刘毅[1]2004年在《MWECR CVD制备氢化非晶硅薄膜的微结构研究》文中指出非晶硅（a-Si）具有特殊的光学、电学性质，并且呈现出了巨大的应用前景。但是由于它含有大量的缺陷态（主要缺陷态是悬挂键），使其在实际应用方面受到了约束。对于氢化非晶硅（a-Si:H），由于氢的介入使得氢化非晶硅的缺陷密度比未氢化的非晶硅大大降低，从而使其符合器件级质量材料的要求。a-Si:H薄膜已经广泛应用于太阳能电池等领域。但是 a-Si:H 的沉积速率和质量很大程度上受到制备工艺的影响。为了获得高速沉积下的高品质 a-Si:H 薄膜，使其能够产业化，微波电子回旋共振化学气相沉积(MWECR CVD)方法在国际上受到了人们广泛的重视。MWECR CVD 方法具有电子和离子产生率高等优点，人们期望它能在较高的沉积速率下获得器件级质量的 a-Si:H 薄膜。因此，我们用 MWECR CVD系统在不同的工艺条件下沉积了 a-Si:H 薄膜。用 MWECR CVD 制备非晶硅薄膜研究H2/SiH4稀释比对a-Si:H 薄膜结构的影响。同时研究了衬底温度对 a-Si:H 结构的影响，发现适当提高衬底温度有利于沉积过程，从而改善薄膜的结构。a-Si:H 薄膜的一系列特性同膜中的氢存在密切关系，一方面，氢以单氢化合物(Si-H)方式结合到膜中，从而饱和了膜中的悬挂键；另一方面，氢以多氢化合物(Si-H2、Si-H3和(Si-H2)n)方式结合到膜中，反而在膜中引入了缺陷，使带隙中的局域态密度增大。本文依据合理的基线将付里叶变换红外(FTIR)透过率谱转换成了吸收系数谱。通过计算吸收系数谱中摇摆模吸收带和伸缩模吸收带的面积，计算得到膜中的氢含量和硅氢键的配置方式。随着衬底温度升高，以单氢化合物结合的氢含量基本保持不变，而以多氢化合物结合的氢含量逐步减少。本论文对 a-Si:H 薄膜进行了一系列的喇曼测试，并针对沉积温度以及不同退火条件下薄膜的喇曼谱图进行了分析。随着沉积温度的增加，薄膜开始呈现出非晶/微晶相混合的结构。与此同时，本论文也进行了对 a-Si:H 薄膜光学带隙的计算，并发现伴随着衬底温度升高，光学带隙减少。a-Si:H 光学带隙的增大是膜中氢含量尤其是以多氢化合物结合的氢含量增加的结果。
曾涛[2]2008年在《优质氢化非晶硅薄膜的沉积及其太阳能电池模拟》文中认为非晶硅(a-Si)与晶态硅的结构差异,使非晶硅具有特殊的光学、电学性质,并且呈现出了巨大的应用前景。但是由于它含有大量的缺陷态,使其在实际应用方面受到了限制。对于氢化非晶硅(a-Si:H),由于氢的钝化作用,使得a-Si:H的缺陷密度大大降低,从而使a-Si:H符合器件级质量材料的要求。a-Si:H薄膜己经广泛应用于太阳能电池。但是a-Si:H的沉积速率和品质很大程度上受制于制备工艺。由于微波电子回旋共振化学气相沉积(MWECR CVD)方法具有电子和离子产生率高等优点,为此,本文用MWECRCVD系统制备手段研究了器件级a-Si:H薄膜的工艺条件,并用AMPS-1D程序模拟分析了用这种薄膜制备的太阳能电池的性能参数。a-Si:H薄膜光电特性同膜中的氢有密切关系。Fourier红外透射(FTIR)谱是研究a-Si:H薄膜中氢含量(C_H)及硅-氢键合模式最有效的手段,本文通过红外透射光谱的基线拟合、高斯拟合方法,分析了不同H_2/SiH_4稀释比下制备出的氢化非晶硅薄膜的氢含量、硅氢键合方式及其组分,得到了这些参数随H_2/SiH_4稀释比变化的规律。