射頻功率和沉積氣壓對非晶硅薄膜材料性能的影響-論文.pdf

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1、第44卷第3期內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)漢文版)Vo1．44No．32015年5月JournalofInnerMongoliaNormalUniversity(NaturalScienceEdition)May2015射頻功率和沉積氣壓對非晶硅薄膜材料性能的影響張娜，李海泉，周炳卿，張林睿，張麗麗(內(nèi)蒙古師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010022)摘要：采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)，通過改變射頻功率與沉積氣壓兩個參數(shù)來沉積非晶硅薄膜材料，并研究了變化參數(shù)對薄膜沉積速率、晶化情況、氫含量、光電學(xué)性質(zhì)以及

2、材料表面形貌等的影響．結(jié)果表明：射頻功率在較低的范圍內(nèi)變化時，對薄膜的沉積速度影響很大，對材料的光電特性比較敏感；沉積氣壓升高達(dá)到一定值后，沉積速率變化不太明顯，光電影響比較緩和；在低氣壓、小功率條件下，薄膜中出現(xiàn)小晶粒生長．關(guān)鍵詞：氫化非晶硅薄膜；射頻功率；沉積氣壓；光電特性中圖分類號：TK304文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1001-8735(2Ol5)03-0347-05非晶硅作為一種無定型的硅材料，在半導(dǎo)體中的應(yīng)用十分廣泛．由于非晶硅的結(jié)構(gòu)長程無序，整體上類似各向同性的特性，因而能夠展現(xiàn)出一些晶體材料沒有的獨特性質(zhì)．

3、非晶硅的暗電導(dǎo)非常小，通常能夠達(dá)到10一~l／cm，其光敏性比較好，一般被用在光電探測器、顯示器以及太陽能電池中．非晶硅薄膜材料的制備方法主要是等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù)(PECVD)，此外還有磁控濺射技術(shù)(MSCVD)和熱絲化學(xué)氣相沉積技術(shù)等方法．在工業(yè)生產(chǎn)中，制備非晶硅的方法主要是射頻等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù)(RF—PECVD)，因而參數(shù)的選擇對于材料的特性影響很大．本文通過調(diào)節(jié)沉積系統(tǒng)中的射頻功率和沉積氣壓，研究參數(shù)變化對非晶硅薄膜材料特性的影響．1實驗實驗使用的是沉積系統(tǒng)為RF—PECVD，射頻頻率為13．56H

4、z，采用平面耦合式電容，電極間距為2cm，氣體總流量為100sccm，硅烷濃度為0．7．襯底為corning7059玻璃，襯底溫度為200℃．首先將沉積氣壓定位于133Pa，改變射頻功率(10～50w)制備非晶硅薄膜，之后將射頻功率設(shè)置為50w，改變沉積氣壓(133～4O0Pa)，制備另一組樣品．實驗中制備的樣品，通過X射線衍射譜、拉曼光譜和紅外傅里葉吸收光譜分別對材料結(jié)構(gòu)、氫含量和氧化情況進(jìn)行測試，用掃描電鏡對材料表面形貌進(jìn)行表征，用紫外可見譜對材料薄膜的厚度以及光學(xué)帶隙進(jìn)行測量，材料的光暗電導(dǎo)特性用Keithley

5、617高阻儀測試．2結(jié)果與討論2．1射頻功率對沉積速率的影響沉積氣壓為133Pa時，射頻功率(10~50w)與沉積速率的關(guān)系圖1所示．從圖1可以看到，隨著功率的提高，非晶硅薄膜沉積的速度顯著加快，但超過4OW后，沉積的速度又明顯變慢．從4Ow到50w減小的趨勢可以看出，硅烷已完全分解．對于速率的減小，可能是以下兩個原因引起的，一是薄膜開始結(jié)晶，充分分解的氫原子對薄膜表面的刻蝕加劇，另一個高能離子的轟擊抑制了薄膜的生長．一般來說，非晶硅的拉曼光譜中只在480cm處顯示一個峰包]．對射頻功率為50w條件下制備的非晶硅薄膜進(jìn)

6、行拉曼測試發(fā)現(xiàn)收稿日期：2014—09—25基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目(51262022)；內(nèi)蒙古師范大學(xué)2013年度研究生科研創(chuàng)新基金項目(CXJJS13O43)作者簡介：張娜(1989一)，女，山西省呂梁市人，內(nèi)蒙古師范大學(xué)碩士研究生通信作者：周炳卿(1963一)，男，內(nèi)蒙古興和縣人，內(nèi)蒙古師范大學(xué)教授，博士，主要從事光電薄膜材料與太陽能電池研究，E—mail：zhoubq@imnu．edu．cn．內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)漢文版)第44卷lI曲II口_T87604O3O2■OO(圖2)，雖然此時薄膜的沉

7、積速度減慢，但在480cm左右仍然有一個峰包，并沒有表現(xiàn)出晶O∞相O加．對樣O∞品O如進(jìn)一0∞O如步進(jìn)行x射線衍射測試，如圖3所示，除在峰值為28。左右的位置出現(xiàn)一個展寬的衍射峰之外，沒有出現(xiàn)其他峰值，也就是說非晶硅的生長過程中沒有其他的生長取向，因而更可能是第二種情況．8昌g毫昌凸l02030405O350400450500550600650RF—POWer／WRamanShift／eml圖l射頻功率對非晶硅薄膜沉積速度的影響圖2功率為5Ow的非晶硅薄膜的拉曼光譜三【st10甚HFig．1Thedepositionr

8、ateofac-Si：HinthedifferentofRF-PowerFig．2TheRamanspectraofa-Si：Hinthepowerof50WOmOOO0mO2．2射頻功率對光學(xué)特性的影響舳非晶硅的光學(xué)帶隙一般大于1．7eV]，對可見光中的紅外部分并不能夠完全吸收．把非晶硅的紫外可見光的透射譜經(jīng)換算后轉(zhuǎn)換成吸收譜，