VHF2PECVD制备微晶硅薄膜的微结构研究-岛津
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pecvd法低温沉积多晶硅薄膜的研究
pecvd法低温沉积多晶硅薄膜的研
究
PECVD法低温沉积多晶硅薄膜是一种全程低温(200-400℃)成膜的技术，它能够在低温情况下制备出比传统高温CVD要求的低温沉积多晶硅薄膜。
它采用一种叫做Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition（PECVD）的技术，通过将混合气体（如氢气、氦气、氯气等）加热到特定温度，然后放电产生等离子体，最后再把混合气体形成的气态化合物与壁面材料发生反应从而形成低温多晶硅膜。
该技术有利于提高薄膜的晶粒尺寸，在降低温度的同时保持优质的晶体结构，同时也可以提高多晶硅的抗拉强度。
另外，PECVD法还能够有效抑制热效应和衬底变形，因此在微电子制造中更加适用。
PECVD法制备氢化纳米晶硅薄膜及其晶化特性的研究.doc
PECVD法制备氢化纳米晶硅薄膜及其晶化特性的研究氢化纳米晶硅(hydrogenated nanocrystalline silicon, nc-Si:H)薄膜是硅的纳米晶粒镶嵌在氢化非晶硅(hydrogenated amorphous silicon, a-Si:H)网络里的一种硅纳米结构材料。
它具有高电导率、宽带隙、高吸收系数、光致发光等光电特性,已经引起了学术界的广泛关注和研究。
一方面,nc-Si:H薄膜材料具有量子限制效应,因此可以通过控制薄膜中的晶粒尺寸等来调节薄膜的带隙,以应用于对不同波段的光的吸收。
另一方面,nc-Si:H薄膜材料具有良好的光照稳定性,无明显的光致衰退效应,有望应用于薄膜太阳能电池工业化生产中。
然而,nc-Si:H薄膜材料的结构、电学等性质强烈地依赖于其所制备的工艺参数。
因此,本文利用等离子体增强化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD)法系统地研究了工艺参数(射频功率、氢稀释比、沉积温度、磷或硼掺杂比)对本征及掺杂nc-Si:H薄膜晶化特性、电导率及生长速率的影响。
研究结果表明：(1)在一定范围内,随着射频功率的增加,本征和掺杂nc-Si:H薄膜的晶化率、晶粒大小、沉积速率及电导率都在提高,但是过高的射频功率会使得薄膜表面被大量的原子轰击,导电性下降；(2)提高氢稀释比是制备nc-Si:H薄膜最有效的方法。
随着氢稀释比的增加,薄膜逐渐由非晶转变为纳米晶,而且氢稀释比越大,晶化程度越高,但是会显著降低薄膜的沉积速率；(3)在一定范围内,提高沉积温度可以提高n型和本征nc-Si:H薄膜的晶化程度和导电性,但是对p型nc-Si:H薄膜刚好相反,主要是因为掺硼的nc-Si:H薄膜在高温下更容易脱氢所致；(4)随着磷或硼掺杂比的增加,薄膜晶化程度在降低,而沉积速率在增加。
在一定范围内,磷掺杂比越高,薄膜导电性越好。
PECVD制备非晶硅薄膜的研究
M icronanoelect ronic Technology Vol.46No.11 N ovember 2009PECV D 制备非晶硅薄膜的研究顾卫东,胥 超,李艳丽(中国电子科技集团公司第十三研究所,石家庄 050051)摘要:实验采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD )法在Si 衬底上制备了非晶硅薄膜。
研究了射频功率、P H 3掺杂浓度等因素对薄膜电阻率以及应力的影响。
实验结果表明,对于非掺杂非晶硅薄膜,当射频功率从15W 增加到45W 时,薄膜应力从张应力变化到压应力,在射频功率为35W 时,应力几乎为零,应力绝对值先降低后增加,淀积速率随着射频功率的增加而增加;对于掺杂非晶硅薄膜,电阻率随着P H 3掺杂浓度的增加而降低,当P H 3流量从0cm 3/min 增加到12cm 3/min 时,薄膜掺杂效果明显,电阻率降低3个数量级,继续增加P H 3流量,电阻率变化较小,而应力随着P H 3掺杂浓度的增加而降低,当P H 3流量超过12cm 3/min 时,应力有增加的趋势。