影响a-Si:H薄膜沉积速率的机制非常复杂,这些机制与制备工艺条件有着密切的联系。本文研究了工作气压、SiH_4气体流量和衬底温度及磁场梯度等工艺条件对a-Si:H薄膜沉积速率的影响。结果表明:工作气压、SiH_4气体流量和衬底温度等这些参数有最佳值,太大或太小都会造成沉积速率的下降;改变等离子体的磁场形貌为磁镜磁场可获得高沉积速率、大面积均匀的a-Si:H薄膜。在薄膜的均匀性研究方面,本文通过研究认为,对于单磁场线圈MWECR CVD系统,ECR区的不均匀性和沉积室的磁场梯度的不均匀,是影响薄膜均匀性的主要原因,通过改进矩形耦合波导和热丝辅助及减小磁场线圈电流的方法,在直径为6cm的衬底上,沉积得到了厚度均匀性＜3.5%的a-Si:H薄膜。本文用氢等离子体处理间隙生长堆积层表面(LBL)技术制备了氢化微晶硅(μc-Si:H)薄膜。发现,当薄膜厚度在0.55μm以下时,样品具有较为典型的非晶硅特征,光电导衰退率很大:当薄膜厚度为0.60μm～0.70μm之间时,样品兼备非晶和微晶的特点,在这一厚度值范围内,光电导随薄膜厚度变化非常敏感,光电导衰退率较小;当薄膜厚度为0.80μm以上时,薄膜表现为明显的微晶硅性质,光电导衰退率非常小。这种LBL技术能实现控制沉积微晶硅薄膜的厚度,制备出适合制备太阳电池的微晶薄膜,具有重要的实用价值。a-Si:H薄膜在太阳能电池应用,本文用AMPS-1D程序模拟分析了p-型非晶硅(p~+a-Si:H)/n-型晶体硅(n-c-Si)/n-型非晶硅(n~+-a-Si:H)异质结太阳电池光伏特性。结果表明界面缺陷态对太阳电池光伏性能有很大影响;背电场对较薄的电池光伏性能影响较大,而对厚电池影响较小;背电场能有效抑制其界面缺陷态对电池效率的衰退。
李瀛[3]2005年在《热丝辅助MWECR CVD制备氢化非晶硅薄膜的微结构研究》文中认为非晶硅(a-Si)具有特殊的光学、电学性质,并且呈现出了巨大的应用前景。但是由于它含有大量的缺陷态(主要缺陷态是悬挂键),使其在实际应用方面受到了约束。对于氢化非晶硅(a-Si:H),由于氢的介入使得氢化非晶硅的缺陷密度比未氢化的非晶硅大大降低,从而使氢化非晶硅符合器件级质量材料的要求。a-Si:H 薄膜已经广泛应用于太阳能电池等领域。但是a-Si:H 的沉积速率和质量很大程度上受到制备工艺的影响。热丝辅助微波电子回旋共振化学气相沉积(MWECR CVD)方法具有电子和离子产生率高等优点,能在较高的沉积速率下获得器件级质量的a-Si:H 薄膜。因此,我们用热丝辅助MWECR CVD 系统在不同的工艺条件下沉积了a-Si:H 薄膜。用热丝辅助MWECR CVD 制备非晶硅薄膜研究热丝温度比对a-Si:H 薄膜结构的影响,发现适当的热丝温度有利于沉积过程,从而改善薄膜的结构。a-Si:H薄膜的一系列特性同膜中的氢存在密切关系,一方面,氢以单氢化合物(Si-H)方式结合到膜中,从而饱和了膜中的悬挂键;另一方面,氢以多氢化合物(Si-H2、Si-H3和(Si-H2)n)方式结合到膜中,反而在膜中引入了缺陷,使带隙中的局域态密度增大。本文依据合理的基线将傅里叶变换红外(FTIR)透过率谱转换成了吸收系数谱。通过计算吸收系数谱中摇摆模吸收带和伸缩模吸收带的面积,计算得到膜中的氢含量和硅氢键的配置方式。随着热丝温度升高,以单氢化合物结合的氢含量和以多氢化合物结合的氢含量逐步减少。本论文对a-Si:H 薄膜进行了一系列的喇曼测试,并针对热丝温度以及不同退火条件下薄膜的喇曼谱图进行了分析。随着热丝温度的增加,薄膜开始呈现出非晶/微晶相混合的结构。与此同时,本论文也进行了对a-Si:H 薄膜光学带隙的计算,并发现伴随着热丝温度升高,光学带隙减少。a-Si:H 光学带隙的增大是膜中氢含量尤其是以多氢化合物结合的氢含量增加的结果。
