非晶硅薄膜及其與晶體硅的界面優(yōu)化研究.pdf

1、隨著半導(dǎo)體材料及其加工工藝的不斷發(fā)展,半導(dǎo)體器件在軍用和民用領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。以單晶硅為基礎(chǔ),采用不同的幾何結(jié)構(gòu)和不同的工藝,已經(jīng)研制出了種類繁多、功能用途各異的硅器件。而如何提高半導(dǎo)體器件的工作效率,制備出高效能的半導(dǎo)體器件,始終是研究者和工程師們的努力方向。其中,深入探索和研究半導(dǎo)體硅器件的界面優(yōu)化,意義重大。氫化非晶硅(a-Si:H)薄膜具有電阻溫度系數(shù)大、光吸收率高、禁帶寬度可控等特點,且由于具備基片種類不限、可大面積低

2、溫沉膜、生產(chǎn)工藝簡單、與傳統(tǒng)硅半導(dǎo)體工藝兼容等優(yōu)勢,在薄膜太陽能電池、薄膜晶體管以及紅外探測器等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。但是,非晶硅薄膜自身存在的缺陷較多,在與晶體硅或其它基底構(gòu)建各種異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)時,界面質(zhì)量的好壞,會直接影響到硅基器件的性能發(fā)揮。因而,非晶硅薄膜及其與晶體硅構(gòu)成的界面質(zhì)量控制與優(yōu)化研究,是一個重要的基礎(chǔ)性研究課題。
　　本文采用射頻磁控濺射工藝制備氫化非晶硅薄膜,研究了不同氫氣流量以及熱處理退火對薄膜微觀結(jié)構(gòu)和光電

3、性能的影響,通過構(gòu)建非晶硅/晶體硅異質(zhì)結(jié),嘗試用晶體硅少子壽命間接表征非晶硅薄膜中的缺陷。研究發(fā)現(xiàn),氫氣通入量的不同,使得氫化非晶硅薄膜中的Si-H鍵發(fā)生了明顯變化,薄膜微結(jié)構(gòu)隨之發(fā)生演變,而熱處理退火工藝對非晶硅/晶體硅界面優(yōu)化的效果起到了至關(guān)重要的作用。當(dāng)氫氣流量為15sccm、熱處理退火1h,發(fā)現(xiàn)用氫化非晶硅薄膜鈍化晶體硅表面的效果最佳,可使雙面拋光單晶硅的少子壽命提高將近4倍。氫氣流量改變和是否進(jìn)行退火,對氫化非晶硅薄膜表面粗糙

4、度、含氫量、非晶網(wǎng)絡(luò)有序度以及薄膜自身缺陷等,都會有不同程度的影響。
　　值得關(guān)注的是,氫離子的反刻蝕作用和熱處理退火中的氫溢出,一定程度上減少了薄膜中的缺陷,改善了界面優(yōu)化效果。當(dāng)達(dá)到一定值后,繼續(xù)提高氫氣流量,薄膜中的氫含量反而降低,氫的反刻蝕作用發(fā)揮作用,少子壽命得到提高。此外,退火樣品與未退火樣品比較,少子壽命提高達(dá)80％,這是由于薄膜內(nèi)部硅氫成鍵得到改善、降低了界面處半導(dǎo)體材料的表面活性,有利于在界面處激子的解離和載流子