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氢对PECVD法制备硅基薄膜沉积速率、膜结构及性能的影响

作　者: 伍毅龙
导　师: 罗以琳
学　校: 汕头大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: PECVD 硅基薄膜氢激活能
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

硅基薄膜作为一类重要的光电功能材料,由于其独特的性能,使其在新能源、信息显示、光敏器件等高科技领域具有十分重要的应用价值。当前,氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜已经广泛应用于太阳能电池、液晶显示等领域。但是由于其含有大量的缺陷态(主要是悬挂键),使其在实际应用方面受到一定限制,其中最主要的问题是光致衰退效应。各国研究人员经过大量研究,逐渐认识到氢对硅基薄膜的结构和性能有非常重要的影响作用。一方面,氢以单氢化合物(Si-H)的方式与硅基薄膜相结合,起饱和薄膜中悬挂键的作用。这使得氢化非晶硅的缺陷态密度比未氢化的非晶硅大大降低,从而使其符合器件级材料的要求。另一方面,氢也以多氢化合物(Si-H2、Si-H3和(Si-H2)n)的方式与硅基薄膜相结合,从而引入新的缺陷,使带隙中的局域态密度增大。在硅基薄膜的制备过程中,氢对薄膜的晶化有至关重要的作用,而薄膜的晶化又影响其光电性能,因此研究氢对硅基薄膜的作用具有十分重要的意义。本文对采用PECVD系统制备的硅基薄膜进行了光电性能的研究。本论文的研究内容主要由四大部分组成。第一,通过选择不同衬底,设计不同工艺条件,制备不同结构和性能的硅基薄膜；第二,通过傅立叶变换红外透射谱对硅基薄膜的氢含量及其键合模式进行分析；第三,通过紫外-可见光光透射谱研究硅基薄膜的光学性能；第四,通过静电计分析研究硅基薄膜的电学性能。本论文中,我们着重研究了氢稀释率对硅基薄膜生长速率、氢含量及基键合模式影响,氢含量及其键合模式对薄膜光电性能结构的影响。本论文也简单探讨了钠、镁、钙杂质对硅基薄膜电学性能的影响。实验结果表明,在一定范围内,随着氢稀释率的提高,硅基薄膜的生长速率降低,氢含量增加,室温暗电导率减小,电导激活能增大,光敏性变好。硅基薄膜中Si-H形式的氢含量增大时,薄膜光学带隙减小。硅基薄膜中的氢,尤其是Si-H形式的氢有助于提高硅基薄膜的光电性能。硅基薄膜由于钠、镁、钙杂质的进入会导致其光敏性降低,暗电导率变大、电导激活能变小。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章前言  8-21
  1.1 硅基薄膜的研究历史和现状  8-10
  1.2 硅基薄膜的基本理论  10-12
    1.2.1 非晶半导体结构的理论模型  10-11
    1.2.2 氢化非晶硅薄膜的结构  11
    1.2.3 氢化非晶硅薄膜中氢的作用  11-12
  1.3 杂质引起硅基薄膜的缺陷态  12-14
    1.3.1 磷引起的缺陷态  12-13
    1.3.2 硼引起的缺陷态  13
    1.3.3 氧引起的缺陷态  13
    1.3.4 其他元素引起的缺陷态  13-14
  1.4 硅基薄膜的主要应用  14-17
    1.4.1 氢化非晶硅薄膜的主要应用  14-16
    1.4.2 多晶硅、微晶硅、纳米硅薄膜的主要应用  16-17
  1.5 本论文的研究内容和目的  17
  参考文献  17-21
第二章硅基薄膜的制备与特性分析  21-36
  2.1 硅基薄膜的制备方法  21-24
    2.1.1 氢化非晶硅薄膜的制备方法  21-23
    2.1.2 多晶硅、微晶硅、纳米硅薄膜的制备方法  23-24
  2.2 硅基薄膜结构特性分析  24-32
    2.2.1 傅立叶变换红外光谱分析法  24-27
    2.2.2 紫外-可见光光谱法(U-V spectrum)  27-28
    2.2.3 直流电导分析  28-30
    2.2.4 X射线衍射谱(XRD)分析  30-31
    2.2.5 拉曼散射光谱技术  31-32
    2.2.6 扫描电子显微镜(SEM)与原子力显微镜(AFM)分析  32
  参考文献  32-36
第三章 PECVD法制备硅基薄膜及氢的作用  36-47
  3.1 等离子体沉积的化学反应及氢化非晶硅薄膜生长机理  36-38
    3.1.1 一级反应  36-37
    3.1.2 二级反应  37-38
    3.1.3 膜的生长反应  38
  3.2 氢对硅基薄膜的作用  38-42
    3.2.1 非晶硅中氢的态密度  38-39
    3.2.2 氢含量及硅氢键合模式与硅基薄膜晶化的关系  39
    3.2.3 氢稀释对硅基薄膜结构和性能的影响  39-42
  3.3 实验设备  42-44
  3.4 样品制备  44-45
    3.4.1 衬底清洗  44-45
    3.4.2 薄膜制备  45
  参考文献  45-47
第四章样品分析与表征  47-79
  4.1 温度对硅基薄膜中氢含量及键合模式的影响  47-72
    4.1.1 样品制备工艺条件  47
    4.1.2 硅基薄膜红外透射谱分析  47-55
    4.1.3 硅基薄膜光学性能与紫外-可见光谱分析  55-65
    4.1.4 硅基硅薄膜的电学性能与静电计分析  65-69
    4.1.5 硅基硅薄膜的X射线衍射(XRD)分析  69-70
    4.1.6 硅基薄膜的能谱(EDS)分析  70-71
    4.1.7 小结  71-72
  4.2 氢稀释对硅基薄膜结构和性能的影响  72-77
    4.2.1 样品制备工艺条件  72
    4.2.2 实验结果与分析  72-76
    4.2.3 小结  76-77
  参考文献  77-79
第五章结论  79-81
致谢  81

氢对PECVD法制备硅基薄膜沉积速率、膜结构及性能的影响

内容摘要

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