胡跃辉[4]2005年在《高速沉积大面积均匀氢化非晶硅薄膜及其优异的光电特性的研究》文中研究说明本文以高速制备兼具优异光电特性和高稳定性的氢化非晶硅薄膜为主要研究内容,从设备改进和性能分析、薄膜制备工艺两方面展开自己的研究工作。由于单磁场线圈微波电子回旋共振化学气相沉积(MWECR CVD)系统设备相对简单,对微波吸收效率不高。为了提高系统的性能,我们对其微波窗口、耦合波导、磁场分布等都进行了精心的设计。实验中,选择多层不同介电常数的绝缘板组成微波输入窗,来达到阻抗匹配和抑制功率反射,增加微波吸收功率和提高等离子密度的目的,采用Al_2O_3陶瓷和BN 组成的微波输入窗。这种设计,一方面能很好地保护微波系统,另一方面又能使微波高效地馈入,效率高;同时采用叁角形均铜片的耦合矩形波导的设计,使微波转换功率达92%;磁场分布的设计上,通过改变磁场线圈电流来实现,当磁场线圈电流减小时,ECR 区位置朝微波窗口方向移动,将更有利于提高微波的吸收。采用磁场电流为115.2A 产生的磁场分布,可以使微波的功率吸收在1 分钟内达到92.3%,18 分钟内达到94.6%。在沉积室的磁场分布的改变,还可以通过在衬低下面放置永磁体的方法来获得,采用这种方法,在沉积室内可以得到由原先的发散的磁场分布改变为一种先发散再收敛的磁场分布。这些研究工作对同类沉积系统提供了有益的技术参考。由于磁场梯度对制备氢化非晶硅薄膜有直接的影响,而磁场分布的定量研究至今还未见有文献报道。本文用Lorentzian 拟合方法定量地得到了叁种形貌磁场的磁场梯度值。通过研究发现:在衬底附近,磁场线圈电流137.7A 并在加热台下面放置钐钴永磁体的磁场分布的磁场梯度最大,其次为磁场线圈电流137.7A磁场分布,磁场梯度最小的为磁场线圈电流115.2A 磁场分布的情况;同时,磁场梯度对薄膜沉积速率有很大的影响,磁场梯度大,沉积速率大,在磁场线圈电流为137.7A 并加放永磁体的方法产生的磁场分布下,得到最高沉积速率约为17埃每秒;磁场梯度对薄膜的均匀性有一定的影响,在磁场梯度大的条件下沉积的样品其均匀性要差;同时,磁场梯度对a-Si:H 薄膜的光电特性影响较大,在温度不太高时,磁场梯度大,制备的a-Si:H 薄膜光敏性较好。这种用Lorentzian 拟合定量地得到形貌磁场的磁场梯度值的方法,对所有的同类个体系统都适用。用Maley 和Langford 等人发展的红外透射谱分析技术计算H 含量,能较好地消除误差。但是在计算单磁场线圈MWECR CVD 系统沉积的氢化非晶硅薄膜时,还发现有较大的偏差。为此,本文对这一技术在计算氢含量时产生的误差进行了研究,结果表明, 在结构因子F 值较小的情况下, 薄膜折射率接近3.4 或薄膜厚度值d=0.71~0.89 μm 时,计算得到的氢含量是可靠的。为了计算得到可靠的氢含量值, 实验时, 应将样品厚度沉积为0.710~0.89 μm 之间,这一工作为用红外透射谱准确地得到氢含提供了方法和理论上的指导。另外,本文首次提出用红外透射谱分析技术分析薄膜结构均匀性。在大面积内达到薄膜的均匀性研究方面,我们通过改进矩形耦合波导和热丝辅助及减小磁场线圈电流的方法,用HW-MWECR CVD 系统,在直径为6cm 的衬底上,沉积得到了厚度均匀性<3.5%的a-Si:H 薄膜。认为对于单磁场线圈
