利用x射线小角散射技术研究微晶硅薄膜的微结构

周炳卿; 刘丰珍; 朱美芳; 谷锦华; 周玉琴; 刘金龙; 董宝中; 李国华; 丁  琨

doi:10.7498/aps.54.2172

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摘要
采用x射线小角散射（SAXS）技术研究了由射频等离子体增强化学气相沉积（rf-PECVD）、热丝化学气相沉积(HWCVD)和等离子体助热丝化学气相沉积(PE-HWCVD)技术制备的微晶硅（ μc-Si:H）薄膜的微结构.实验发现，在相同晶态比的情况下，PECVD沉积的μc-Si:H薄膜微空洞体积比小，结构较致密，HWCVD沉积的μ-Si:H薄膜微空洞体积比大，结构较为疏松，PE -HWCVD沉积的μc-Si:H薄膜，由于等离子体的敲打作用，与HWCVD样品相比，微结构得到明显改善.采用HWCVD二步法和PE-HWCVD加适量Ar离子分别沉积μc-Si:H薄膜，实验表明，微结构参数得到了进一步改善.45°倾角的SAXS测量显示，不同方法制备的μc-Si:H薄膜中微空洞分布都呈各向异性.红外光谱测量也证实了SAXS的结果.

关键词:
微晶硅薄膜 /

微结构 /

微空洞 /

x射线小角散射
Abstract
The microstructures of hydrogenated microcrystalline silicon (μc-Si:H) thin fil ms, prepared by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), hot wire CVD( HWCVD) and plasma assisted HWCVD (PE-HWCVD), have been analyzed by the small ang le x_ray scattering(SAXS) measurement. The SAXS data show that the microstructur es of the μc-Si:H films display different characteristics for different deposit ion techniques. For films deposited by PECVD, the volume fraction of micro-voids and mean size are smaller than those in HWCVD sample. Aided by suitable ion-bom bardment, PE-HWCVD samples show a more compact structure than the HWCVD sample. The microstructure parameters of the μc-Si:H thin films deposited by two-steps HWCVD and PE-HWCVD with Ar ions are evidently improved. The result of 45° tilti ng SAXS measurement indicates that the distribution of micro-voids in the film i s anisotropic. The Fouriertransform infrared spectra confirm the SAXS data.

Keywords:
hydrogenated microcrystalline silicon thin film /

microstructure /

micro-voids /

sm all-angle x-ray scattering
作者及机构信息
周炳卿⁴,

刘丰珍³,

朱美芳³,

谷锦华³,

周玉琴³,

刘金龙³,

董宝中²,

李国华¹,

丁琨¹

(1)中国科学院半导体研究所，北京 100083; (2)中国科学院高能物理研究所北京同步辐射实验室，北京 100039; (3)中国科学院研究生院物理系，北京 100039; (4)中国科学院研究生院物理系，北京 100039;内蒙古师范大学物理系，呼和浩特 010022

基金项目: 国家基础发展规划（973）项目基金（批准号：G2000028208）和中国科学院高能物理研究所北京同步辐射实验室资助的课题.
Authors and contacts
Zhou Bing-Qing⁴,

Liu Feng-Zhen³,

Zhu Mei-Fang³,

Gu Jin-Hua³,

Zhou Yu-Qin³,

Liu Jin-Long³,

Dong Bao-Zhong²,

Li Guo-Hua¹,

Ding Kun¹

(1)中国科学院半导体研究所，北京 100083; (2)中国科学院高能物理研究所北京同步辐射实验室，北京 100039; (3)中国科学院研究生院物理系，北京 100039; (4)中国科学院研究生院物理系，北京 100039;内蒙古师范大学物理系，呼和浩特 010022
参考文献

