高氣壓下氫化微晶硅薄膜的高速沉積

　　利用甚高頻等離子增強化學(xué)氣相沉積（VHF- PECVD）制備了一系列微晶硅（μc- Si:H）薄膜。研究分析了功率密度、硅烷濃度和氣體流量在較高沉積氣壓（500 Pa 和600 Pa）下對薄膜生長速率、結(jié)晶狀況和電學(xué)特性的影響。研究表明：在高壓強條件下，硅烷濃度和氣體流量對沉積速率影響顯著，而功率密度影響較弱；高沉積速率生長的薄膜孵化層較厚；電學(xué)特性較好的薄膜位于非晶/ 微晶過渡區(qū)。經(jīng)過工藝的初步優(yōu)化，在高壓強（600 Pa）條件下，使微晶硅薄膜的沉積速率提升到2.1 nm/s。

　　近年來，在太陽能薄膜電池領(lǐng)域，微晶硅薄膜被認(rèn)為是最有應(yīng)用前景的材料之一。在太陽能薄膜電池應(yīng)用上，與非晶硅相比，它克服了光致衰退（S-W）問題。但微晶硅薄膜是間接帶隙半導(dǎo)體材料，光吸收系數(shù)較低，用作太陽能電池有源層（本征層）時，為了有效的吸收入射光，厚度需要1~2 μm。因此，高速沉積微晶硅薄膜便顯得極為重要。

　　甚高頻等離子輔助化學(xué)氣相沉積結(jié)合高氣壓高功率被認(rèn)為是最有效的方法之一。沉積速率的提高取決于反應(yīng)等離子體中生長前驅(qū)物的多少，晶化率取決于等離子體中是否含有足夠的原子氫。由此可知提高沉積速率可采用兩種辦法：

　�。�1）在壓強不是太高的條件下，采用高功率密度提高電子溫度和電子濃度，用于產(chǎn)生足夠的原子氫，適當(dāng)控制硅烷濃度和氣體總流量提供足夠的可供分解的硅烷，提高生長前驅(qū)物的含量，可以達(dá)到較大的沉積速率。南開大學(xué)在壓強180 Pa，功率密度2.08 W/cm² 條件下沉積速率達(dá)到2.0 nm/s。

　�。�2）在功率密度不是太高的條件下，采用較高的壓強提升硅烷的分壓和電子濃度，提高生長前驅(qū)物的含量，適當(dāng)控制硅烷濃度和氣體總流量，也可達(dá)到和第一種方法同樣的生長速率。

　　本文通過第二種方法在功率密度不是太高的條件下，采用較高壓強，通過改變其它參數(shù)，以實現(xiàn)微晶硅薄膜的高速沉積, 并對其結(jié)晶情況和電學(xué)特性進(jìn)行研究。

3、 結(jié)論

　　采用VHF- PECVD 技術(shù)在高壓強條件下，通過改變硅烷濃度、氣體流量和功率密度制備了一系列微晶硅薄膜。結(jié)果表明：在本文實驗范圍內(nèi)，隨硅烷濃度和氣體總流量的增加沉積速率均單調(diào)增加，晶化率單調(diào)減小，且兩參量的變化對微晶硅薄膜生長速率的影響較顯著；隨功率密度的增加沉積速率先增加后減小，晶化率先增加后達(dá)到飽和，且功率密度的變化對生長速率的影響相對較弱；電學(xué)特性符合太陽能電池有源層要求的薄膜都位于從非晶向微晶轉(zhuǎn)變的過渡帶；在高沉積速率下生長的薄膜具有較厚的孵化層， 其對電池性能的影響有待進(jìn)一步研究。