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高速微晶硅薄膜沉积过程中的等离子体稳态研究

方家 李双亮 许盛之 魏长春 赵颖 张晓丹

高速微晶硅薄膜沉积过程中的等离子体稳态研究

方家, 李双亮, 许盛之, 魏长春, 赵颖, 张晓丹
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  • 通过光发射光谱监测高速沉积微晶硅薄膜过程中I(Hα*)/I(SiH*) 随沉积时间的变化趋势, 分析高速率微晶硅薄膜纵向晶化率逐渐增大的原因. 通过氢稀释梯度法, 即硅烷浓度梯度和氢气流量梯度法来改善材料的纵向均匀性.结果表明: 硅烷浓度梯度法获得的材料晶化率从沉积300 s时的53%增加到沉积600 s时的62%, 相比于传统方式下纵向晶化率从55%到75%的变化有了明显的改善. 在硅烷耗尽的情况下, 增加氢气流量一方面增加了气体总流量, 使得电子碰撞概率增加, 电子温度降低, 从而降低氢气的分解, 抑制SiHx基团的放氢反应, 同时背扩散现象也得到了一定的缓解, 使得I(Hα*)/I(SiH*) 在沉积过程中逐渐增加的趋势有所抑制, 所制备的材料的纵向晶化率在240 s 后维持在53%-60%范围内, 同样改善了薄膜的纵向结构.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号: 2011CBA00706, 2011CBA00707);国家高技术研究发展计划(批准号: 2013AA050302);国家自然科学基金(批准号: 60976051);天津市科技支撑计划(批准号: 12ZCZDGX03600);天津市重大科技支撑计划(批准号: 11TXSYGX22100)和高等学校博士学科点专项科研基金(20120031110039)资助的课题.
    [1]

    Shah A V, Meirer J, Vallat-Sauvain E, Wyrsch N, Kroll U, Droz C, Graf U 2003 Sol. Energy Mater. Sol. Cells 78 469

    [2]

    Matsuda A 2004 J. Non-cryst. Solids 338-340 1

    [3]

    Guha S 2004 Sol. Energy 77 887

    [4]

    Guo L, Kondo M, Fukawa M, Saitoh K, Matsuda A 1998 Jpn. J. Appl. Phys. 37 L1116

    [5]

    Kilper T, van den Donker M N, Carius R, Rech B, Bräuer G, Repmann T 2008 Thin Solid Films 516 4633

    [6]

    van den Donker M N, Schmitz R, Appenzeller W, Rech B, Kessels W M M, van de Sanden M C M 2006 Thin Solid Films 511-512 562

    [7]

    Yamauchi Y, Takatsuka H, Kawamura K, Yamashita N, Fukagawa M, Takeuchi Y 2005 Tech. Rev. Mitsubishi Heavy Ind. 42 1

    [8]

    Sobajima Y, Higuchi T, Chantana J, Toyama T, Sada C, Matsuda A, Okamoto H 2010 Phys. Status Solidi C 7 521

    [9]

    Gao Y T, Zhang X D, Zhao Y, Sun J, Zhu F, Wei C C, Chen F 2006 Chin. Phys. 15 1110

    [10]

    Wronski C R, Collins R W 2004 Sol. Energy 77 877

    [11]

    Lien S Y, Chang Y C, Cho Y S, Chang Y Y, Lee S J 2012 IEEE Trans. Electron Dev. 59 1245

    [12]

    Hou G F, Xue J M, Guo Q C, Sun J, Zhao Y, Geng X H, Li Y G 2007 Chin. Phys. 16 553

    [13]

    Du C C, Wei T C, Chang C H, Lee S L, Liang M W, Huang J R, Wu C H, Shirakura A, Morisawa R, Suzuki T 2012 Thin Solid Films 520 3999

    [14]

    Fukuda Y, Sakuma Y, Fukai C, Fujimura Y, Azuma K, Shirai H 2001 Thin Solid Films 386 256

    [15]

    Zhang X D, Zhao Y, Zhu F, Wei C C, Wu C Y, Gao Y T, Hou G F, Sun J, Geng X H, Xiong S Z 2005 Acta Phys. Sin. 54 445 (in Chinese) [张晓丹, 赵颖, 朱峰, 魏长春, 吴春亚, 高艳涛, 侯国付, 孙建, 耿新华, 熊绍珍 2005 物理学报 54 445]

    [16]

    Feitknecht L, Meier J, Torres P, Zrcher J, Shah A 2002 Sol. Energy Mater. Sol. Cells 74 539

  • [1]

