氫化非晶硅薄膜的晶化處理研究.pdf

1、氫化非晶硅(a-Si∶H)薄膜在薄膜太陽(yáng)能電池、薄膜晶體管、輻射探測(cè)和液晶顯示等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用,因而在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的關(guān)注和大量的研究。但是,氫化非晶硅薄膜存在光致衰退(S-W)效應(yīng),是其在進(jìn)一步應(yīng)用中的一個(gè)瓶頸。為了解決這一難題,提出了很多意在消除或降低S-W效應(yīng)的方法。研究發(fā)現(xiàn),通過(guò)對(duì)氫化非晶硅薄膜進(jìn)行納米晶化處理,可明顯抑制S-W效應(yīng),進(jìn)而可有效提高薄膜的性能穩(wěn)定性。
　　 本文基于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PE

2、CVD)制備方法,通過(guò)對(duì)硅烷等反應(yīng)氣體進(jìn)行氬氣稀釋和對(duì)磷摻雜氫化非晶硅薄膜進(jìn)行氬等離子體退火的方法,借助多種現(xiàn)代分析測(cè)試方法,研究了氣體稀釋比、射頻功率密度和退火時(shí)間等對(duì)氫化非晶硅薄膜晶化的影響;研究了晶化過(guò)程中薄膜微結(jié)構(gòu)、表面形貌和光電性能的變化。取得了如下一些應(yīng)用基礎(chǔ)研究結(jié)果:
　　 (1)隨著氬氣/硅烷稀釋比的提高,氫化非晶硅薄膜的微結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化。當(dāng)稀釋比提高到一定程度時(shí),非晶硅薄膜的晶化率隨著稀釋比的提高而增加,

3、內(nèi)部的納米晶粒也隨著稀釋比的提高而長(zhǎng)大,而薄膜的表面質(zhì)量隨之得到改善。硅薄膜對(duì)紫外,可見(jiàn)光的吸收隨著晶化率的提高而降低,光學(xué)帶隙同時(shí)減小。透射電鏡研究表明,薄膜中含有數(shù)量不少的納米晶體,表明此時(shí)薄膜已經(jīng)成為“部分晶化”的非晶硅薄膜,即所謂的“類晶體”。
　　 (2)射頻功率密度對(duì)氫化非晶硅薄膜晶化的影響較為復(fù)雜。過(guò)度提高射頻功率密度會(huì)對(duì)薄膜的晶化率和晶粒尺寸造成不利影響。只有射頻功率密度的選取比較合理時(shí),才會(huì)對(duì)氫化非晶硅薄膜的晶

4、化效果產(chǎn)生最有利的影響。
　　 (3)通過(guò)對(duì)氬等離子內(nèi)部Ar*和Ar+這兩種高能粒子的研究和分析,解釋了氬氣稀釋過(guò)程中稀釋比和射頻功率密度對(duì)薄膜晶化的不同表現(xiàn)Ar*相對(duì)于Ar+來(lái)說(shuō)更為溫和,對(duì)非晶硅薄膜內(nèi)納米晶粒的生長(zhǎng)和薄膜的綜合質(zhì)量更為有利。提高氬氣稀釋比能有效提高Ar*的含量,有利于薄膜質(zhì)量的改善;當(dāng)射頻功率密度提高到一定程度后,氬等離子體內(nèi)Ar+的含量會(huì)激增,不利于薄膜質(zhì)量的提高。
　　 (4)采用氬等離子體退火技