关键词:等离子体增强化学气相沉积;非晶硅;应力;射频功率;掺杂;电阻率中图分类号:TN 3041055 文献标识码:A 文章编号:1671-4776(2009)11-0664-03Study of Amorphous Silicon Thin Films by PECV DGu Weidong ,Xu Chao ,Li Yanli(T he 13th Research I nstitute ,C E T C,S hi j iaz huang 050051,China )Abstract :Amorp hous silicon t hin films were deposited on silicon substrates using t he PECVD met hod.The effect s of t he RF power and P H 3doped concent ration on t he resistivity and st ress of t he film were st udied.The result s show t hat t he st ress of t he undoped amorp hous silicon film t urns tensile to comp ress when t he RF power increases f rom 15W to 45W ,t he st ress is nearly0M Pa when t he power is 35W ,t he absolute value decreases firstly and increases later and depo 2sitio n rate increases wit h t he increase of RF power.The st ress and resistivity of t he doped amor 2p hous silicon film decrease wit h t he increase of t he P H 3doped concent ration.When t he flow rate of P H 3increases f rom 0to 12cm 3/min ,t he doped effect of film is obvious and t he resistivity decreases t hree orders.The resistivity changes little wit h t he flow rate of P H 3increasing conti 2nuously.The stress has tend to increase when t he flow rate of P H 3exceeds 12cm 3/min.K ey w ords :PECVD ;amorp hous silicon ;st ress ;RF power ;dope ;resistivity DOI :10.3969/j.issn.1671-4776.2009.11.005 EEACC :0520F0 引 言非晶硅薄膜具有高光敏性、较高的电阻温度系数、可以大面积低温成膜、与常规IC 工艺兼容等优点,已经被广泛地应用于半导体领域,如薄膜晶体管、太阳能电池以及非制冷红外探测器等方面[1-3]。
PECVD法制备多晶硅薄膜太阳能电池研究的开题报告
PECVD法制备多晶硅薄膜太阳能电池研究的开题报告题目：PECVD法制备多晶硅薄膜太阳能电池研究一、研究背景与意义随着人类对能源的需求不断增加，太阳能电池作为一种清洁、可再生的能源成为了各国研究的热点。
多晶硅是一种常用的太阳能电池材料，其特点是易于加工、生产成本低、光电转化效率高等。
PECVD是一种制备多晶硅薄膜的常用方法，其制备过程简单、设备易于控制、反应速度快等优点，因此本研究将采用PECVD法制备多晶硅薄膜太阳能电池。
二、研究目的和方法本研究旨在探究PECVD法制备多晶硅薄膜太阳能电池的制备工艺、性质、结构及其对电池性能的影响。
主要研究内容包括：1.制备工艺优化。
研究PECVD工艺参数对多晶硅薄膜生长速率、薄膜结构和纯度等性能的影响，寻找最佳制备工艺条件。
2.薄膜性质研究。
对制备的多晶硅薄膜进行表征，研究其光电性能、晶格结构、比表面积等性质。
3.太阳能电池性能研究。
将制备的多晶硅薄膜应用于太阳能电池中，测定电池的输出电压、电流、转换效率等性能指标，分析制备的多晶硅薄膜对电池性能的影响。
