低阻高TCR非晶硅薄膜制備及性能研究.pdf

1、非晶硅(a-Si)薄膜因其光吸收系數(shù)高、容易可控摻雜、可高速大面積沉積、與半導體工藝兼容等優(yōu)點，在薄膜太陽能電池、TFT-LCD、非制冷紅外焦平面陣列、航天遙感遙測等領域具有廣闊的應用前景。然而，非晶硅薄膜的電導率較低，特別是其電學性能的穩(wěn)定性較差，至今沒有得到根本的解決，從而限制其在各領域的應用。研究表明，摻雜能有效提高非晶硅薄膜的載流子濃度，從而提高其電導率；晶體半導體薄膜的電導率優(yōu)于非晶半導體薄膜。因此，在摻雜的基礎上，通過氣體稀

2、釋改善薄膜的微結構，可望使非晶硅薄膜的導電性得到進一步的改善。
　　本文使用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)技術，制備了不同氫氣稀釋比和磷摻雜的非晶硅薄膜；對制備態(tài)的非晶硅薄膜在不同溫度下進行了真空退火處理。通過多種現(xiàn)代分析測試方法和設備，研究了氫氣稀釋比和射頻功率對本征非晶硅薄膜微結構和光學性能的影響；研究了氫氣稀釋比和磷摻雜濃度對非晶硅薄膜微結構、光學和電學性能的影響；研究了退火溫度對不同制備態(tài)非晶硅薄膜微結構、光學和電

3、學性能的影響。最后，對大面積高速沉積非晶硅薄膜作了初步探討，取得如下主要成果：
　　(1)氫氣稀釋比的提高有助于本征非晶硅薄膜的結構從非晶向納米晶轉變。當稀釋比為24時，平均晶粒尺寸達10.74nm，晶化率超過65％。隨著氫氣稀釋比的提高，本征非晶硅薄膜的氫含量逐漸降低，折射率逐漸變大，消光系數(shù)減小，光學帶隙變寬。射頻功率對氣體輝光放電有著重要的影響，薄膜中的氫含量隨著射頻功率的增加而增加，折射率則隨著射頻功率增加而減小，消光系數(shù)

4、隨著射頻功率增加而變大。
　　(2)隨著氫氣稀釋比的提高，磷摻雜非晶硅薄膜的非晶包絡峰強度隨之降低，半高寬變窄，薄膜內(nèi)部的短程有序度和中程有序度得到改善，缺陷濃度降低。氫氣稀釋比的變化引起磷摻雜薄膜的光學性能變化趨勢與本征非晶硅薄膜一致。氫氣稀釋濃度對磷摻雜薄膜的電學性能有重要影響，高稀釋條件下的薄膜室溫暗電阻率更低，但隨著磷摻雜濃度的提高，氫氣稀釋的影響逐漸減弱，直至被掩蓋。
　　(3)隨著磷摻雜濃度的提高，氫氣稀釋非晶硅

5、薄膜的短程有序度和中程有序度變差，缺陷濃度增加，薄膜的氫含量增加。此外，薄膜的折射率隨著磷摻雜濃度的增加而降低，消光系數(shù)和光學帶隙隨著磷摻雜濃度的提高而變大。隨著磷摻雜濃度的增加，非晶硅薄膜的室溫暗電阻率降低，電阻溫度系數(shù)(TCR)的絕對值慢慢變小。
　　(4)真空退火可以促進非晶硅薄膜由非晶結構向晶相結構轉變，600℃退火薄膜開始出現(xiàn)晶化，750℃退火薄膜已轉變?yōu)橐远嗑橹?。隨著退火溫度的提高，制備態(tài)非晶硅薄膜的厚度都出現(xiàn)了減小