施引文献

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[4]	胡衡, 胡晓君, 白博文, 陈小虎. 退火时间对硼掺杂纳米金刚石薄膜微结构和电化学性能的影响. 物理学报, 2012, 61(14): 148101. doi: 10.7498/aps.61.148101
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[12]	韩晓艳, 耿新华, 侯国付, 张晓丹, 李贵君, 袁育杰, 魏长春, 孙建, 张德坤, 赵颖. 高速沉积微晶硅薄膜光发射谱的研究. 物理学报, 2009, 58(2): 1344-1347. doi: 10.7498/aps.58.1344
[13]	谷锦华, 丁艳丽, 杨仕娥, 郜小勇, 陈永生, 卢景霄. 椭圆偏振技术研究VHF-PECVD高速沉积微晶硅薄膜的异常标度行为. 物理学报, 2009, 58(6): 4123-4127. doi: 10.7498/aps.58.4123
[14]	郭学军, 卢景霄, 陈永生, 张庆丰, 文书堂, 郑文, 申陈海, 陈庆东. 甚高频高速沉积微晶硅薄膜的研究. 物理学报, 2008, 57(9): 6002-6006. doi: 10.7498/aps.57.6002
[15]	袁育杰, 侯国付, 薛俊明, 韩晓艳, 刘云周, 杨兴云, 刘丽杰, 董培, 赵颖, 耿新华. 微晶硅n-i-p太阳电池中n型掺杂层对本征层结构特性的影响. 物理学报, 2008, 57(6): 3892-3897. doi: 10.7498/aps.57.3892
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利用x射线小角散射技术研究微晶硅薄膜的微结构

1. (1)中国科学院半导体研究所，北京 100083; (2)中国科学院高能物理研究所北京同步辐射实验室，北京 100039; (3)中国科学院研究生院物理系，北京 100039; (4)中国科学院研究生院物理系，北京 100039;内蒙古师范大学物理系，呼和浩特 010022

基金项目: 国家基础发展规划（973）项目基金（批准号：G2000028208）和中国科学院高能物理研究所北京同步辐射实验室资助的课题.

收稿日期: 2004-08-10

修回日期: 2004-09-16

刊出日期: 2005-05-10

摘要: 采用x射线小角散射（SAXS）技术研究了由射频等离子体增强化学气相沉积（rf-PECVD）、热丝化学气相沉积(HWCVD)和等离子体助热丝化学气相沉积(PE-HWCVD)技术制备的微晶硅（ μc-Si:H）薄膜的微结构.实验发现，在相同晶态比的情况下，PECVD沉积的μc-Si:H薄膜微空洞体积比小，结构较致密，HWCVD沉积的μ-Si:H薄膜微空洞体积比大，结构较为疏松，PE -HWCVD沉积的μc-Si:H薄膜，由于等离子体的敲打作用，与HWCVD样品相比，微结构得到明显改善.采用HWCVD二步法和PE-HWCVD加适量Ar离子分别沉积μc-Si:H薄膜，实验表明，微结构参数得到了进一步改善.45°倾角的SAXS测量显示，不同方法制备的μc-Si:H薄膜中微空洞分布都呈各向异性.红外光谱测量也证实了SAXS的结果.

关键词:

The microstructure of hydrogenated microcrystalline silicon thin films studied by small-angle x-ray scattering

1.
(1)中国科学院半导体研究所，北京 100083; (2)中国科学院高能物理研究所北京同步辐射实验室，北京 100039; (3)中国科学院研究生院物理系，北京 100039; (4)中国科学院研究生院物理系，北京 100039;内蒙古师范大学物理系，呼和浩特 010022

Received Date: 10 August 2004

Accepted Date: 16 September 2004

Published Online: 10 May 2005

Abstract: The microstructures of hydrogenated microcrystalline silicon (μc-Si:H) thin fil ms, prepared by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), hot wire CVD( HWCVD) and plasma assisted HWCVD (PE-HWCVD), have been analyzed by the small ang le x_ray scattering(SAXS) measurement. The SAXS data show that the microstructur es of the μc-Si:H films display different characteristics for different deposit ion techniques. For films deposited by PECVD, the volume fraction of micro-voids and mean size are smaller than those in HWCVD sample. Aided by suitable ion-bom bardment, PE-HWCVD samples show a more compact structure than the HWCVD sample. The microstructure parameters of the μc-Si:H thin films deposited by two-steps HWCVD and PE-HWCVD with Ar ions are evidently improved. The result of 45° tilti ng SAXS measurement indicates that the distribution of micro-voids in the film i s anisotropic. The Fouriertransform infrared spectra confirm the SAXS data.

Keywords:

hydrogenated microcrystalline silicon thin film /
microstructure /
micro-voids /
sm all-angle x-ray scattering

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