低阻高TCR非晶硅薄膜制備及性能研究.pdf

1、非晶硅(a-Si)薄膜因其光吸收系數(shù)高、容易可控?fù)诫s、可高速大面積沉積、與半導(dǎo)體工藝兼容等優(yōu)點(diǎn)，在薄膜太陽(yáng)能電池、TFT-LCD、非制冷紅外焦平面陣列、航天遙感遙測(cè)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，非晶硅薄膜的電導(dǎo)率較低，特別是其電學(xué)性能的穩(wěn)定性較差，至今沒(méi)有得到根本的解決，從而限制其在各領(lǐng)域的應(yīng)用。研究表明，摻雜能有效提高非晶硅薄膜的載流子濃度，從而提高其電導(dǎo)率；晶體半導(dǎo)體薄膜的電導(dǎo)率優(yōu)于非晶半導(dǎo)體薄膜。因此，在摻雜的基礎(chǔ)上，通過(guò)氣體稀

2、釋改善薄膜的微結(jié)構(gòu)，可望使非晶硅薄膜的導(dǎo)電性得到進(jìn)一步的改善。
　　本文使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)技術(shù)，制備了不同氫氣稀釋比和磷摻雜的非晶硅薄膜；對(duì)制備態(tài)的非晶硅薄膜在不同溫度下進(jìn)行了真空退火處理。通過(guò)多種現(xiàn)代分析測(cè)試方法和設(shè)備，研究了氫氣稀釋比和射頻功率對(duì)本征非晶硅薄膜微結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能的影響；研究了氫氣稀釋比和磷摻雜濃度對(duì)非晶硅薄膜微結(jié)構(gòu)、光學(xué)和電學(xué)性能的影響；研究了退火溫度對(duì)不同制備態(tài)非晶硅薄膜微結(jié)構(gòu)、光學(xué)和電

3、學(xué)性能的影響。最后，對(duì)大面積高速沉積非晶硅薄膜作了初步探討，取得如下主要成果：
　　(1)氫氣稀釋比的提高有助于本征非晶硅薄膜的結(jié)構(gòu)從非晶向納米晶轉(zhuǎn)變。當(dāng)稀釋比為24時(shí)，平均晶粒尺寸達(dá)10.74nm，晶化率超過(guò)65％。隨著氫氣稀釋比的提高，本征非晶硅薄膜的氫含量逐漸降低，折射率逐漸變大，消光系數(shù)減小，光學(xué)帶隙變寬。射頻功率對(duì)氣體輝光放電有著重要的影響，薄膜中的氫含量隨著射頻功率的增加而增加，折射率則隨著射頻功率增加而減小，消光系數(shù)

4、隨著射頻功率增加而變大。
　　(2)隨著氫氣稀釋比的提高，磷摻雜非晶硅薄膜的非晶包絡(luò)峰強(qiáng)度隨之降低，半高寬變窄，薄膜內(nèi)部的短程有序度和中程有序度得到改善，缺陷濃度降低。氫氣稀釋比的變化引起磷摻雜薄膜的光學(xué)性能變化趨勢(shì)與本征非晶硅薄膜一致。氫氣稀釋濃度對(duì)磷摻雜薄膜的電學(xué)性能有重要影響，高稀釋條件下的薄膜室溫暗電阻率更低，但隨著磷摻雜濃度的提高，氫氣稀釋的影響逐漸減弱，直至被掩蓋。
　　(3)隨著磷摻雜濃度的提高，氫氣稀釋非晶硅

5、薄膜的短程有序度和中程有序度變差，缺陷濃度增加，薄膜的氫含量增加。此外，薄膜的折射率隨著磷摻雜濃度的增加而降低，消光系數(shù)和光學(xué)帶隙隨著磷摻雜濃度的提高而變大。隨著磷摻雜濃度的增加，非晶硅薄膜的室溫暗電阻率降低，電阻溫度系數(shù)(TCR)的絕對(duì)值慢慢變小。
　　(4)真空退火可以促進(jìn)非晶硅薄膜由非晶結(jié)構(gòu)向晶相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，600℃退火薄膜開(kāi)始出現(xiàn)晶化，750℃退火薄膜已轉(zhuǎn)變?yōu)橐远嗑橹?。隨著退火溫度的提高，制備態(tài)非晶硅薄膜的厚度都出現(xiàn)了減小