王青[5]2004年在《MW-ECR CVD制备氢化非晶硅薄膜之光电特性研究》文中研究说明氢化非晶硅薄膜（a-Si:H）是近二十年来发展起来的一种新型的功能材料，在新能源和信息显示等高科技技术领域起着日益重要的作用。然而，光致退化效应严重限制了它的进一步发展和应用。人们做了大量的研究工作，试图弄清其微观机制，但迄今为止仍然没有一致性的结论。随着研究的深入，人们越来越认识到非晶硅薄膜的亚稳特性与硅网络的无定型结构以及其中所含的氢有关。 本文主要对采用微波电子回旋共振化学气相沉积（MW-ECR CVD）系统制备的a-Si:H 薄膜进行了光电特性的测试研究工作。本论文的研究内容主要有叁大部分组成。第一，对实验设备进行简单介绍；第二，通过分析不同制备工艺条件对薄膜光电特性的影响，调整工艺参数，进而改进实验设备采用热丝辅助 MW-ECRCVD 系统以制备出高质量的 a-Si:H 薄膜；第叁，通过傅立叶变换红外谱和微区拉曼谱对薄膜微结构进行研究，分析光电特性各异的薄膜材料的微观表征。 影响 a-Si:H 薄膜光电特性的因素很多，我们分析了氢稀释比率、衬底温度、热丝温度以及有无热丝对薄膜光敏性和稳定性的影响。 非晶硅的光电特性与薄膜的成分和微结构有着非常密切的关系。a-Si:H 薄膜中 H 的掺入使得非晶硅的光电特性发生了根本性的变化。大量实验表明，a-Si:H 薄膜的光致衰退与薄膜中的 SiH2 键合态的含量有很好的对应关系，SiH2键合态的含量越高，薄膜的光致衰退效应越显着。而光敏性的提高主要是薄膜中多氢化合物（SiH2）n、Si-Si 弱键以及氢含量的减少所致。 实验表明，采用适当温度的热丝进行辅助，可使 a-Si:H 薄膜中 SiH2键合态含量及含氢量均大幅度降低。当热丝温度为 1450℃时可以获得光敏性高达 105，并且稳定性良好（50min 仅衰退 25％）的 a-Si:H 薄膜。
荣延栋[6]2005年在《热丝辅助MWECR-CVD制备器件级非晶硅薄膜》文中提出氢化非晶硅薄膜(a-Si:H)是近二十年来发展起来的一种新型的功能材料,在新能源和信息显示等高科技技术领域起着日益重要的作用,尤其是在光伏发电领域,越来越受到各国的重视。然而,目前非晶硅薄膜的制备存在着薄膜沉积速率低、薄膜的均匀性不高以及薄膜的光敏性较低等问题,尤其是薄膜的光致衰退变化效应(SWE),严重的限制了它的进一步应用。因此,制备器件级的非晶硅薄膜成为氢化非晶硅进一步应用的关键。本文中, 我们利用热丝辅助微波电子回旋共振化学气相沉积(MWECR-CVD)系统制备了氢化非晶硅薄膜,并且针对薄膜的沉积速率、均匀性、光敏性、光致衰退等方面进行了研究。对于薄膜的沉积速率的研究,前面小组成员加入了永磁体,从而显着提高了薄膜的沉积速率,我们又讨论了工作气压、热丝温度、衬底温度对沉积速率的影响,得到了与较高薄膜沉积速率相对应的参数;接着,分析了热丝和永磁体对薄膜的均匀性的影响。a-Si:H 薄膜中的氢和薄膜的光电性能有着密切的关系,因此对薄膜的光敏性和光致衰退变化的研究,我们从讨论薄膜中的氢含量开始。首先,我们讨论了有无热丝对薄膜中的氢含量以及对薄膜中的弯曲模和伸缩模的影响;接着,我们又对不同的热丝温度对薄膜的氢含量以及微结构的影响。最后,我们讨论了热丝对薄膜的光致衰退变化的影响以及与之对应的薄膜的微结构的变化。实验表明,永磁体对薄膜的均匀性带来了不利的影响,采用热丝辅助,提高了薄膜的均匀性,大大降低了a-Si:H 薄膜中的氢含量, 改善了薄膜的微结构,适当温度的热丝辅助下,可以得到光敏性(105)和稳定性较好的薄膜,但是较高的热丝温度使得非晶硅薄膜产生晶化,有的晶化的薄膜出现了反常SWE。
