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氢化非晶硅薄膜中氢含量及键合模式的红外分析

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物理学报 2003年第1期52卷 169-174页

作者：罗志林璇英林舜辉余楚迎林揆训余云鹏谭伟锋汕头大学物理系汕头515063

Fourier红外透射 (FTIR)谱技术是研究氢化非晶硅 (a Si∶H)薄膜中氢的含量 (CH)及硅—氢键合模式 (Si Hn)最有效的手段 .对用等离子体化学气相沉积 (PCVD)方法在不同的衬底温度 (Ts)下制备出的氢化非晶硅薄膜 ,通过红外透射光谱的基线... 详细信息

Fourier红外透射 (FTIR)谱技术是研究氢化非晶硅 (a Si∶H)薄膜中氢的含量 (CH)及硅—氢键合模式 (Si Hn)最有效的手段 .对用等离子体化学气相沉积 (PCVD)方法在不同的衬底温度 (Ts)下制备出的氢化非晶硅薄膜 ,通过红外透射光谱的基线拟合、高斯拟合分析 ,得到了薄膜中的氢含量 ,硅氢键合模式及其组分 ,并分析了这些参量随衬底温度变化的规律 .

关键词：氢化非晶硅薄膜红外吸收谱氢含量硅-氢键合模式

椭偏透射法测量氢化非晶硅薄膜厚度和光学参数

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物理学报 2008年第3期57卷 1542-1547页

作者：廖乃镘李伟蒋亚东匡跃军祁康成李世彬吴志明电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室成都610054 电子科技大学光电信息学院成都610054

针对多角度椭偏测量透明基片上薄膜厚度和光学参数时基片背面非相干反射光的影响问题,报道了利用椭偏透射谱测量等离子增强化学气相沉积法(PECVD)制备的a-Si:H薄膜厚度和光学参数的方法,分析了基片温度Ts和辉光放电前气体温度Tg的影响.... 详细信息

针对多角度椭偏测量透明基片上薄膜厚度和光学参数时基片背面非相干反射光的影响问题,报道了利用椭偏透射谱测量等离子增强化学气相沉积法(PECVD)制备的a-Si:H薄膜厚度和光学参数的方法,分析了基片温度Ts和辉光放电前气体温度Tg的影响.研究表明,用椭偏透射法测量的a-Si:H薄膜厚度值与扫描电镜(SEM)测得的值相当,推导得到的光学参数与其他研究者得到的结果一致.该方法可用于生长在透明基片上的其他非晶或多晶薄膜.

关键词：椭偏测量透射法光学参数氢化非晶硅薄膜

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表面粗糙氢化非晶硅薄膜光学常量的确定

光学学报 2013年第3期33卷 326-331页

作者：丁文革卢云霞马登浩苑静侯玉斌于威傅广生河北大学物理科学与技术学院河北省光电信息材料重点实验室河北保定071002

由于光学薄膜的透射光谱和反射光谱受表面粗糙程度的影响很大,因此在确定表面粗糙薄膜的厚度及光学常量时,如果不考虑这种影响必然会引起较大的误差。利用标量波散射理论,引入表面均方根粗糙系数,对粗糙薄膜表面的光散射进行了细致分析... 详细信息

由于光学薄膜的透射光谱和反射光谱受表面粗糙程度的影响很大,因此在确定表面粗糙薄膜的厚度及光学常量时,如果不考虑这种影响必然会引起较大的误差。利用标量波散射理论,引入表面均方根粗糙系数,对粗糙薄膜表面的光散射进行了细致分析,得出了光散射影响下薄膜系统透射系数的表达式。在此基础上计算的薄膜厚度以及透射光谱与制备的氢化非晶硅薄膜的相应测量结果基本一致,由此确定的光学常量也更接近实际量值。该方法的运算过程不基于最小值优化算法,无需复杂软件辅助,是准确确定表面粗糙薄膜的厚度以及光学常量的一种有效方法。

关键词：薄膜氢化非晶硅薄膜表面粗糙系数透射光谱光学常量

热丝辅助MWECR-CVD法沉积氢化非晶硅薄膜研究

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太阳能学报 2006年第10期27卷 986-989页

作者：刘国汉丁毅朱秀红何斌陈光华贺德衍兰州大学物理科学与技术学院北京工业大学新型功能材料教育部重点实验室北京100022

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(Si... 详细信息

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。

关键词：电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积氢化非晶硅薄膜热丝光致衰退效应

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氢化非晶硅薄膜红外透射谱与氢含量

中国科学（G辑） 2004年第3期34卷 279-289页

作者：胡跃辉陈光华吴越颖阴生毅高卓王青宋雪梅邓金祥北京工业大学材料学院北京100022

研究了用氢化非晶硅薄膜红外透射谱的摇摆模和伸缩模计算氢含量的两种方法，分析了这两种方法在计算薄膜氢含量时引起差别的原因．理论推导及实验结果表明，若将SiH2和(SiH2)。含量大小用结构因子F=(I840+I880)I2000来表示，则在F值较... 详细信息

