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1、第十章多晶硅薄膜多晶硅薄膜材料：指在玻璃、陶瓷、廉價硅等低成本襯底上，通過化學(xué)氣相沉積等技術(shù)，制備成一定厚度的多晶硅薄膜。根據(jù)多晶硅晶粒的大小，部分多晶硅薄膜又可稱為微晶硅薄膜（uc-Si，其晶粒大小在10-30nm左右）或納米硅（nc-Si,其晶粒在10nm左右）薄膜。多晶硅薄膜主要分為兩類：一類是晶粒較大，完全由多晶硅顆粒組成；另一類是由部分晶化、晶粒細(xì)小的多晶硅鑲嵌在非晶硅中組成。第十章多晶硅薄膜多晶硅薄膜主要有兩種制備途徑：1）通過化學(xué)氣相沉積等技術(shù)，在一定的襯底材料上直接制備；2）首先制備非晶硅薄膜，然后通過固相晶化、激光晶化和快速熱處理晶化等技
2、術(shù)，將非晶硅薄膜晶化成多晶硅薄膜。第十章多晶硅薄膜10.1多晶硅薄膜的基本性質(zhì)10.2化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜10.3非晶硅晶化制備多晶硅薄膜§10.1多晶硅薄膜的基本性質(zhì)10.1.1多晶硅薄膜的特點10.1.2多晶硅薄膜的制備技術(shù)10.1.3多晶硅薄膜的晶界和缺陷10.1.4多晶硅薄膜的雜質(zhì)§10.1多晶硅薄膜的基本性質(zhì)1）晶粒尺寸一般為幾百納米到幾十微米2）具有晶體硅的性質(zhì)3）具有非晶硅薄膜的低成本、制備簡單和可以大面積制備的優(yōu)點4）大晶粒的多晶硅薄膜具有與單晶硅相似的高遷移率，可以做成大面積、具有快響應(yīng)的場效應(yīng)薄膜晶體管、傳感器等光電器件，在大陣列
3、液晶顯示領(lǐng)域也廣泛應(yīng)用。5）對長波長光線具有高敏性，而且對可見光有很高的吸收系數(shù)。10.1.1多晶硅薄膜的特點§10.1多晶硅薄膜的基本性質(zhì)10.1.1多晶硅薄膜的特點§10.1多晶硅薄膜的基本性質(zhì)10.1.2多晶硅薄膜的制備技術(shù)真空蒸發(fā)、濺射、電化學(xué)沉積、化學(xué)氣相沉積、液相外延和分子束外延等。液相外延化學(xué)氣相沉積技術(shù)§10.1多晶硅薄膜的基本性質(zhì)液相外延:將襯底浸入低溶點的硅的金屬合金熔體中，通過降低溫度使硅在合金中處于過飽和狀態(tài)，然后作為第二相析出在襯底上，形成多晶硅薄膜。優(yōu)點晶體質(zhì)量好；缺陷少；晶界的復(fù)合能力低；少數(shù)載流子的遷移率僅次于晶體硅；應(yīng)用在
4、高效率的薄膜太陽電池。缺點生長速率慢；生產(chǎn)速率效低，不適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)10.1.2多晶硅薄膜的制備技術(shù)§10.1多晶硅薄膜的基本性質(zhì)化學(xué)氣相沉積技術(shù)利用SiH4、SiH2Cl2、SiHCl3等和H2的混合氣體，在各種氣相條件下分解，然后在加熱（300-1200oC)的襯底上沉積多晶硅薄膜。根據(jù)化學(xué)氣相沉積條件的不同，可分為以下幾種：等離子增強化學(xué)氣相沉積低壓化學(xué)氣相沉積常壓化學(xué)氣相沉積熱絲化學(xué)氣相沉積10.1.2多晶硅薄膜的制備技術(shù)§10.1多晶硅薄膜的基本性質(zhì)10.1.2多晶硅薄膜的制備技術(shù)化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜主要有兩個途徑：1）是與制備非晶硅
5、薄膜一樣，利用加熱、等離子體、光輻射等能源，通過硅烷或其它氣體的分解，在不同的襯底上一步工藝直接沉積多晶硅薄膜；2）是利用化學(xué)氣相沉積技術(shù)首先制備非晶硅薄膜，然后利用其亞穩(wěn)的特性，通過不同的熱處理技術(shù)，將非晶硅晶化成多晶硅薄膜?！?0.1多晶硅薄膜的基本性質(zhì)10.1.2多晶硅薄膜的制備技術(shù)§10.1多晶硅薄膜的基本性質(zhì)10.1.2多晶硅薄膜的制備技術(shù)化學(xué)氣相沉積技術(shù)直接制備多晶硅薄膜時，可以分為高溫工藝（襯底溫度高于600oC）和低溫工藝（襯底溫度低于600oC），這主要由襯底材料的玻璃化溫度決定。注意：在600oC以上沉積時，硅中的氫很容易外擴(kuò)散，導(dǎo)致硅
6、薄膜中的懸掛鍵增多，因此，高溫工藝制備的多晶硅薄膜常還需要第二次低溫處理。這樣只含有多晶硅晶粒，沒有非晶硅相，而且相對尺寸較大，約大小100nm.在低溫制備的多晶硅薄膜中，含有一定量的非晶硅，而且晶粒的尺寸較小，約為20-30nm左右，通常又稱為微晶硅?！?0.1多晶硅薄膜的基本性質(zhì)10.1.2多晶硅薄膜的制備技術(shù)一般認(rèn)為，利用高溫工藝可以使硅原子很好的結(jié)晶，通常襯底溫度越高，多晶硅薄膜的質(zhì)量越好。但是，高溫對襯底材料提出了高的要求：1）要求襯底材料有高的玻璃化溫度；2）要求襯底材料在高溫時與硅材料有好的晶格匹配；3）要求襯底材料相對高純，在高溫時不能向多
7、晶硅薄膜擴(kuò)散雜質(zhì)?！?0.1多晶硅薄膜的基本性質(zhì)10.1.2多晶硅薄膜的制備技術(shù)為了防止在高溫工藝中雜質(zhì)自襯底向硅薄膜中擴(kuò)散，目前一般采用“緩沖層”技術(shù)。高溫工藝制備多晶硅薄膜的生長速率很高。一般認(rèn)為，隨著襯底溫度的升高，沉積速率增加。薄膜的厚度一般為20-50um.需要襯底材料。§10.1多晶硅薄膜的基本性質(zhì)10.1.3多晶硅薄膜的晶界和缺陷多晶硅薄膜的缺陷包括晶界、位錯、點缺陷等。由于多晶硅薄膜由大小不同的晶粒組成，因此晶界的面積較大，是多晶硅的主要缺陷。在制備過程中，由于冷卻速速率快，晶粒內(nèi)含有大量的位錯等微缺陷。在實驗室中，多晶硅薄膜的最高光電轉(zhuǎn)換
8、效率也僅在13%左右。§10.1多晶硅薄膜的基本性質(zhì)10.1.3多