刘国汉, 丁毅, 朱秀红, 何斌, 陈光华[7]2006年在《热丝辅助MWECR-CVD法沉积氢化非晶硅薄膜研究》文中研究指明为了降低a-Si:H薄膜中的氢含量,提高其稳定性,在我们MWECR-CVD系统中引入了热丝装置,热丝对等离子体的热辐射使等离子体升温,既促进了气体的进一步分解和电离,获得较多的低氢原子基团,也减少了活性高硅烷聚合物的生成,从而使薄膜中的(SiH2)n的含量降低。同时,热丝对样品表面提供的热辐射和光辐射也可以进一步降低薄膜的氢含量。实验结果表明,用这种装置沉积的a-Si:H薄膜,氢含量可降低到4.5at%左右,稳定性明显增强,光敏性也有一定改善。
殷生毅, 陈光华, 吴越颖, 王青, 刘毅[8]2004年在《一种新型磁场MWECR-CVD和氢化非晶硅薄膜制备》文中研究指明为了简化多电磁线圈 MWECR- CVD装置 ,提出将单个电磁线圈和一个永磁体单元组合 ,以形成所需的新型磁场 .这一磁场可使等离子体集聚于样片台上方 ,显着提高了等离子体的能量密度 .应用这种新型磁场的 MWE-CR- CVD装置沉积氢化非晶硅薄膜 ,与采用单电磁线圈或双电磁线圈时相比 ,薄膜沉积速度大幅度提高 ,沉积速度达到采用传统 RF- PECVD装置时的数倍至十倍
于霞[9]2007年在《MWECR CVD法制备B-C薄膜的工艺研究》文中研究说明本文综述了当前B-C化合物的研究概况,简单介绍了几种制备B-C化合物的常用方法,并概述了目前人们已发现的B-C化合物的各种特性。本实验采用乙硼烷(B2H6)为B源,乙烯(C2H4)为C源,利用微波电子回旋共振化学气相沉积法(MWECR CVD)沉积得到了B-C薄膜。主要研究了源气体C2H4/B2H6摩尔比、工作气压、沉积温度以及微波功率对薄膜成分、价键结构以及沉积速率的影响。通过EDS谱对样品成分分析得出,随C2H4/B2H6摩尔比的增加,样品中C/B原子比呈指数关系增加。我们利用台阶仪测出样品膜厚,计算出沉积速率,发现:工作气压的增加,使沉积速率先增加后减小,在0.6 Pa时达到峰值,沉积速率为0.293 nm/s。随基片温度的升高,沉积速率也呈现出相同的规律,在100℃时达到最大,为0.227 nm/s。随着微波功率的增加,沉积速率逐渐增加。通过对样品XPS全谱分析得出,升高基片温度或增加微波功率,样品中的B含量均逐渐增加,C/B原子比随之降低。对样品XPS谱的B1s、C1s谱分析得出,随着基片温度的增加,B、C原子成键中B-C键数量均逐渐增加,即升高基片温度使B、C原子更容易结合成键。微波功率对B、C原子键合状态的影响也呈现出相同的规律,即升高微波功率有利于B、C原子相互结合成键。
