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。     

等离子体射频功率对微晶硅薄膜微结构及其特性影响

采用射频等离子增强化学气相沉积(RF-PECVD)技术在低温、高沉积压力的条件下制备微晶硅薄膜材料.在优化其它沉积参数的条件下,研究等离子功率密度对微晶硅薄膜材料微结构的影响.通过X射线衍射谱,拉曼光谱,红外吸收谱以及SEM来表征了微晶硅薄膜材料的微结构.结果显示:随着射频功率的增加,微晶硅薄膜的晶化率提高,晶粒尺度减小,薄膜呈小晶粒生长,薄膜中氢含量减少,微结构因子增加,薄膜生长表现出不均匀性.     

ECR-PECVD制备n型微晶硅薄膜的研究

用电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积(ECR-PECVD)的方法制备了磷掺杂微晶硅薄膜材料.通过Hall,Raman光谱和XRD的测试分析,研究了衬底温度和磷烷流量对掺杂薄膜组织结构和电学性能的影响.根据AFM照片分析了薄膜的表面形貌,进而推测了薄膜的内部组成.实验发现:衬底温度在250 ℃时,磷烷的加入会大大降低薄膜的晶化率.衬底温度提高到350 ℃后这种影响明显下降.薄膜的载流子浓度和电导率受薄膜晶化率影响明显,衬底温度的升高对薄膜电学性能提高有较大帮助.     

衬底温度对氢化微晶硅锗薄膜生长的影响

采用VHF-PECVD技术在玻璃衬底上沉积微晶硅锗薄膜.研究了衬底温度对微晶硅锗薄膜的微结构和光电特性的影响.结果表明:随着衬底温度的升高,微晶硅锗薄膜的生长速率减小,(220)晶向强度增强;而同一衬底温度下,锗浓度的增加将抑制薄膜(220)晶向的生长,通过相应地提高衬底温度可以解决这一问题.利用生长基团在薄膜生长表面的扩散理论对实验结果进行了解释.     

采用两步压强法制备优质微晶硅薄膜

针对氢化微晶硅薄膜吸收系数较低、制备需要较高厚度,从而需要较高沉积速度的问题,考虑到压强对沉积速度及晶化比的重要影响,在分析了单一压强法制备薄膜优缺点的基础上,提出了采用两步法来制备高质量微晶硅薄膜的方法.即先采用高压制备薄膜2min,减小非晶转微晶的孵化层厚度,然后再采用低压制备薄膜18min,提高薄膜的致密度及减小氧含量,最后制备出了光敏性较高,晶化比较大并且光照稳定性也较好的优质氢化微晶硅薄膜.     

衬底温度对微晶硅薄膜微结构的影响

采用等离子体化学气相沉积(RF-PECVD)技术,在不同衬底温度Ts下沉积了氢化微晶硅(μc-Si:H)薄膜,并深入研究了衬底温度对微晶硅薄膜微结构的影响.研究结果表明随着衬底温度的升高,表征μc-Si:H 薄膜微结构的晶化率和平均晶粒尺寸均呈现了相似的变化规律,其临界温度点随着硅烷浓度的增加向高温方向移动.该实验结果可通过"表面扩散模型"得到合理解释.     

P型微晶硅薄膜材料性能的研究

本文讨论了P型微晶硅薄膜性能随硅烷浓度(SC)的变化.采用X射线衍射仪(XRD),拉曼光谱仪和傅立叶变换红外吸收光谱仪(FTIR)对薄膜的结构进行了表征.随硅烷浓度的增加,微晶硅薄膜材料的生长速率和暗电导率(σd)逐渐增大,光学带隙逐渐降低.当硅烷浓度为2.0;时,硅基薄膜材料是以非晶硅为主并有散落的微晶硅颗粒的非晶硅结构.当硅烷浓度为1.5;时,硼的掺杂效率最大,同时可观察到硼抑制薄膜晶化的现象.     

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.     

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.     

本征微晶硅薄膜和微晶硅电池的制备及其特性研究

本文对VHF-PECVD制备的本征微晶硅薄膜和电池进行了电学特性和结构特性方面的测试分析研究.电学测试结果给出制备薄膜的激活能为0.51eV,符合电池对材料的电学参数要求;拉曼散射谱测试结果计算得到样品的晶化率为63;;X射线衍射结果也证明材料晶化,同时(220)方向择优;首次在国内用VHF-PECVD方法制备出效率为5;的微晶硅电池(Jsc=21mA/cm2,Voc=0.46V,FF=51;,Area=0.253cm2).     

Properties of thin film silicon,prepared at high growth rate in a wide range of thicknesses

Preparation of thin film silicon at high growth rate is an important target for its application in solar cells. The properties of hydrogenated microcrystalline silicon, prepared with the help of PECVD multi-hole cathode in a high pressure and depletion regime in a wide range of thicknesses are described in detail. We illustrate the surprising result that we can prepare high growth rate microcrystalline silicon from 0.4 up to 30 μm thickness without great peel-off problems. The room temperature dark DC conductivity, as well as the crystallinity, increased up to 5 μm film thickness and then started to decrease again. These results are explained by the initial temperature profiling and a thickness-induced increase of the lateral inhomogeneity.     

