VHF-PECVD法制备P型微晶硅锗的研究

以SiH4和GeF4为反应气体,采用甚高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)方法制备了P型微晶硅锗(P-μc-Si1-xGex)薄膜.研究GeF4浓度对P型微晶硅锗材料组分、结构及电学特性的影响.随GeF4浓度的增加,薄膜中的锗含量增加,暗电导和晶化率先增加,后减小;在薄膜厚度为72 nm,GeF4浓度为4%时,得到了电导率达1.68 S/cm,激活能为0.047 eV,晶化率为60%,在长波区域的平均透过率超过0.9的P型微晶硅锗.     

掺杂室沉积本征微晶硅材料及其在太阳能电池中的应用

在掺杂P室采用甚高频等离子体增强化学气相沉积（VHF—PECVD）技术,制备了不同硅烷浓度条件下的本征微晶硅薄膜．对薄膜电学特性和结构特性的测试结果分析表明：随硅烷浓度的增加,材料的光敏性先略微降低后提高,而晶化率的变化趋势与之相反;X射线衍射（xRD）测试表明材料具有（220）择优晶向．在P腔室中用VHF—PECVD方法制备单结微晶硅太阳能电池的i层和p层,其光电转换效率为4．7％,非晶硅／微晶硅叠层电池（底电池的p层和i层在P室沉积）的效率达8．5％．     

掺杂室沉积本征微晶硅材料及其在太阳能电池中的应用

在掺杂P室采用甚高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)技术,制备了不同硅烷浓度条件下的本征微晶硅薄膜.对薄膜电学特性和结构特性的测试结果分析表明:随硅烷浓度的增加,材料的光敏性先略微降低后提高,而晶化率的变化趋势与之相反;X射线衍射(XRD)测试表明材料具有(220)择优晶向.在P腔室中用VHF-PECVD方法制备单结微晶硅太阳能电池的i层和p层,其光电转换效率为4.7%,非晶硅/微晶硅叠层电池(底电池的p层和i层在P室沉积)的效率达8.5%.     

非晶硅薄膜激光晶化及其结构分析

以射频(频率为13.6MHz)磁控溅射系统制备的非晶硅薄膜为前驱物,采用激光晶化技术实现从非晶硅薄膜到纳米晶硅薄膜的相变过程。采用拉曼光谱仪和高分辨透射电镜对激光晶化薄膜的组织结构进行了研究。结果表明:薄膜由非晶硅结构转变为微晶硅结构,微晶硅晶粒尺寸在纳米级。激光晶化存在一个最佳工艺参数,功率太高或太低都不利于晶化。     

底栅微晶硅薄膜晶体管

对底栅微晶硅TFT的微晶硅材料生长孵化层问题进行了详细讨论,发现低硅烷浓度是减薄该层厚度的有效途径.同时又发现,以SiNx为栅绝缘层的底栅TFT,对随后生长的硅基薄膜有促进晶化的作用(约20%).沉积底栅TFT的微晶硅有源层时,必须计入该影响.因此为了获得良好的I-V特性,选用的硅烷浓度不宜低于3%.由硅基薄膜晶化体积比与系列沉积工艺条件关系和TFT所得薄膜晶化体积比的对比,可清晰证实SiNx对晶化的促进作用.     

底栅微晶硅薄膜晶体管

对底栅微晶硅TFT的微晶硅材料生长孵化层问题进行了详细讨论,发现低硅烷浓度是减薄该层厚度的有效途径.同时又发现,以SiNx为栅绝缘层的底栅TFT,对随后生长的硅基薄膜有促进晶化的作用(约20%).沉积底栅TFT的微晶硅有源层时,必须计入该影响.因此为了获得良好的I-V特性,选用的硅烷浓度不宜低于3%.由硅基薄膜晶化体积比与系列沉积工艺条件关系和TFT所得薄膜晶化体积比的对比,可清晰证实SiNx对晶化的促进作用.     

微晶硅薄膜微结构对稳定性的影响

实验研究了不同晶化率的微晶硅（μc-Si）薄膜的光衰退现象,提出了制备高稳定性硅薄膜太阳电池材料选取方案。研究结果表明,μc-Si中的非晶硅（a-Si）组分是导致光衰退的主要原因,晶化率越高,材料越稳定;过渡区靠近μc-Si材料区域的μc-Si材料,由于具有更好的稳定性和光敏特性,适于制备μc-Si太阳能电池;过渡区附...     