    Shah A V, Meirer J, Vallat-Sauvain E, Wyrsch N, Kroll U, Droz C, Graf U 2003 Sol. Energy Mater. Sol. Cells 78 469

    [2]

    Matsuda A 2004 J. Non-cryst. Solids 338-340 1

    [3]

    Guha S 2004 Sol. Energy 77 887

    [4]

    Guo L, Kondo M, Fukawa M, Saitoh K, Matsuda A 1998 Jpn. J. Appl. Phys. 37 L1116

    [5]

    Kilper T, van den Donker M N, Carius R, Rech B, Bräuer G, Repmann T 2008 Thin Solid Films 516 4633

    [6]

    van den Donker M N, Schmitz R, Appenzeller W, Rech B, Kessels W M M, van de Sanden M C M 2006 Thin Solid Films 511-512 562

    [7]

    Yamauchi Y, Takatsuka H, Kawamura K, Yamashita N, Fukagawa M, Takeuchi Y 2005 Tech. Rev. Mitsubishi Heavy Ind. 42 1

    [8]

    Sobajima Y, Higuchi T, Chantana J, Toyama T, Sada C, Matsuda A, Okamoto H 2010 Phys. Status Solidi C 7 521

    [9]

    Gao Y T, Zhang X D, Zhao Y, Sun J, Zhu F, Wei C C, Chen F 2006 Chin. Phys. 15 1110

    [10]

    Wronski C R, Collins R W 2004 Sol. Energy 77 877

    [11]

    Lien S Y, Chang Y C, Cho Y S, Chang Y Y, Lee S J 2012 IEEE Trans. Electron Dev. 59 1245

    [12]

    Hou G F, Xue J M, Guo Q C, Sun J, Zhao Y, Geng X H, Li Y G 2007 Chin. Phys. 16 553

    [13]

    Du C C, Wei T C, Chang C H, Lee S L, Liang M W, Huang J R, Wu C H, Shirakura A, Morisawa R, Suzuki T 2012 Thin Solid Films 520 3999

    [14]

    Fukuda Y, Sakuma Y, Fukai C, Fujimura Y, Azuma K, Shirai H 2001 Thin Solid Films 386 256

    [15]

    Zhang X D, Zhao Y, Zhu F, Wei C C, Wu C Y, Gao Y T, Hou G F, Sun J, Geng X H, Xiong S Z 2005 Acta Phys. Sin. 54 445 (in Chinese) [张晓丹, 赵颖, 朱峰, 魏长春, 吴春亚, 高艳涛, 侯国付, 孙建, 耿新华, 熊绍珍 2005 物理学报 54 445]

    [16]

    Feitknecht L, Meier J, Torres P, Zrcher J, Shah A 2002 Sol. Energy Mater. Sol. Cells 74 539

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出版历程
  • 收稿日期:  2013-02-01
  • 修回日期:  2013-05-22
  • 刊出日期:  2013-08-05

高速微晶硅薄膜沉积过程中的等离子体稳态研究

  • 1. 南开大学光电子薄膜器件与技术研究所, 光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室, 光电信息技术科学教育部重点实验室, 天津 300071
    基金项目: 

    国家重点基础研究发展计划(批准号: 2011CBA00706, 2011CBA00707)

    国家高技术研究发展计划(批准号: 2013AA050302)

    国家自然科学基金(批准号: 60976051)

    天津市科技支撑计划(批准号: 12ZCZDGX03600)

    天津市重大科技支撑计划(批准号: 11TXSYGX22100)和高等学校博士学科点专项科研基金(20120031110039)资助的课题.

摘要: 通过光发射光谱监测高速沉积微晶硅薄膜过程中I(Hα*)/I(SiH*) 随沉积时间的变化趋势, 分析高速率微晶硅薄膜纵向晶化率逐渐增大的原因. 通过氢稀释梯度法, 即硅烷浓度梯度和氢气流量梯度法来改善材料的纵向均匀性.结果表明: 硅烷浓度梯度法获得的材料晶化率从沉积300 s时的53%增加到沉积600 s时的62%, 相比于传统方式下纵向晶化率从55%到75%的变化有了明显的改善. 在硅烷耗尽的情况下, 增加氢气流量一方面增加了气体总流量, 使得电子碰撞概率增加, 电子温度降低, 从而降低氢气的分解, 抑制SiHx基团的放氢反应, 同时背扩散现象也得到了一定的缓解, 使得I(Hα*)/I(SiH*) 在沉积过程中逐渐增加的趋势有所抑制, 所制备的材料的纵向晶化率在240 s 后维持在53%-60%范围内, 同样改善了薄膜的纵向结构.

English Abstract

参考文献 (16)

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