pecvd沉积氮化硅薄膜在退火过程中的

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1、2004年　4月第40卷　第2期北京师范大学学报(自然科学版)JournalofBeijingNormalUniversity(NaturalScience)Apr.2004Vol.40　No.2PECVD沉积氮化硅薄膜在退火过程中的叶小琴1)　许　颖2)　李　艳1)　顾雅华1)　周宏余1)　王文静2)(1)北京师范大学低能核物理研究所,100875,北京;2)北京市太阳能研究所,100083,北京∥第一作者25岁,女,硕士生)摘要　采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD),在单晶硅衬底上生长氮化硅(SiN)薄膜,再对薄膜进行快速热退火处理,研究了在不同温度下SiN薄膜

2、的退火特性.通过椭圆偏振光仪测量了薄膜厚度和薄膜的折射率,发现退火后薄膜的厚度下降,折射率升高;采用准稳态光电导衰减QSSPCD测少数载流子寿命,发现少子寿命有很大程度的下降.还研究了SiN薄膜对多晶硅电池性能的影响,发现它能较大幅度地提高电池效率.关键词　氮化硅薄膜;等离子增强化学气相沉积;太阳电池分类号　M914.4+2氮化硅(SiN)薄膜作为一种重要的薄膜材料,具有优良的光电性能、化性能和机械性能,在微电子、电和材料表面改性领域都有广泛的应用前景.等离子增强化学气相沉积(PECVD)的SiN薄膜由于其优良的特性而在太阳电池的研究与产业化领域得到越来越广泛的关注.PECV

3、D法沉积温度低(<400℃),沉积速度快,质量较好,工艺较为简单.而且,PECVD制备的SiN膜不仅是优良的太阳电池减反射膜,还有很好的表面和体钝化作用.SiN之所以被广泛应用是因为它具有独特的无可比拟的优点[1]:1)介电常数高,其值为8F・m-1,而二氧化硅或二氧化钛的均为3.9F・m-1;2)碱离子(如Na+)的阻挡能力强,并具有捕获Na+的作用;3)SiN质硬耐磨,疏水性好,针孔密度低,气体和水汽极难穿透;4)减反射效果好,SiN薄膜的折射率接近2.0,比二氧化硅(n=1.46)、氧化钛(n=2.4)更接近太阳电池所需的最佳折射率1.96,是所有已应用的介质膜中最符合

4、太阳电池减反射层要求的;5)PECVD法制备的SiN薄膜同时为太阳电池提供较为理想的表面和体钝化.二氧化硅只有表面钝化作用,二氧化钛没有钝化作用,SiN薄膜有相当好的表面和体钝化作用,可使硅表面复合速度SRV降至10cm・s-1[2],改善电池性能.能有效地提高电池效率,对多晶硅电池等低效率电池作本文主要研究SiN薄膜经过不同的退火温度t后特性的变化及SiN薄膜对太阳能电池效率η等特性的影响.1　实验实验选取了P型(100)抛光单晶硅片,PECVD射频频率13.56MHz,电压1080V,真空度100Pa,以氮气稀释的硅烷(2.2～2.5L・min-1,体积分数2.5%)和纯

5、氨气(0.4～0.5L・min-1)©1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net特性变化及在太阳电池中的应用3用尤其明显[226].北京市科技新星计划资助项目(H020821480130)钝光二　222北京师范大学学报(自然科学版)第40卷　为反应气体.1)为观察薄膜在不同温度退火后的特性变化,把样品放在N2气氛中快速热退火30s.t分别为600,750,900℃,研究退火后的样品厚度d、射率n、数载流子寿命τ随t的变化.2)将Si

6、N薄膜运用到成品多晶硅太阳电池上,研究其对电池效率η及光谱响应的影响.实验中采用椭圆偏振光仪测量了d和n;准稳态光电导衰减QSSPCD测τ.2　结果与讨论2.1　SiN薄膜退火后特性的变化　图1为不同温度退火后SiN薄膜的d和n的变化.随着t的提高,d随之下降,同时,n有所提高.这些说明在退火过程中,薄膜越来越致密.表1是不同沉积温度td和不同退火温度t下薄膜τ(单位为μs)的变化.退火采用快速热退火,时间都为30s.其中340℃沉积的薄膜是富硅膜.由表1数据可知,在260,300,380℃3个温度下沉积的SiN薄膜在高温退火后,τ都有很大程度的下降.估计是N2气氛高温退火后

7、,SiN膜中的氢大量溢出,氢含量急剧减小,使钝化效果消失.富硅膜则有所不同.退火以后其τ变化较小.而且,较高的t反而获得高的τ.可能是富硅质密度较高的缘故.表1　不同条件下的少子寿命tdμst退火前700℃750℃800℃850℃260℃41.511.47.23.53.4300℃72.46.94.67.15.9340℃135.651.155.264.999.1380℃197.333.021.96.68.92.2　SiN膜对多晶硅太阳能电池特性的影响　实验使用的多晶硅电池面积为1cm2,上电极是