薄起始层的VHF PECVD底栅微晶硅薄膜晶体管

对微晶硅薄膜晶体管,尤其对底栅型晶体管,在衬底和晶化层间存在一层非晶相起始层,这将严重影响器件性能.文中采用降低硅烷浓度的方法简便有效地减薄了用超高频化学气相法直接沉积的微晶硅薄膜起始层的厚度,得到起始层厚度小于20nm的微晶硅薄膜.在硅烷浓度为2%的条件下采用四版工艺制备了具有Al/SiNx/μc-Si/n+-μc-Si/Al结构的底栅微晶硅TFT,其开关比(Ion/Ioff)达到106,场效应迁移率为0.7cm2/(V·s),阈值电压为5V左右.     

硅烷浓度对本征微晶硅材料的影响

利用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术沉积微晶硅材料.随硅烷浓度的降低,材料晶化率增加,材料的光学带隙在1.5～1.65eV之间,材料的电导率先增加后减小.采用光发射谱测量技术对辉光进行在线测量,研究沉积条件对VHF等离子体和微晶硅材料特性的影响.实验表明,等离子中的SiH 和H α对微晶硅材料特性有重要的影响,硅烷浓度为2%～4%时,等离子体中H α/SiH 的比值处于0.6～0.9,可以得到晶化率在40%～55%的微晶硅材料.     

YAG激光晶化多晶硅

报道了采用YAG脉冲激光器对硅基薄膜进行晶化制备多晶硅的实验结果，其中主要针对以PECVD法制备的不同硅基薄膜（如非晶硅和微晶硅）为晶化前驱物，以及对激光能量的利用等问题进行了分析研究．实验发现，晶化需要基本的阈值能量流密度，而晶化硅基前驱物材料的结构，是决定此阈值的关键．延迟降温速率对激光晶化是一种较为有效的手段，并对所得的初步结果进行了讨论．     

p型微晶硅薄膜的沉积及其在微晶硅薄膜太阳电池中的应用

采用等离子体化学气相沉积（PECVD）方法制备了硼掺杂微晶硅薄膜和微晶硅薄膜太阳电池.研究了乙硼烷含量、p型膜厚度及沉积温度对硼掺杂薄膜生长特性和高沉积速率的电池性能的影响.通过对p型微晶硅薄膜沉积参数的优化,在本征层沉积速率为0.78nm/s的高沉积速率下,制备了效率为5.5%的单结微晶硅薄膜太阳电池.另外,对p型微晶硅薄膜的载流子疏输运机理进行了讨论.     

硼掺杂比对p型微晶硅薄膜生长特性的影响

采用射频等离子体增强化学气相沉积法制备了硼不同掺杂比系列的p型微晶硅薄膜。采用光发射谱仪对薄膜的沉积过程进行了原位表征,采用喇曼光谱和椭圆偏振光谱仪对薄膜的结构及性能进行了分析。结果表明:随着硼掺杂比的增加,SiH*,Hα和Hβ的发射峰强度都呈现出先快速减小然后达到稳定状态的特点。在硼小剂量掺杂时,硼的催化作用促进了薄膜的晶化;但是随着硼掺杂比的进一步增加,薄膜的晶化率下降。在薄膜生长过程中,薄膜的沉积速率和生长指数β均随掺杂比的增加而增加,这主要是因为硼不仅促进了薄膜生长还加速了薄膜的粗糙化。     

硅烷浓度对本征微晶硅材料的影响

利用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术沉积微晶硅材料.随硅烷浓度的降低,材料晶化率增加,材料的光学带隙在1.5～1.65eV之间,材料的电导率先增加后减小.采用光发射谱测量技术对辉光进行在线测量,研究沉积条件对VHF等离子体和微晶硅材料特性的影响.实验表明,等离子中的SiH*和H*α对微晶硅材料特性有重要的影响,硅烷浓度为2%～4%时,等离子体中H*α/SiH*的比值处于0.6～0.9,可以得到晶化率在40%～55%的微晶硅材料.     

N-I-P 单结微晶硅太阳电池中N/I 与 I/P界面缓冲层的研究与优化

采用高压RF-PECVD技术制备了本征微晶硅薄膜和n-i-p结构微晶硅太阳电池。详细研究了n-i-p微晶硅太阳电池中n/i 和 i/p 缓冲层对太阳电池性能的影响。实验结果表明,提高n/i 界面晶化率以及在i/p 界面加入非晶缓冲层均有利于太阳电池性能的提高。通过优化界面缓冲层,微晶硅单结电池和非晶硅/微晶硅叠层电池的性能得到大幅度提高。     