本研究使用PECVD设备制备多晶硅薄膜样品，采用光电子能谱(UPS)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、保护性气氛热脱附(TPD)、光电流谱等表征手段对制备的样品进行表征；采用测试系统对制备的太阳能电池进行性能测试。
三、研究进度安排本研究共计两年完成，时间安排如下：第一年1) 熟悉PECVD设备操作原理和性能测试系统，完成PECVD工艺参数设计与优化；2) 制备多晶硅样品，进行多种表征手段测试；3) 分析多晶硅薄膜成长机理和性质；4) 分析多晶硅薄膜对太阳能电池性能的影响。
第二年1) 完成太阳能电池的制备；2) 对制备的多晶硅太阳能电池进行性能测试，并分析多晶硅薄膜对太阳能电池性能的影响及其机理。
3) 根据研究成果编写论文并做结论总结。
四、预期研究成果及展望通过对PECVD工艺参数的优化和多晶硅薄膜样品的制备，研究多晶硅薄膜晶格结构、表面形貌、化学组成和光电性能等特性，探究制备多晶硅薄膜太阳能电池性能的提高途径。
射频pecvd法制备si-c-h薄膜的研究
射频pecvd法制备si-c-h薄膜的研究射频PECVD（射频等离子体增强化学气相沉积）是一种常用于制备薄膜的技术。
在这种方法中，使用射频电源产生等离子体，通过化学反应在基底表面上沉积薄膜材料。
本文将重点介绍射频PECVD法制备Si-C-H薄膜的研究。
Si-C-H薄膜是一种由硅、碳和氢元素组成的非晶态薄膜，具有优异的机械、光学和电学性质，因此在微电子、光电子、光伏等领域具有广泛的应用前景。
射频PECVD法是制备Si-C-H 薄膜的一种常用方法，它具有工艺简单、成本低、薄膜质量高等优点。
在射频PECVD法制备Si-C-H薄膜的过程中，主要有三个关键步骤：前处理、等离子体激发和薄膜沉积。
首先，将基底进行清洗和表面处理，以确保薄膜的附着力和质量。
然后，在真空室中建立真空环境，并通过射频电源产生等离子体。
等离子体中的高能粒子和活性物种与反应气体发生碰撞，引发化学反应，从而在基底表面上沉积薄膜材料。
在实际的射频PECVD制备Si-C-H薄膜的研究中，研究人员主要关注以下几个方面：反应气体组成、沉积温度、沉积速率和薄膜性质。
首先，反应气体组成对薄膜性质有着重要影响。
常用的反应气体有甲烷、二甲基硅烷和氢气。
甲烷是碳源，二甲基硅烷是硅源，而氢气用于稀释和调节薄膜的氢含量。
通过调节反应气体的流量比例，可以改变薄膜的硅碳比例和氢含量，从而调节薄膜的机械、光学和电学性质。
其次，沉积温度对薄膜性质也有着重要影响。
沉积温度可以影响薄膜的结晶度、致密度和内应力等性质。
一般来说，较高的沉积温度可以提高薄膜的致密度和硬度，但也会增加薄膜的内应力。
因此，需要在选择沉积温度时综合考虑薄膜的应用需求和制备工艺的限制。
此外，沉积速率是制备Si-C-H薄膜时需要关注的另一个参数。
沉积速率可以通过调节反应气体的流量和沉积时间来控制。
较高的沉积速率可以提高生产效率，但也可能影响薄膜的均匀性和质量。
因此，在实际制备过程中需要权衡速率和质量的关系。
等离子体增强CVD法沉积的微晶硅薄膜的微结构研究(英文)
等离子体增强CVD法沉积的微晶硅薄膜的微结构研究(英文)陈永生;杨仕娥;卢景霄;郜小勇;张宇翔;王海燕;李瑞
【期刊名称】《人工晶体学报》
【年(卷),期】2005(34)4
【摘要】本文系统研究了PECVD法沉积μc-Si薄膜中衬低温度、氢气稀释率和射频功率等参数对μc-Si薄膜结构特性的影响。
表明:随着衬低温度的增加、氢气稀释率的增大、射频功率的提高,薄膜的晶化率增大。
沉积薄膜的晶化率最大可达80%,表面粗糙度大约为30nm。
通过对反应过程中的能量变化进行了分析,得到反应为放热反应,且非晶结构对沉积参数比较敏感。
【总页数】7页(P753-759)
【关键词】微晶硅薄膜;晶化率;等离子体增强化学气相沉积
【作者】陈永生;杨仕娥;卢景霄;郜小勇;张宇翔;王海燕;李瑞
【作者单位】郑州大学物理系
【正文语种】中文
【中图分类】O484.1
【相关文献】
1.沉积速率对甚高频等离子体增强化学气相沉积制备微晶硅薄膜生长标度行为的影响 [J], 丁艳丽;朱志立;谷锦华;史新伟;杨仕娥;郜小勇;陈永生;卢景霄
2.HW-MWECR-CVD法制备氢化微晶硅薄膜及其微结构研究 [J], 刘国汉;丁毅;朱秀红;陈光华;贺德衍