数值模拟p/i界面对微晶硅薄膜太阳电池性能的影响

采用美国宾州大学开发的AMPS(Analysis of Microelectronic and Photonic Structures)软件模拟了p/i界面缺陷态密度(Npt/i)和非晶孵化层厚度(d)对pin型氢化微晶硅(μc-Si:H)薄膜太阳电池性能的影响.结果表明:随着Npt/i的增大,电池的开路电压Voc和填充因子FF单调减小,短路电流Jsc基本不变;随着d的增大,Jsc和FF单调减小,Voc反而增大;Npt/i和d值的增大均会导致电池光电转换效率η下降.通过对电池内部的电场及能带的分析,对上述模拟结果进行了解释.     

纯化器对VHF-PECVD制备的不同结构硅薄膜特性的影响

本文采用VHF-PECVD技术制备了不同结构的硅薄膜,分析研究了有、无纯化器对制备薄膜特性的影响.电学特性和结构特性测试结果表明:在10W的功率条件下,使用纯化器时制备的薄膜是光敏性满足非晶硅电池要求的材料,而在不使用纯化器时制备的材料是适用于太阳能电池有源层的纳米硅材料;在30W时,不使用纯化器制备薄膜的晶化明显增大,光敏性也相应的降低,50W的条件表现出相类似的结果,初步分析是氧引起的差别;激活能的测试结果也表明,使用纯化器会降低材料中的氧含量,即表现激活能相对大;另外,沉积速率的测试结果也给出:耗尽区所在位置与是否使用纯化器有很大关系.     

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.     

Microcrystalline silicon prepared at magnetic field modified nucleation

We present a complex characterization of thin silicon films, the growth of which has been influenced by permanent magnet, placed under the substrate. The pattern of microcrystalline regions in otherwise amorphous film varied with the orientation of the magnetic field. Study by atomic force microscopy and by micro-Raman spectroscopy revealed that the microcrystalline regions resulted from increased nucleation density of crystalline grains at the locations where the magnetron effect could be expected. This phenomenon allowed us to study in detail the transition between amorphous and microcrystalline growth. Moreover, it can be used as a kind of ‘magnetic lithography’ for preparation of predefined microcrystalline patterns in otherwise amorphous silicon films.     

Remote plasma deposition of microcrystalline silicon thin-films: Film structure and the role of atomic hydrogen

Microcrystalline silicon films grown in an expanding thermal plasma, i.e. in the absence of ion bombardment, are found to be porous and rich in nano-sized voids. By carrying out an extensive investigation on the material quality of films deposited in the amorphous-to-microcrystalline transition regime, on the microcrystalline silicon growth development, and on the influence of the substrate temperature, it is concluded that the inferior material quality is related to the lack of a sufficient amount of amorphous silicon tissue. As possible cause for the insufficient amount of amorphous silicon tissue, the interaction of atomic hydrogen with amorphous silicon films has been studied in order to highlight a possible competition between film growth and H-induced etching of amorphous silicon, and between film growth and H-induced surface/film modification. The etch rates obtained are too low to compete with film growth. Furthermore, atomic H cannot be considered responsible for the poor quality of amorphous tissue present in the microcrystalline silicon films, as the H up-take mainly takes place in divacancies. These results suggest that ion bombardment may be a necessary condition to provide good quality microcrystalline silicon films.     

微/纳米多层金刚石自支撑膜的制备及生长特性的研究

在30kW级直流电弧等离子喷射化学气相沉积装置下,采用Ar-H2-CH4混合气体,通过控制工艺参数,在钼衬底上分别制备了普通微米自支撑膜及多层金刚石自支撑膜并对其进行研究.结果显示,同普通微米膜相比,多层膜体是由微米晶金刚石层和纳米晶金刚石层组成,表面光滑,微米层与纳米层间具有相互嵌套式的界面;多层膜中各层膜体的内应力沿生长方向有明显变化,出现一个从压应力到拉应力变化的过程;在沉积过程中,随着层数变化,膜体的生长速率也发生相应的变化.     

衬底温度对碲化镉薄膜结构及光学性能的影响

碲化镉(CdTe)因具有良好的光电性能和吸收性能经常被作为太阳电池的吸收层材料.以纯度为99.99;的CdTe陶瓷靶为靶材在玻璃衬底上采用射频磁控溅射的方法制备了一系列的CdTe薄膜,研究了衬底温度对样品薄膜的厚度、结构和光学性能的影响.结果表明:随着衬底温度的增加薄膜的厚度在逐渐地减少;制备的薄膜都是立方闪锌矿结构且具有高度的(111)面择优取向;薄膜对可见光有较好的吸收性能,随衬底温度的增加而减小.