论文部分内容阅读
多晶Si薄膜同时具有单晶Si高迁移率、光照稳定性及非晶硅大面积低成本制备的优点，在薄膜太阳能电池、薄膜晶体管(TFT)以及微电子集成电路等方面具有广泛应用前景。因此，尽管硅材料价格近年持续下降，对多晶Si薄膜材料的基础研究和应用始终是光伏科学和光电信息领域里一个研究热点。在现有的多晶Si薄膜制备众多方法中，金属诱导晶化法最为常见，相比固相晶化、快速热退火、激光晶化、等离子体增强化学气相沉积，金属诱导晶化法所制备的多晶Si薄膜具有晶化时间短、晶化温度低、制得的硅晶粒尺寸大等优点，但此方法的不足之处是：金属原子在诱导非晶硅薄膜晶化的同时也对薄膜造成一定污染，一定程度上影响多晶Si薄膜的光电性能从而使其应用受限。为了克服上述缺点，本文通过使用与硅物理和化学性质相似的同族元素锗(Ge)代替其它诱导金属（Al、Ni等），采用电子束蒸发在Si(400)单晶Si衬底上制备具有Ge填埋层的非晶Si薄膜，并进行后续真空退火研究。采用拉曼(Raman)光谱、X-射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESM)、热重差热分析（DSC）、腐蚀表面等并对薄膜进行结构表征，研究蒸发参数和后续退火工艺对Ge诱导非晶Si薄膜晶化特性的影响，并对其诱导机理进行初步研究，得到以下主要结论:1.室温下生长的含有Ge填埋层的（a-Si/Ge/Sisubstrate）的a-Si薄膜，经400℃退火5小时，非晶Si薄膜几乎全部晶化，退火温度为600℃对应多晶Si薄膜的晶粒尺寸约为15μm，晶化多晶Si薄膜在Si(111)方向具有高度择优取向，而且随退火温度的升高，择优取向越显著；2.当衬底温度为300℃时，薄膜在700℃退火5小时后仍然为典型的非晶Si结构；3.无Ge填埋层的a-Si薄膜经800℃退火5小时薄膜实现部分晶化，晶化率为48.6%；4.在相同的条件下制备即具有Ge夹心层（a-Si/Ge/a-Si/Sisubstrate）和Ge盖帽层（Ge/a-Si/Sisubstrate）结构的多晶Si薄膜，在温度700℃退火5小时后薄膜没发生晶化；5. DSC(热重差热分析)扫描表明，Ge诱导a-Si薄膜晶化成主要是应力诱导的结果。当退火温度达到应力释放的阈值时，应力释放是主要的因素来促使a-Si晶化成多晶Si；6.Ge诱导非晶Si晶化时，由于外延膜与衬底间晶格适配导致在后续退火过程中，薄膜部分出现脱落现象。