3.微波电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积法沉积氟化非晶碳薄膜的研究 [J], 叶超;宁兆元;程珊华;康健
4.热丝辅助MW ECR CVD技术高速沉积高质量氢化非晶硅薄膜(英文) [J], 周怀恩;陈光华;朱秀红;阴生毅;胡跃辉
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VHF-PECVD沉积本征微晶硅薄膜激活能特性研究
VHF-PECVD沉积本征微晶硅薄膜激活能特性研究
陈庆东;王俊平;李洁;张宇翔;卢景霄
【期刊名称】《人工晶体学报》
【年(卷),期】2009(38)6
【摘要】采用激活能测试装置测量VHF-PECVD高速沉积的本征微晶硅薄膜,并对不同晶化率的样品和不同沉积功率、不同沉积压强条件下沉积制备的样品的激活能进行了分析研究。
结果表明:在非晶-微晶相变域附近,激活能随着晶化率的升高而降低;随着沉积功率的增大和沉积气压的增大,沉积速率提高,样品的激活能升高,通过提高沉积功率和沉积气压可以有效的抑制氧污染。
【总页数】6页(P1424-1428)
【关键词】VHF-PECVD;微晶硅;激活能
【作者】陈庆东;王俊平;李洁;张宇翔;卢景霄
【作者单位】滨州学院物理与电子科学系;郑州大学材料物理教育部重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】TN304.12
【相关文献】
1.本征微晶硅薄膜的激活能特性研究 [J], 陈庆东;王俊平;马国利
2.椭圆偏振技术研究VHF-PECVD高速沉积微晶硅薄膜的异常标度行为 [J], 谷锦华;丁艳丽;杨仕娥;郜小勇;陈永生;卢景霄
3.磷掺杂微晶硅薄膜激活能特性研究 [J], 陈庆东;王俊平;张宇翔;卢景霄
4.本征微晶硅薄膜和微晶硅电池的制备及其特性研究 [J], 张晓丹;高艳涛;赵颖;朱锋;魏长春;孙建;耿新华;熊绍珍
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《2024年HWCVD法制备纳米硅薄膜及其工艺参数研究》范文
《HWCVD法制备纳米硅薄膜及其工艺参数研究》篇一一、引言随着纳米科技的飞速发展，纳米硅薄膜因其独特的物理和化学性质，在微电子、光电子、生物医疗等领域展现出巨大的应用潜力。
其中，HWCVD（热丝化学气相沉积）法作为一种重要的制备技术，其制备的纳米硅薄膜具有优异的性能和广泛的应用前景。
本文将详细研究HWCVD法制备纳米硅薄膜的工艺参数及其对薄膜性能的影响。
二、HWCVD法制备纳米硅薄膜的原理及特点HWCVD法是利用热丝高温分解硅烷等含硅气体，生成硅原子和气态反应物，在衬底上发生沉积形成硅膜的一种技术。
该法具有沉积速度快、膜层质量好、掺杂效果好等优点。
三、工艺参数研究（一）基底温度基底温度是影响纳米硅薄膜性能的关键因素之一。
研究表明，随着基底温度的升高，硅原子的迁移率增大，有利于形成更致密的薄膜结构。
然而，过高的温度可能导致薄膜的晶粒增大，甚至出现晶粒之间的烧结现象。
因此，在制备过程中需合理控制基底温度。
（二）气体流量气体流量对HWCVD法制备纳米硅薄膜的质量有重要影响。
当气体流量过大时，硅原子在衬底上的迁移距离增大，可能导致薄膜的均匀性变差；而气体流量过小则可能使反应速率降低，影响薄膜的沉积速度。
因此，需根据实际情况调整气体流量。
（三）热丝温度热丝温度是HWCVD法中最重要的工艺参数之一。
热丝温度的高低直接决定了硅原子的生成速率和活性。
当热丝温度过高时，可能使硅原子在到达衬底前发生聚合反应，影响薄膜的纯度和质量；而热丝温度过低则可能使反应速率降低，影响生产效率。
因此，需根据实际需求调整热丝温度。
（四）沉积时间沉积时间是影响纳米硅薄膜厚度的关键因素。
在保证薄膜质量的前提下，适当延长沉积时间可增加薄膜的厚度。
然而，过长的沉积时间可能导致薄膜出现过度生长的现象，甚至出现裂纹等缺陷。
因此，需根据实际需求控制好沉积时间。
四、实验方法与结果分析（一）实验方法采用HWCVD法，通过调整基底温度、气体流量、热丝温度和沉积时间等工艺参数，制备出不同性能的纳米硅薄膜。
高气压下微晶硅薄膜的生长及微结构研究
高气压下微晶硅薄膜的生长及微结构研究