研究了用氢化非晶硅薄膜红外透射谱的摇摆模和伸缩模计算氢含量的两种方法，分析了这两种方法在计算薄膜氢含量时引起差别的原因．理论推导及实验结果表明，若将SiH2和(SiH2)。含量大小用结构因子F=(I840+I880)I2000来表示，则在F值较小的情况下，薄膜折射率接近3．4或拟合厚度值d=0.71-0．89μm时，两种计算方法得到的氢含量很接近．研究还发现，制备工艺对薄膜的键结构及组分有很大的影响，不同的制备方法薄膜中形成的SiH2和(SiH2)n含量不同，F值大的样品均匀性差(表现为这些样品实测厚度值与拟合厚度值有较大的差异)；同时在这种情况下，两种方法计算得到它们的氢含量值相差较大，但CAT CVD辅助MWECR CVD制备方法，能有效地抑制SiH2和(SiH2)n的形成。

关键词：氢化非晶硅薄膜氢含量红外透射谱摇摆模伸缩模基线拟合

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氢化非晶硅薄膜的制备与工艺参数优化

微电子学 2016年第5期46卷 706-710页

作者：朱永航刘一剑黄霞黄惠良上海交通大学微纳电子学系光伏实验室上海200240

采用间接型射频等离子体增强化学气相沉积方法,通过改变H_2/SiH_4气流量比、工艺功率和工艺压强,制备出了氢化非晶硅薄膜。研究了H_2/SiH_4气流量比、工艺功率以及工艺压强对非晶硅薄膜光学特性的影响。实验结果表明,该方法可以制备出... 详细信息

采用间接型射频等离子体增强化学气相沉积方法,通过改变H_2/SiH_4气流量比、工艺功率和工艺压强,制备出了氢化非晶硅薄膜。研究了H_2/SiH_4气流量比、工艺功率以及工艺压强对非晶硅薄膜光学特性的影响。实验结果表明,该方法可以制备出氢化非晶硅薄膜,且通过改变实验条件,可以改变薄膜微观结构及成分;随着H_2/SiH_4气流量比的增加,SiH化合物含量增加,多氢化合物含量降低;适当增加射频功率,可以提高薄膜表面的均匀性,同时,功率的增加会使氢含量增加;此外,薄膜表面氢含量随工艺气压的降低而减小。

关键词：氢化非晶硅薄膜间接型射频等离子体微观结构 H含量 H2/SiH4气流量比工艺功率工艺压强

氢化非晶硅薄膜的直流和射频磁控溅射法制备及其表征

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氢化非晶硅薄膜的直流和射频磁控溅射法制备及其表征

作者：潘震武汉理工大学

学位级别：硕士

目前,硅薄膜太阳能电池的研究已成为国际光伏领域研究热点,硅薄膜太阳能电池相对于单晶硅和多晶硅太阳能电池而言,具有耗材少,成本低的特点,尤其是廉价衬底的引入,使硅薄膜太阳能电池在成本控制方面具有更强的市场竞争力。非晶硅薄膜太... 详细信息