微晶硅材料及其薄膜晶体管的研究

本文在微晶硅材料性能研究的基础上制备了微晶硅薄膜晶体管(TFT).发现微晶硅的柱状生长模式会导致其结构和电学性能的不均匀性.由于材料的柱状生长模式使得其晶化百分比、晶粒尺寸和暗电导受到薄膜厚度的调制.平行于衬底和垂直于衬底方向的电导率随着材料沉积条件的变化呈现出不同的变化规律,后者始终保持在 10-6 s/an～10-5 s/cm 量级.确定了用于 TFT 有源层的微晶硅薄膜沉积条件中的硅烷浓度应高于 2%,晶化百分比应为40%～50%左右.制备的微晶硅 TFT 器件具有良好的稳定性,开态电流的衰退和阈值电压的漂移分别为 25%和1 Ⅴ,进而还发现了一种新颖的自恢复现象.     

p型微晶硅薄膜的沉积及其在微晶硅薄膜太阳电池中的应用

采用等离子体化学气相沉积(PECVD)方法制备了硼掺杂微晶硅薄膜和微晶硅薄膜太阳电池.研究了乙硼烷含量、p型膜厚度及沉积温度对硼掺杂薄膜生长特性和高沉积速率的电池性能的影响.通过对p型微晶硅薄膜沉积参数的优化,在本征层沉积速率为0.78nm/s的高沉积速率下,制备了效率为5.5%的单结微晶硅薄膜太阳电池.另外,对P型微晶硅薄膜的载流子疏输运机理进行了讨论.     

提高深度剖析拉曼光谱的纵向分辨能力

使用适当似从理论上给出了共焦显微拉曼光谱仪的纵向仪器响应函数，针对相对薄（几个μm)的样品（诸如半导体薄膜材料）给出了一个简化的卷积模型，利用共焦显微拉曼光谱的深度剖析方法，研究了激光晶化后的非晶硅薄膜，并利用反卷积算法，提高了对薄膜纵向结构的分辨能力，发现了激光晶化产生的纳米微晶硅仅位于薄膜中间。     

VHF-PECVD制备微晶硅材料及电池

采用VHF-PECVD技术制备了不同功率系列的微晶硅薄膜和电池,测试结果表明：制备的适用于微晶硅电池的有源层材料的暗电导和光敏性都在电池要求的参数范围内．低功率或高功率条件下,电池从n和p方向的喇曼测试结果是不同的,在晶化率方面材料和电池也有很大的差别,把相应的材料应用于电池上时,这一点很重要．采用VHFPECVD技术制备的微晶硅电池效率为5%,Voc=0.45V,Jsc=22mA/cm2,FF=50%,Area=0.253cm2．     

P-nc-si:H薄膜材料及在微晶硅薄膜太阳电池上应用

对RF PECVD技术沉积p nc Si:H薄膜材料进行了研究。随着功率的增大材料的晶化率增大。B的掺杂可以提高材料的电导率,同时会抑制材料的晶化,在纳米Si薄膜材料中B的掺杂效率很高,少量的B即可获得高的电导率,而对材料晶化影响不大。用比较高沉积功率和少量B的方法获得了高电导率、宽光学带隙和高晶化率的P型纳米Si薄膜材料(σ=0.7S/cm,Eopt>2.0eV)。将这种材料应用于微晶硅(μc Si)薄膜太阳能电池中,电池结构为:glass/SnO2/ZnO/p nc Si:H/I μC Si:H/n Si:H。首次获得效率η=4.2%的μC Si薄膜太阳能电池(Voc=0.399V,Jsc=20.56mA/cm2,FF=51.6%)。     

Ni金属诱导晶化非晶硅(a-Si:H)薄膜

对在氢化非晶硅薄膜（a-Si：H）上溅射金属Ni的样品进行金属诱导晶化（MIC）／金属诱导横向晶化（MILC），制备多晶硅薄膜（p-Si）的上艺及薄膜特性进行了研究。XRD测最结果表明非晶硅在500℃退火1h后就已经全部晶化。金属诱导晶化的优选晶向为（220）．而且晶粒随退火时间的延长而长大。非晶硅薄膜样品500℃下退火6h后的扫描电镜照片显示，原金属镍覆盖区非晶硅全部晶化．晶粒均匀．平均晶粒大小约为0．3μm，而且已经发生横向晶化。EDS测试Ni在晶化的非晶硅薄膜中的原子百分含量分析表明，金属Ni在MILC过程中的作用只是催化晶化．除了少量残留在MILC多晶硅中外．其余的Ni原子都迁移至晶化的前沿。500℃下退火20h后样品的Raman测试结果也表明．金属离子向周边薄膜扩散．横向晶化了非晶硅薄膜。