微晶硅薄膜是一种具有应用潜力的新型薄膜材料，用于制备太阳能电池、显示屏幕等。
但是，其生长过程以及微结构的讨论仍是一个重要课题。
为此，本文的研究重点是在极高
气压下生长微晶硅薄膜，考察其微结构的变化。
在本文的研究中，采用动态高温还原（DHR）一步法从氢氟酸溶液中气相沉积，在适
当的条件下制备了微晶硅薄膜样品，用极高气压下的热反应技术生长。
经过仔细分析，发
现样品中形成了许多不同结构微粒。
研究发现，当反应温度和气压分别为750℃和2.2 GPa时，微晶硅薄膜的氧化物层具
有极佳的均匀性、高标准的熔融行为和良好的光学性能。
因此，在此条件下可以得到良好
的样品，微晶硅薄膜的晶粒大小也得到了一定程度的改善。
从X射线衍射（XRD）曲线来看，所生长的微晶硅薄膜具有立方晶体结晶相形态，而
且晶胞参数也可以获得。
此外，通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电镜（TEM）等表征技
术对微晶硅/氧化物界面的粗糙度和表面能做出了详细的表征，也能观察到晶格的调整。
综上所述，本文的研究开展了一项重要的研究，微晶硅薄膜在极高气压下的生长及微
结构的研究取得了不错的成果，为今后微晶硅薄膜的应用提供技术支持以及更完善的研究
基础。
pecvd 微晶硅工艺原理
pecvd 微晶硅工艺原理
PECVD是一种化学气相沉积技术，用于在固体基底上制备微
晶硅薄膜。
该工艺原理基于以下几个步骤：
1. 基底清洗：将基底材料，例如玻璃或硅片，通过酸洗和溶剂清洗等步骤，去除表面的污染物和氧化层，确保基底表面干净。
2. 载气流动：在PECVD工艺中，载气（通常是氢气或氩气）
被引入反应室中，形成气流，用来携带腔内产生的反应物质，并帮助在基底表面上进行反应。
3. 前驱体输送：通过从不同的前驱体气体（例如硅氢化物）通入载气中，将前驱体输送到反应腔中。
在反应腔中，前驱体气体会发生解离，并释放出反应物质，如硅和氢。
4. 反应生成：前驱体气体分解产生的反应物质在基底表面发生反应。
反应物质沉积在基底上，形成微晶硅薄膜。
反应条件，如温度、压力和气体流量，可以通过调节来控制薄膜的性质和厚度。
5. 气体排放：通过排放口，将未发生反应的气体和副产物排出反应腔，保持反应环境的稳定。
通过以上步骤，PECVD工艺能够在基底表面上均匀沉积微晶
硅薄膜。
微晶硅薄膜具有良好的光电性能，广泛应用于太阳能电池、液晶显示屏等微电子领域。
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第38卷第1期 人 工 晶 体 学 报 Vol .38 No .1 2009年2月 JOURNAL OF SY NTHETI C CRYST ALS February,2009VHF 2PECV D 制备微晶硅薄膜的微结构研究张丽伟1,3,余泽通2,杨 根3,卢景霄3(1.新乡学院,新乡453003;2.河南科技学院机电学院,新乡453003;3.郑州大学物理工程学院材料物理教育部重点实验室,郑州450052)摘要:用甚高频等离子体化学气相沉积(VHF 2PEC VD )法在玻璃衬底上低温制备了不同沉积时间微晶硅薄膜。
用拉曼散射光谱仪、X 射线衍射(XRD )、原子力显微镜(AF M )等表征手段对薄膜的微观结构进行了研究。
研究结果表明:随着沉积时间的延长,薄膜呈岛状生长,薄膜晶粒度在微晶核形成后迅速升高并逐渐饱和;其微观结构经历了“非晶相→非晶/微晶混合相→微晶相”的演变过程。
本实验制备的微薄膜仍以(111)为优化取向。
关键词:微晶硅薄膜;微观结构;微观形貌中图分类号:O484 文献标识码:A 文章编号:10002985X (2009)0120231204Study on the M i crostructure of M i crocryst a lli n e S ili conTh i n F il m s by VHF 2PECVDZHAN G L i 2w ei 1,3,YU Ze 2tong 2,YAN G Gen 3,LU J ing 2xiao3(1.Xinxiang University,Xinxiang 453003,China; 2.School ofMechanical and Electr onics,Henan I nstitute of Science and Technol