高速沉積微晶硅瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)過程中的光發(fā)射譜診斷與分析.pdf

1、對于微晶硅薄膜電池，提高沉積速率是一種降低生產(chǎn)成本的有效方法，然而這會引起薄膜材料質(zhì)量的下降，導(dǎo)致所制備電池的轉(zhuǎn)換效率降低。本論文主要采用單室PECVD沉積系統(tǒng)，制備高速微晶硅薄膜，并對高速沉積微晶硅瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)過程中的光發(fā)射譜進行診斷與分析，探究高速沉積微晶硅薄膜的等離子體輝光過程中影響材料結(jié)構(gòu)的微觀因素，在此基礎(chǔ)上改變沉積條件來對沉積過程進行過程控制，以達到改善高速微晶硅材料性能的目的。主要研究內(nèi)容如下：
　　 ㈠采用OES在

2、線監(jiān)測高速沉積微晶硅輝光初期的瞬態(tài)過程，結(jié)合所制備材料的結(jié)構(gòu)特性，探究影響薄膜非晶孵化層厚度的因素。分析OES所監(jiān)測的發(fā)光基團的信息，通過改變通氣方式和減小初始硅烷濃度的方法，可以有效地減小非晶孵化層的厚度，從而提高材料的性能。⑴通過調(diào)節(jié)輝光功率和沉積壓強，結(jié)合OES在線監(jiān)測I(Hα*)/I(SiH*)和I(SiH*)值的變化規(guī)律，尋找高速沉積微晶硅薄膜所對應(yīng)的非晶/微晶過渡區(qū)和輝光功率耗盡區(qū)，制備出晶化率60％左右，光敏性大于100，

3、沉積速率為2.0nm/s的高質(zhì)量的高速微晶硅材料。⑵通過改變通氣方式，在線監(jiān)測高速沉積微晶硅輝光初期的瞬態(tài)過程。傳統(tǒng)通氣法輝光初期的20s內(nèi)I(Hα*)/I(SiH*)值要明顯低于其達到穩(wěn)定以后的值，這在很大程度上導(dǎo)致了非晶孵化層較厚的結(jié)果。采用氫氣輝光20s后通入硅烷的通氣方式，會在很大程度上有效抑制背擴散的發(fā)生；所制備的材料非晶孵化層的厚度明顯減薄，可使非晶孵化層的厚度降至60nm左右。⑶通過減小初始硅烷流量，結(jié)合OES監(jiān)測輝光初期

4、I(Hα*)/I(SiH*)值，與輝光達到穩(wěn)定后I(Hα*)/I(SiH*)值進行比較，可得到一個較理想的初始硅烷流量。減小初始硅烷流量可以一定程度地減薄非晶孵化層的厚度，使其降低到150nm左右，但這一數(shù)值要大于通過改變通氣方式而得到的最優(yōu)孵化層厚度。⑷結(jié)合改變通氣方式和改變初始硅烷流量兩種方法，可以進一步降低非晶孵化層的厚度，使其降至30-60nm左右。
　　 ㈡采用OES在線監(jiān)測高速沉積微晶硅的穩(wěn)態(tài)過程，結(jié)合所制備材料的縱

5、向結(jié)構(gòu)特性，分析影響材料縱向結(jié)構(gòu)均勻性的因素。通過OES監(jiān)測的發(fā)光基團的信息，尋求本實驗系統(tǒng)中改善材料縱向結(jié)構(gòu)均勻性的最優(yōu)方法。⑴采用OES在線監(jiān)測高速沉積微晶硅的穩(wěn)態(tài)過程，分析表征材料晶化率的I(Hα*)/I(SiH*)隨著沉積過程的變化趨勢，結(jié)合材料縱向晶化率的變化情況，分析高速沉積的微晶硅材料的縱向結(jié)構(gòu)均勻性較差的原因。⑵通過OES在線監(jiān)測不同功率條件下表征材料晶化率和等離子體電子溫度的I(Hα*)/I(SiH*)和I(Hα*)/

6、I(Hβ*)的變化情況，分析功率影響等離子體輝光過程的機制。采用功率梯度法，通過調(diào)節(jié)步長和功率梯度，借助OES在線監(jiān)測發(fā)光基團強度隨著這兩個參數(shù)改變的變化趨勢，從而尋求最優(yōu)的功率梯度法。本實驗通過優(yōu)化功率梯度法，可以得到晶化率維持在53％-60％左右的縱向結(jié)構(gòu)均勻性較好的材料。⑶通過改變硅烷流量，結(jié)合所制備材料的縱向均勻性，可知通過硅烷流量梯度法可一定程度的改善薄膜材料的縱向結(jié)構(gòu)均勻性。改變氫氣流量法所得到的結(jié)果與傳統(tǒng)的結(jié)果相反，即通過