金属诱导法低温多晶硅薄膜的制备与研究
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铝诱导晶化法制备多晶硅薄膜多晶硅(poly-Si)薄膜具有较高的载流子迁移率和光吸收率及稳定的光电性能,因而被广泛地应用于太阳能电池、薄膜晶体管(TFT)、液晶显示器(LCD)和图象传感器等领域[1-3]。
目前制备多晶硅薄膜的方法主要有:化学汽相沉积法(CVD)、固相晶化法(SPC)、激光晶化法(LC)和金属(铝, 镍等)诱导晶化法等[4-6]。
化学汽相沉积法需要在较高的温度下才能获得多晶硅薄膜;固相晶化法虽然工艺设备简单,但需要的时间长,热处理温度高,对基板材料的选择限制较大;激光诱导晶化法速度快但设备复杂,制造成本较高。
铝诱导晶化(aluminum-induced crystalli-zation,AIC)法是一种低温制备多晶硅薄膜的方法,它是在非晶硅(a-Si)薄膜的上面镀上一层Al膜,或者在镀有Al膜的基片上沉积一层非晶硅薄膜,然后将样品退火处理来形成多晶硅薄膜的技术。
在用AIC 法制备多晶硅薄膜的过程中,非晶硅与Al的接触,提高了Al、Si原子的扩散速率,降低了晶化温度,缩短了晶化时间。
AIC法不仅可以使用廉价的玻璃作为衬底,而且制得的多晶硅薄膜晶粒尺寸大,均匀性好。
近年来,关于铝诱导晶化方面的研究比较多,如Min Zou等人先利用等离子加强化学汽相沉积法(PECVD)在玻璃上制备出a-Si薄膜,然后利用AIC法制得晶粒为93μm的多晶硅薄膜,陈一匡等人则通过外加电场的方法加速Al、Si原子的相互扩散,在更低的退火温度和更短的退火时间内实现了非晶硅薄膜向多晶硅薄膜的转变,从而改进了铝诱导晶化非晶硅薄膜的工艺条件。
2铝诱导晶化法制备多晶硅薄膜的一般过程铝诱导晶化法制备多晶硅薄膜通常包括以下步骤(以a-Si/Al/glass结构为例):(1)衬底处理:在用铝诱导晶化法制备多晶硅薄膜时多用玻璃作为衬底,玻璃衬底要经过丙酮和乙醇超声清洗;(2)Al膜的沉积:用高纯铝沉积Al膜,常用的Al膜沉积方法有磁控溅射法和热蒸发法;(3)Al膜的氧化:通常是沉积完Al膜之后,将样品露置在空气中一段时间,这样在样品的表面就形成一层氧化层;(4)a-Si膜的沉积:a-Si膜的质量直接影响结晶后的多晶硅膜的质量,所以沉积的a-Si层必须均匀无杂质,目前用PECVD技术沉积的a-Si薄膜质量较好,用得也较多;(5)退火处理:样品制备完以后在特定的气氛(通常是氮气)中退火处理,在适当的温度(300℃~500℃)下退火一定的时间(0.5h~5h)之后就可以得到poly-Si薄膜;3铝诱导晶化法的机理铝诱导晶化(a-Si/Al/glass结构)非晶硅过程如图1所示。