affect the OES intensities. When the discharge power at silane concentration of 4% increases, the OES intensities increase first and then are constant, the intensities increase with the discharge power monotonously at silane concentration of 6%. The SiH^＊ intensity increases with silane concentration, while the intensities of H^＊α and H^＊β increase first and then decrease. When the substrate temperature increases, the SiH^＊ intensity decreases and the intensities of H^＊α and H^＊β are constant. The correlation between the intensity ratio of IH^＊α/ISiH^＊ and the crystalline volume fraction （Xc） of films is confirmed.     

微晶硅薄膜的制备及结构和稳定性研究

采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术制备了不同衬底温度的微晶硅薄膜.利用傅里叶变换红外吸收对制备薄膜进行了结构方面的测试分析.结果表明：随衬底温度的升高，材料 中的氢含量总的趋势下降；傅里叶变换红外吸收和二次离子质谱测试结果都显示薄膜中氧含 量随衬底温度的升高而增加（在10¹⁹cm^-3量级）；与高衬底温度相 比，低衬底温度制备的材料易于后氧化，这说明低温制备材料的稳定性不好. 关键词： 甚高频等离子体增强化学气相沉积 微晶硅薄膜 傅里叶变换红外吸收     

超薄高速率单结微晶硅薄膜电池及其叠层电池

采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术, 基于优化表面形貌及光电特性的溅射后腐蚀ZnO:Al衬底, 将通过调控工艺参数获得的器件质量级高速微晶硅(μupc-Si:H )材料(沉积速率达10.57 Å/s)应用到微晶硅单结电池中, 获得了初始效率达7.49%的高速率超薄微晶硅单结太阳电池(本征层厚度为1.1 μm). 并提出插入n型微晶硅和p型微晶硅的隧穿复合结, 实现了非晶硅顶电池和微晶硅底电池之间的低损电连接, 由此获得了初始效率高达12.03% (V_oc=1.48 eV, J_sc=11.67 mA/cm², FF=69.59%)的非晶硅/微晶硅超薄双结叠层电池(总厚度为1.48 μm), 为实现低成本生产太阳电池奠定了基础.