目前,硅薄膜太阳能电池的研究已成为国际光伏领域研究热点,硅薄膜太阳能电池相对于单晶硅和多晶硅太阳能电池而言,具有耗材少,成本低的特点,尤其是廉价衬底的引入,使硅薄膜太阳能电池在成本控制方面具有更强的市场竞争力。非晶硅薄膜太阳能电池制作工艺简单,衬底温度低,易于应用集成工艺和大面积生产,能够与建筑材料相结合构成光伏建筑一体化系统。它是硅薄膜太阳能电池中最具发展前途的一类电池,因此,非晶硅薄膜材料备受关注。本论文采用直流和射频磁控溅射方法在玻璃基片上沉积氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜。使用X射线衍射仪(XRD)、NKD7000W薄膜分析仪、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、显微拉曼光谱仪(Raman)、紫外-可见光透射光谱仪(UV-VIS)测试了薄膜的物相结构、膜厚、硅氢键和透过率,研究了溅射功率、基片温度和氢气分压对薄膜的结构和性能的影响。结果表明:1)随着溅射功率的增加,薄膜的沉积速率会逐渐增大,沉积速率的增长速度随着功率的增加先增大后减小;溅射功率的增加使薄膜变厚,可见光范围内的总透过率逐渐降低;随着溅射功率的增加,薄膜的光学带隙在逐渐减小。2)在300℃以内,基片温度的升高,基本不会影响薄膜的沉积速率、可见光范围内的总透过率和光学带隙。3)在溅射气体氩气压力一定的情况下,提高氢气分压能够使薄膜的沉积速率减小;沉积速率的减小,相同时间里薄膜变薄,在可见光范围内的总透过率有一定程度的增加;随着氢气分压的增加,薄膜的光学带隙逐渐增加。4)氢化非晶硅薄膜的X射线衍射谱和Raman散射谱分析证明,薄膜为非晶态,但是通过对紫外-可见光透过率光谱计算,得到薄膜的光学带隙在1.9～2.0eV左右,因此,可以认为,薄膜是以非晶态为主,其间镶嵌了少量纳米晶体的结构。5)对比了直流溅射和射频溅射沉积硅薄膜的速率和形貌。直流溅射的平均沉积速率明显大于射频溅射的平均沉积速率;射频溅射沉积的薄膜均匀性和致密性要优于直流溅射沉积的薄膜。

关键词：直流和射频磁控溅射氢化非晶硅薄膜氢气分压基片温度光学带隙

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氢化非晶硅薄膜的晶化处理研究

氢化非晶硅薄膜的晶化处理研究

作者：李志电子科技大学

学位级别：硕士

氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜在薄膜太阳能电池、薄膜晶体管、辐射探测和液晶显示等领域有着重要的应用,因而在世界范围内得到了广泛的关注和大量的研究。但是,氢化非晶硅薄膜存在光致衰退(S-W)效应,是其在进一步应用中的一个瓶颈。为了解决... 详细信息

氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜在薄膜太阳能电池、薄膜晶体管、辐射探测和液晶显示等领域有着重要的应用,因而在世界范围内得到了广泛的关注和大量的研究。但是,氢化非晶硅薄膜存在光致衰退(S-W)效应,是其在进一步应用中的一个瓶颈。为了解决这一难题,提出了很多意在消除或降低S-W效应的方法。研究发现,通过对氢化非晶硅薄膜进行纳米晶化处理,可明显抑制S-W效应,进而可有效提高薄膜的性能稳定性。本文基于等离子体增强化学气相沉积(PECVD)制备方法,通过对硅烷等反应气体进行氩气稀释和对磷掺杂氢化非晶硅薄膜进行氩等离子体退火的方法,借助多种现代分析测试方法,研究了气体稀释比、射频功率密度和退火时间等对氢化非晶硅薄膜晶化的影响;研究了晶化过程中薄膜微结构、表面形貌和光电性能的变化。取得了如下一些应用基础研究结果:(1)随着氩气/硅烷稀释比的提高,氢化非晶硅薄膜的微结构发生了明显的变化。当稀释比提高到一定程度时,非晶硅薄膜的晶化率随着稀释比的提高而增加,内部的纳米晶粒也随着稀释比的提高而长大,而薄膜的表面质量随之得到改善。硅薄膜对紫外-可见光的吸收随着晶化率的提高而降低,光学带隙同时减小。透射电镜研究表明,薄膜中含有数量不少的纳米晶体,表明此时薄膜已经成为“部分晶化”的非晶硅薄膜,即所谓的“类晶体”。(2)射频功率密度对氢化非晶硅薄膜晶化的影响较为复杂。过度提高射频功率密度会对薄膜的晶化率和晶粒尺寸造成不利影响。只有射频功率密度的选取比较合理时,才会对氢化非晶硅薄膜的晶化效果产生最有利的影响。(3)通过对氩等离子内部Ar*和Ar+这两种高能粒子的研究和分析,解释了氩气稀释过程中稀释比和射频功率密度对薄膜晶化的不同表现。Ar*相对于Ar+来说更为温和,对非晶硅薄膜内纳米晶粒的生长和薄膜的综合质量更为有利。提高氩气稀释比能有效提高Ar*的含量,有利于薄膜质量的改善;当射频功率密度提高到一定程度后,氩等离子体内Ar+的含量会激增,不利于薄膜质量的提高。(4)采用氩等离子体退火技术对磷掺杂氢化非晶硅薄膜进行了退火晶化处理,发现薄膜的微结构和电学性能发生了较大的变化。激光拉曼光谱和透射电镜分析表明,薄膜内部生长出条状纳米晶粒,并且随着退火时间的延长,薄膜的晶化程度逐渐加深,纳米晶粒尺寸同时增大。但是,表面电阻测试表明,等离子退火时间的延长会对薄膜的表面电阻产生不利的影响,导致薄膜的表面暗电导率降低,暗电导激活能增大,这可能是薄膜表面等离子损伤的结果。

