射频功率和沉积气压对非晶硅薄膜材料性能的影响-论文.pdf

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1、第44卷第3期内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版)Vo1．44No．32015年5月JournalofInnerMongoliaNormalUniversity(NaturalScienceEdition)May2015射频功率和沉积气压对非晶硅薄膜材料性能的影响张娜，李海泉，周炳卿，张林睿，张丽丽(内蒙古师范大学物理与电子信息学院，内蒙古呼和浩特010022)摘要：采用等离子体增强化学气相沉积技术，通过改变射频功率与沉积气压两个参数来沉积非晶硅薄膜材料，并研究了变化参数对薄膜沉积速率、晶化情况、氢含量、光电学性质以及

2、材料表面形貌等的影响．结果表明：射频功率在较低的范围内变化时，对薄膜的沉积速度影响很大，对材料的光电特性比较敏感；沉积气压升高达到一定值后，沉积速率变化不太明显，光电影响比较缓和；在低气压、小功率条件下，薄膜中出现小晶粒生长．关键词：氢化非晶硅薄膜；射频功率；沉积气压；光电特性中图分类号：TK304文献标志码：A文章编号：1001-8735(2Ol5)03-0347-05非晶硅作为一种无定型的硅材料，在半导体中的应用十分广泛．由于非晶硅的结构长程无序，整体上类似各向同性的特性，因而能够展现出一些晶体材料没有的独特性质．

3、非晶硅的暗电导非常小，通常能够达到10一~l／cm，其光敏性比较好，一般被用在光电探测器、显示器以及太阳能电池中．非晶硅薄膜材料的制备方法主要是等离子体化学气相沉积技术(PECVD)，此外还有磁控溅射技术(MSCVD)和热丝化学气相沉积技术等方法．在工业生产中，制备非晶硅的方法主要是射频等离子体化学气相沉积技术(RF—PECVD)，因而参数的选择对于材料的特性影响很大．本文通过调节沉积系统中的射频功率和沉积气压，研究参数变化对非晶硅薄膜材料特性的影响．1实验实验使用的是沉积系统为RF—PECVD，射频频率为13．56H

4、z，采用平面耦合式电容，电极间距为2cm，气体总流量为100sccm，硅烷浓度为0．7．衬底为corning7059玻璃，衬底温度为200℃．首先将沉积气压定位于133Pa，改变射频功率(10～50w)制备非晶硅薄膜，之后将射频功率设置为50w，改变沉积气压(133～4O0Pa)，制备另一组样品．实验中制备的样品，通过X射线衍射谱、拉曼光谱和红外傅里叶吸收光谱分别对材料结构、氢含量和氧化情况进行测试，用扫描电镜对材料表面形貌进行表征，用紫外可见谱对材料薄膜的厚度以及光学带隙进行测量，材料的光暗电导特性用Keithley

5、617高阻仪测试．2结果与讨论2．1射频功率对沉积速率的影响沉积气压为133Pa时，射频功率(10~50w)与沉积速率的关系图1所示．从图1可以看到，随着功率的提高，非晶硅薄膜沉积的速度显著加快，但超过4OW后，沉积的速度又明显变慢．从4Ow到50w减小的趋势可以看出，硅烷已完全分解．对于速率的减小，可能是以下两个原因引起的，一是薄膜开始结晶，充分分解的氢原子对薄膜表面的刻蚀加剧，另一个高能离子的轰击抑制了薄膜的生长．一般来说，非晶硅的拉曼光谱中只在480cm处显示一个峰包]．对射频功率为50w条件下制备的非晶硅薄膜进

6、行拉曼测试发现收稿日期：2014—09—25基金项目：国家自然科学基金资助项目(51262022)；内蒙古师范大学2013年度研究生科研创新基金项目(CXJJS13O43)作者简介：张娜(1989一)，女，山西省吕梁市人，内蒙古师范大学硕士研究生通信作者：周炳卿(1963一)，男，内蒙古兴和县人，内蒙古师范大学教授，博士，主要从事光电薄膜材料与太阳能电池研究，E—mail：zhoubq@imnu．edu．cn．内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版)第44卷lI曲II口_T87604O3O2■OO(图2)，虽然此时薄膜的沉

7、积速度减慢，但在480cm左右仍然有一个峰包，并没有表现出晶O∞相O加．对样O∞品O如进一0∞O如步进行x射线衍射测试，如图3所示，除在峰值为28。左右的位置出现一个展宽的衍射峰之外，没有出现其他峰值，也就是说非晶硅的生长过程中没有其他的生长取向，因而更可能是第二种情况．8昌g毫昌凸l02030405O350400450500550600650RF—POWer／WRamanShift／eml图l射频功率对非晶硅薄膜沉积速度的影响图2功率为5Ow的非晶硅薄膜的拉曼光谱三【st10甚HFig．1Thedepositionr

8、ateofac-Si：HinthedifferentofRF-PowerFig．2TheRamanspectraofa-Si：Hinthepowerof50WOmOOO0mO2．2射频功率对光学特性的影响舳非晶硅的光学带隙一般大于1．7eV]，对可见光中的红外部分并不能够完全吸收．把非晶硅的紫外可见光的透射谱经换算后转换成吸收谱，