论文部分内容阅读
硅薄膜是常用光学薄膜材料之一,由于其工艺简单,制作成本较低,可选衬底较多,同时兼容硅半导体工艺,因此在太阳能电池应用中具有广泛的前景。本论文研究目的在于通过两种PECVD方法,即电容耦合等离子体增强化学气相沉积（CCP-CVD）法和电感耦合等离子体增强化学气相沉积（ICP-CVD）法,以SiH4和H2为前驱体,制备了多种参数条件下的硅薄膜。比较了两种PECVD方法的原理及特点,并研究了氢稀释比、工艺功率、工艺压强及温度对硅薄膜的影响。研究了利用实验室设计的CCP-CVD设备进行工艺前的清洗条件,以保证工艺稳定进行。并研究了这些参数对薄膜沉积速率、膜表面均匀性、表面晶粒及光学性能的影响。本工作主要研究成果如下:SiH4和H2流量对CCP-CVD设备辉光放电影响较大,随着SiH4气体流量的增大,辉光颜色由暗紫色变为蓝色再变为暗紫色。当SiH4流量为15 sccm,H2流量为10 sccm时,辉光最稳定。工艺功率与工艺气压对辉光稳定性没有明显影响;随着工艺时间的累积,CCP-CVD法辉光颜色越来越深,工艺腔内部被非晶硅颗粒污染;利用SF6与O2蚀刻非晶硅颗粒,当SF6与O2气流量分别为15 sccm和5 sccm时,蚀刻速率最快,效果最好。利用CCP-CVD法制备硅薄膜过程中,只能制备出a-Si薄膜,并且薄膜表面不均匀,沉积速率低,薄膜性能差,沉积系统不稳定,无法制备出满足器件级要求的硅薄膜。利用ICP-CVD法制备硅薄膜时,能沉积出性能良好的a-Si薄膜和多晶硅薄膜。当氢稀释比为98%时能沉积出结晶率为65%的多晶硅薄膜。功率更高或温度提高均可以提高硅薄膜结晶率。同时研究了硅薄膜的掺杂。当PH3以98%的H2稀释,功率3 kW、温度350℃、压强10 mTorr时,可以得到电导率为1.916Ω-1?cm-1的n型多晶硅薄膜,并且当压强增加为22 mTorr时,n型多晶硅薄膜的能带间隙可以减小到1.29 eV。当氢稀释比为77%时可以很容易制备性能良好的a-Si薄膜。当功率为2 kW,压强为20 mTorr,温度为200℃时,a-Si薄膜的能带间隙能达到1.77 eV。同时对a-Si薄膜进行p型掺杂可得到电导率为0.315Ω-1?cm-1的p型a-Si薄膜。