ogy,Xinxiang 453003,China;3.Key Laborat oryofMaterial Physics of M inistry of Educati on,School of Physical Engineering,Zhengzhou University,Zhengzhou 450052,China )(R eceived 14April 2008,accepted 11June 2008)Abstract:M icr ocrystalline silicon thin fil m s were p repared on glass by very high frequency p las ma enhanced che m ical vapor depositi on (VHF 2PECVD )at different depositing ti m e under l ow te mperature .Ra man,XRD and AF M were used t o characterize the m icr ostructure of the thin fil m s .The result shows that with the lasting of depositi on ti m e,the silicon thin fil m s fabricate in island shape .And the crystalline volume rati o of the fil m s increased rap idly after the nucleati on of the crystallites,and saturated gradually in the end .The m icr ostructure of the thin fil m s changes fr om a mor phous t o a mor phous/m icr ocrystal,further more t o m icr ocrystal .The p referred orientati on of the sa mp le in this work was still (111).Key words:m icr ocrystalline silicon thin fil m ;m icr ostructure;m icr omor phol ogy 收稿日期:2008204214;修订日期:2008206211 基金项目:河南省教育厅自然科学基金项目(No .2008C140001) 作者简介:张丽伟(19632),女,河南省人,博士,教授。
E 2mail:zhangl w 2004@1 引 言在太阳能电池的研究中,廉价高效始终是人们追求的目标。
在体硅电池中,仅原材料一项就占整个光伏组件成本的50%～60%[1],因此,将太阳电池活性层采用薄膜材料代替体硅材料并由较廉价的非硅衬底支撑引起了人们的广泛关注。
非晶硅薄膜虽然具有节约耗材、低温工艺以及便于大面积制备等优点,但由于其232 人工晶体学报 第38卷“光致衰退”效应导致的性能不稳定和光电转换效率低下等缺陷大大降低了人们对它的热情。
微晶硅薄膜具有较高的电导率、较高的光吸收系数并且无光致衰退现象,得到广大研究者的青睐。
我们曾用PECVD 法在玻璃衬底上低温制备了微晶硅薄膜,并对材料性能的优化进行了一系列的研究[227]。
但PECVD 的方法生长薄膜的速度较慢,本文采用甚高频等离子体增强化学气相沉积(VHF 2PECVD )法,在廉价玻璃衬底上低温、高速制备了微晶硅薄膜,重点对薄膜微结构及微结构演变过程进行了研究。
2 实 验 实验用国产四室VHF 2PECVD 系统制备了不同沉积时间的微晶硅薄膜。
沉积条件为:本底真空2×1024Pa 、衬底温度200℃、极板间距2c m 、激发频率75MHz 、射频功率40W 、沉积气压70Pa 、气体总流量200scc m 、硅烷浓度4%。
沉积时间分别为15、30、60、90m in 。
拉曼光谱测试仪采用英国Renisha w 22000系统,入射光的波长为632.8nm 。
薄膜的拉曼散射谱可看作是非晶、晶体和小晶粒散射峰强度的叠加,用三峰拟合法可分析估算薄膜中非晶和晶体成分的贡献,并由X c=(I 520+I 510)/(I 520+I 510+I 480)对薄膜晶化率进行估算[8,9]。
