MWECR CVD高速沉積a-Si-H薄膜及熱退火微觀機(jī)理研究.pdf

1、環(huán)境污染和能源短缺一直影響著各國(guó)的持續(xù)發(fā)展，在眾多可再生清潔能源中，光伏組件最有可能取代傳統(tǒng)能源而成為新的能源。a-Si：H薄膜電池以其低廉的制造成本及容易實(shí)現(xiàn)大面積沉積，在光伏市場(chǎng)中有著廣泛的應(yīng)用前景。 微波電子回旋共振化學(xué)氣相沉積(MWECRCVD)和熱絲化學(xué)氣相沉積(HWCVD)是制備a-Si：H薄膜的兩種重要方法，MWECRCVD產(chǎn)生的等離子體具有能量轉(zhuǎn)化率高、氣體分解充分、激發(fā)態(tài)物種和基團(tuán)濃度高等優(yōu)點(diǎn)；HWCVD能制備

2、出低H含量和高穩(wěn)定性的a-Si：H薄膜。實(shí)驗(yàn)后期，在原有MWECR設(shè)備基礎(chǔ)上，引入熱絲單元，以期結(jié)合兩者的長(zhǎng)處，制備出優(yōu)質(zhì)的a-Si：H薄膜。實(shí)驗(yàn)表明，由于熱絲起到促進(jìn)反應(yīng)氣體的充分分解等作用，因而對(duì)提高薄膜性能有顯著作用。與不加熱絲的情況相比，在較低的襯底溫度下就能制備出優(yōu)質(zhì)的a-Si：H薄膜，光敏性達(dá)到3×105，沉積速率超過20A/s，同時(shí)也大大提高了薄膜的均勻性。 a-Si：H薄膜的生長(zhǎng)主要包括活性基團(tuán)SiH3的吸附、表

3、面反應(yīng)、表面擴(kuò)散、解吸附等，最終決定薄膜的H含量和缺陷態(tài)密度是沉積時(shí)的釋氫過程。 實(shí)驗(yàn)表明，在相同襯底溫度下，適當(dāng)增加由等離子體轟擊和熱絲輻射引起的溫度能增加等離子體釋氫的速率，減少H在擴(kuò)散中被富氫區(qū)選擇性吸引的幾率，從而有效改善薄膜的硅氫鍵結(jié)構(gòu)，提高薄膜的光敏性；在薄膜沉積過程中，適當(dāng)加大混合氣體中氫氣的稀釋率，H對(duì)薄膜的轟擊可以增加生長(zhǎng)表面SiH3的選擇性吸附，增加成膜基團(tuán)的表面遷移率，而且在亞表面層，通過移動(dòng)弱成鍵H而改善

4、薄膜的微結(jié)構(gòu)，提高薄膜的光敏性。 a-Si：H薄膜的光致衰退是影響其應(yīng)用的主要原因，研究表明，H在a-Si：H中有不同的鍵合形式，分別形成了深捕獲能級(jí)、淺捕獲能級(jí)和高能亞穩(wěn)態(tài)Si-H-Si，在光衰退和熱退火中，H的運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散起到了重要的作用。光照時(shí)，原先在深捕獲能級(jí)和淺捕獲能級(jí)的H原子會(huì)在過剩載流子的非輻射復(fù)合能的幫助下，到達(dá)高能亞穩(wěn)態(tài)這一位置，形成三中心的Si-H-Si(也稱BCH原子)，這種BCH原子能互相結(jié)合形成氫氣溢出薄