张生俊[10]2001年在《MWECR CVD系统及BN薄膜生长与特性研究》文中研究指明本论文介绍了我们对ECR等离子体CVD系统的测试、BN薄膜的制备和薄膜光学特性研究。首先在统计大量文献的基础上，分析了BN薄膜的研究、发展和趋势。总的研究趋势是波动上升的，但近年来cBN的研究呈现回落趋势。另一方面，hBN薄膜的研究逐渐受到关注。我们还介绍了BN薄膜的特性、应用和BN体系相关系的研究。文中重点研究了ECR等离子体的特性，并对我们的系统进行了Langmuir探针和Faraday筒测试，研究了等离子体参数随气压、微波功率、偏压、气体种类等的变化。系统沉积区的等离子体参数条件为电子温度1-4eV，等离子体密度10~9-10~(11)cm~(-3)，离子流强0.05-0.22J/mAcm~2。在此基础上进行了BN薄膜的实验研究，并取得以下主要结果。 1 首次对hBN薄膜的取向生长进行了系统的研究，讨论了几种实验参数对取向的影响，探讨了薄膜取向生长机制。 A）hBN在Si（100）表面的取向受hBN自身结晶习性和它与衬底间的晶格匹 配关系的控制，前者是受周期性键链（PBC）理论控制，后者与应力和应 变有一定关系。 B）沉积时间会影响薄膜的取向和生长速率。 C）偏压或离子轰击对取向有重要影响，低偏压有利于形成基面对衬底平行 的取向，而在高偏压下，薄膜表现为c轴平行衬底的取向。我们的实验结 果与其他的实验结果一致，并与结晶学理论吻合。 D）沉积气体对取向也有重要影响。大量H的存在不利于基面平行衬底的 取向的发生，但能够满足c轴平行衬底的条件（在一定偏压下）。一定量 的Ar有利于产生基面平行衬底的取向，这与其他沉积Al的实验一致。气 体对取向的影响可能与物理轰击作用和相变时的过饱和度均有关系。 E）高温有利于基面平行于衬底的取向，在高的生长温度下吸附于衬底表面 的沉积粒子能够迅速迁移到二维核的位置，并使粒子有足够能量调整位 置。高温下的薄膜生长更接近于单晶的生长条件，六角晶系晶体的结晶习 性是片状生长，表现为片状的单晶，这种习性受晶体自身结构特性的限制。 高温可能更有利于晶面竞争取向机制的发生。 张生仅 北京工业大学博士学位论文 摘要 2利用Raman偏振光谱研究了薄膜的性质，对基面非平行衬底的取向，Raman谱随偏振条件的不同而变化。测试了紫外．可见光谱，并获得BN ＄膜的能带值在 3．5－5石 eV之间，并随工艺有变化。 3首次利用热丝辅助 ECR CVD系统制备了 hBN七BN混合薄膜。在CVDCBN生长中化学过程起了主要作用，而离子的辅助轰击也必不可少，热丝可能起到激活气体的作用，但大量的H。不利于CBN的形成。
参考文献：
[1]. MWECR CVD制备氢化非晶硅薄膜的微结构研究[D]. 刘毅. 北京工业大学. 2004
[2]. 优质氢化非晶硅薄膜的沉积及其太阳能电池模拟[D]. 曾涛. 景德镇陶瓷学院. 2008
[3]. 热丝辅助MWECR CVD制备氢化非晶硅薄膜的微结构研究[D]. 李瀛. 北京工业大学. 2005
[4]. 高速沉积大面积均匀氢化非晶硅薄膜及其优异的光电特性的研究[D]. 胡跃辉. 北京工业大学. 2005
[5]. MW-ECR CVD制备氢化非晶硅薄膜之光电特性研究[D]. 王青. 北京工业大学. 2004
[6]. 热丝辅助MWECR-CVD制备器件级非晶硅薄膜[D]. 荣延栋. 北京工业大学. 2005
[7]. 热丝辅助MWECR-CVD法沉积氢化非晶硅薄膜研究[J]. 刘国汉, 丁毅, 朱秀红, 何斌, 陈光华. 太阳能学报. 2006
[8]. 一种新型磁场MWECR-CVD和氢化非晶硅薄膜制备[J]. 殷生毅, 陈光华, 吴越颖, 王青, 刘毅. 半导体学报. 2004
[9]. MWECR CVD法制备B-C薄膜的工艺研究[D]. 于霞. 燕山大学. 2007
[10]. MWECR CVD系统及BN薄膜生长与特性研究[D]. 张生俊. 北京工业大学. 2001