关键词：氢化非晶硅薄膜 PECVD 氩气稀释晶化氩等离子体退火光电性能

氢化非晶硅薄膜微观结构特征形成的分子动力学模拟研究

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氢化非晶硅薄膜微观结构特征形成的分子动力学模拟研究

作者：罗耀榕南昌大学

学位级别：硕士

非晶硅/晶体硅异质结太阳能电池因其低生产成本和高光电转换效率而具有非常大的应用前景。氢化非晶硅薄膜(a-Si:H)是该电池中的钝化层,它的结构与性能对异质结太阳能电池的转换效率起着决定性作用。当前的实验研究主要关注沉积工艺与薄... 详细信息

非晶硅/晶体硅异质结太阳能电池因其低生产成本和高光电转换效率而具有非常大的应用前景。氢化非晶硅薄膜(a-Si:H)是该电池中的钝化层,它的结构与性能对异质结太阳能电池的转换效率起着决定性作用。当前的实验研究主要关注沉积工艺与薄膜性能之间的关联,对于薄膜微观结构的演变缺乏深入的研究与分析,致使非晶硅/晶体硅异质结太阳能电池发展缓慢。本文采用分子动力学方法模拟研究了沉积参数和后处理对氢化非晶硅薄膜微观结构的影响,为现有实验研究补充工艺与结构的关联,得到了如下结果:(1)对晶硅衬底取向的影响研究发现:不同取向硅衬底上得到的a-Si:H薄膜结构均为非晶,但薄膜中原子排列的致密性和有序度由高到低的顺序为:(111)面>(110)面>(001)面。不同厚度a-Si:H薄膜的质量密度分析结果显示,硅衬底取向对a-Si:H薄膜结构的影响仅限于界面以上的几个原子层,之后衬底取向对薄膜结构的影响被明显削弱。(2)对入射角的影响研究发现:在低入射角(0°、15°、30°)情况下a-Si:H薄膜的成膜模式为层状生长模式;在高入射角(60°、75°)情况下,a-Si:H薄膜的成膜方式为柱状或岛状生长模式。随着入射角的降低,薄膜表面形貌得到改善,同时薄膜中孔洞结构和悬挂键含量均降低。原子扩散结果表明,入射角对原子扩散起着至关重要的作用:高入射角下的扩散能力比低入射角下的要大。随着入射角的增大,阴影效应显著增强,对薄膜成膜模式、微观结构及其演变、原子扩散的影响也得到增强。Voronoi多面体分析表明,随着入射角降低,第一近邻原子结构排列趋向于四面体结构分布,第二近邻原子结构排列趋于紧密。(3)对沉积基团的影响研究发现:a-Si:H薄膜沉积生长过程中,沉积基团的吸附率与基团本身同氢原子结合形成气相的难易程度密切相关,其由难到易的顺序为:SiH基团>SiH基团>SiH基团>SiH基团,基团越易形成气相,其吸附率越低。以SiH作为沉积基团得到的a-Si:H/c-Si薄膜,H含量最高,SiH含量最高,悬挂键和浮键含量最低,界面区域H含量最高。(4)对a-Si:H/c-Si薄膜进行退火处理的研究发现:退火过程使a-Si:H薄膜结构更加紧凑和有序,第一近邻原子结构排列趋向于四面体结构分布,第二近邻原子结构排列趋于紧密。退火温度升高,薄膜表面越光滑,同时悬挂键含量、SiH含量和H含量均下降。界面区域内H含量随退火温度升高先增加后减小,在500 K有极大值。低退火温度下,短程氢扩散导致界面H含量增加;高退火温度下,长程氢扩散以及氢溢出导致界面H含量降低。(5)对a-Si:H/c-Si薄膜进行氢处理的研究发现:氢处理过程降低了a-Si:H薄膜结构的致密性和有序度。同时,氢处理可以改善薄膜表面形貌,氢入射动能越大,薄膜表面越光滑。Post-H含量、H含量和Si H含量随氢原子入射动能增大先增加后下降,动能的分界点为2.09 eV。此外,以低于此分界点动能的氢去处理薄膜,悬挂键含量无明显变化;反之则会导致悬挂键含量明显增加,薄膜质量下降。

关键词：氢化非晶硅薄膜微观结构沉积参数后处理分子动力学模拟