《多晶硅薄膜》PPT课件.ppt

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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、廉价硅等低成本衬底上，通过化学气相沉积等技术，制备成一定厚度的多晶硅薄膜。根据多晶硅晶粒的大小，部分多晶硅薄膜又可称为微晶硅薄膜（uc-Si，其晶粒大小在10-30nm左右）或纳米硅（nc-Si,其晶粒在10nm左右）薄膜。多晶硅薄膜主要分为两类：一类是晶粒较大，完全由多晶硅颗粒组成；另一类是由部分晶化、晶粒细小的多晶硅镶嵌在非晶硅中组成。第十章多晶硅薄膜多晶硅薄膜主要有两种制备途径：1）通过化学气相沉积等技术，在一定的衬底材料上直接制备；2）首先制备非晶硅薄膜，然后通过固相晶化、激光晶化和快速热处理晶化等技

2、术，将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质10.2化学气相沉积制备多晶硅薄膜10.3非晶硅晶化制备多晶硅薄膜§10.1多晶硅薄膜的基本性质10.1.1多晶硅薄膜的特点10.1.2多晶硅薄膜的制备技术10.1.3多晶硅薄膜的晶界和缺陷10.1.4多晶硅薄膜的杂质§10.1多晶硅薄膜的基本性质1）晶粒尺寸一般为几百纳米到几十微米2）具有晶体硅的性质3）具有非晶硅薄膜的低成本、制备简单和可以大面积制备的优点4）大晶粒的多晶硅薄膜具有与单晶硅相似的高迁移率，可以做成大面积、具有快响应的场效应薄膜晶体管、传感器等光电器件，在大阵列

3、液晶显示领域也广泛应用。5）对长波长光线具有高敏性，而且对可见光有很高的吸收系数。10.1.1多晶硅薄膜的特点§10.1多晶硅薄膜的基本性质10.1.1多晶硅薄膜的特点§10.1多晶硅薄膜的基本性质10.1.2多晶硅薄膜的制备技术真空蒸发、溅射、电化学沉积、化学气相沉积、液相外延和分子束外延等。液相外延化学气相沉积技术§10.1多晶硅薄膜的基本性质液相外延:将衬底浸入低溶点的硅的金属合金熔体中，通过降低温度使硅在合金中处于过饱和状态，然后作为第二相析出在衬底上，形成多晶硅薄膜。优点晶体质量好；缺陷少；晶界的复合能力低；少数载流子的迁移率仅次于晶体硅；应用在

4、高效率的薄膜太阳电池。缺点生长速率慢；生产速率效低，不适于大规模工业化生产10.1.2多晶硅薄膜的制备技术§10.1多晶硅薄膜的基本性质化学气相沉积技术利用SiH4、SiH2Cl2、SiHCl3等和H2的混合气体，在各种气相条件下分解，然后在加热（300-1200oC)的衬底上沉积多晶硅薄膜。根据化学气相沉积条件的不同，可分为以下几种：等离子增强化学气相沉积低压化学气相沉积常压化学气相沉积热丝化学气相沉积10.1.2多晶硅薄膜的制备技术§10.1多晶硅薄膜的基本性质10.1.2多晶硅薄膜的制备技术化学气相沉积制备多晶硅薄膜主要有两个途径：1）是与制备非晶硅

5、薄膜一样，利用加热、等离子体、光辐射等能源，通过硅烷或其它气体的分解，在不同的衬底上一步工艺直接沉积多晶硅薄膜；2）是利用化学气相沉积技术首先制备非晶硅薄膜，然后利用其亚稳的特性，通过不同的热处理技术，将非晶硅晶化成多晶硅薄膜。§10.1多晶硅薄膜的基本性质10.1.2多晶硅薄膜的制备技术§10.1多晶硅薄膜的基本性质10.1.2多晶硅薄膜的制备技术化学气相沉积技术直接制备多晶硅薄膜时，可以分为高温工艺（衬底温度高于600oC）和低温工艺（衬底温度低于600oC），这主要由衬底材料的玻璃化温度决定。注意：在600oC以上沉积时，硅中的氢很容易外扩散，导致硅

6、薄膜中的悬挂键增多，因此，高温工艺制备的多晶硅薄膜常还需要第二次低温处理。这样只含有多晶硅晶粒，没有非晶硅相，而且相对尺寸较大，约大小100nm.在低温制备的多晶硅薄膜中，含有一定量的非晶硅，而且晶粒的尺寸较小，约为20-30nm左右，通常又称为微晶硅。§10.1多晶硅薄膜的基本性质10.1.2多晶硅薄膜的制备技术一般认为，利用高温工艺可以使硅原子很好的结晶，通常衬底温度越高，多晶硅薄膜的质量越好。但是，高温对衬底材料提出了高的要求：1）要求衬底材料有高的玻璃化温度；2）要求衬底材料在高温时与硅材料有好的晶格匹配；3）要求衬底材料相对高纯，在高温时不能向多

7、晶硅薄膜扩散杂质。§10.1多晶硅薄膜的基本性质10.1.2多晶硅薄膜的制备技术为了防止在高温工艺中杂质自衬底向硅薄膜中扩散，目前一般采用“缓冲层”技术。高温工艺制备多晶硅薄膜的生长速率很高。一般认为，随着衬底温度的升高，沉积速率增加。薄膜的厚度一般为20-50um.需要衬底材料。§10.1多晶硅薄膜的基本性质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、位错、点缺陷等。由于多晶硅薄膜由大小不同的晶粒组成，因此晶界的面积较大，是多晶硅的主要缺陷。在制备过程中，由于冷却速速率快，晶粒内含有大量的位错等微缺陷。在实验室中，多晶硅薄膜的最高光电转换

8、效率也仅在13%左右。§10.1多晶硅薄膜的基本性质10.1.3多