这里I 520、I 510和I 480分别指拉曼光谱在520、510和480c m 21处进行Lorentzian 分解后,三个谱峰的相对积分强度,通过曲线拟合可得到它们的值。
其中以520c m 21为中心的拉曼峰对应了晶体硅成分的贡献,中心在480c m 21处的拉曼峰对应了非晶硅成分的贡献。
据文献[8]介绍,由此得到的晶化率一般比实际略低,但作为粗略的定性研究是完全可以的。
XRD 测试采用了荷兰Phili p s 型X 射线衍射仪,通过分析X 射线在晶体中的衍射图样可表征薄膜的微结构。
薄膜中微晶硅颗粒的大小可采用Scherrer 公式来估算[10]:D =K λ/βcos θ。
D 代表晶粒大小;K 为Scherrer 常数,一般取0.89;λ为所使用X 射线的波长,本实验取为0.154nm;β为X 射线衍射峰的半高宽;θ为布拉格(B ragg )衍射角。
采用日本岛津(SH I M ADZ U )公司生产的SP M 29500J3型原子力显微镜对薄膜的微观形貌进行观察。
3 结果与讨论3.1 薄膜晶化率的拉曼分析图1 不同沉积时间下制备样品的拉曼光谱Fig .1 Ra man s pectra of the sa mp les fabricatedat different depositing ti m e 硅薄膜的晶化率采用文中介绍的拉曼测试仪进行了测试(图1)。
由图1可见,沉积时间为15m in 时,图谱的主要部分出现在代表非晶硅结构的480c m 21处,而在代表晶体硅结构的520c m 21峰位处出现了一个小小的肩膀,说明该样品的微观结构是大部分的非晶硅成分中存在有少量的晶体硅组织;随着沉积时间由15m in 延长到30m in 进而到60m in 时,在480c m 21处的代表非晶硅结构的谱包越来越小,而位于520c m21处代表晶体硅结构的特征峰则越来越强,逐步占据主要地位,说明薄膜已基本晶化;当沉积时间继续延长到90m in 时,拉曼谱线形状的变化已不明显。
此变化规律说明,硅薄膜的晶化率随沉积时间的延长逐渐升高并最终有饱和的趋势。
3.2 薄膜微结构的XR D 分析为了进一步探讨薄膜结晶后的晶粒取向和晶粒大小,用XRD 测试仪对沉积90m in 的样品进行了分析,如图2(a )。
在XRD 图谱中出现了代表不同晶粒取向的特征峰,如(111)、(220)、(311)、(400)和(331)等,说明该样品已形成了多晶向的微观结构。
根据Scherrer 公式,我们可以推算出对应不同晶向的晶粒大小分别为:10.0n m (111)、13.3n m (220)、11.6nm (311)等。
第1期张丽伟等:VHF2PEC VD制备微晶硅薄膜的微结构研究233图2 沉积90m in样品的XRD图谱Fig.2 XRD pattern of the samp le fabricated at90m in为了更清晰的比较薄膜中晶粒的优化取向,对图2(a)的XRD图谱进行了处理,扣除背景噪声并平滑后的图谱如图2(b)。
由图2(b)可清晰看出,代表不同晶粒取向的特征峰中,仍以(111)晶向的特征峰为最强,说明本实验生长的硅薄膜仍以(111)晶向为薄膜结晶的优化取向。
优化取向出现的原因尚不完全清楚,一般认为是选择性刻蚀与生长之间竞争的结果[11213]。
3.3 薄膜微观形貌的AF M分析 样品的微观形貌用原子力显微镜(AF M)进行了直观的表征(图3)。
图3所表征的不同沉积时间的四个图片明显反映了微晶硅薄膜生长过程中的微观形貌演变。
随着沉积时间从15m in延长到30m in、60m in进而到90m in,薄膜中的微晶核逐渐发育形成并以岛状生长,逐步形成微晶颗粒或团簇并最终充满整个薄膜。
薄膜微结构经历了从“非晶相→非晶/微晶混合相→微晶相”的演变过程,薄膜晶化率也逐渐升高最后基本达到饱和。
薄膜微结构的整个变化过程和图1的拉曼分析结果具有完全一致的结论。
图3 不同沉积时间下制备样品的AF M三维形貌图Fig.3 AF M i m age of the sa mp les fabricated at different depositing ti m e 人工晶体学报 第38卷2344 结 论本文用VHF2PECVD法在玻璃衬底上低温制备了微晶硅薄膜。