衬底温度对微晶硅薄膜沉积与结构特征的影响

采用甚高频等离子体化学气相沉积(VHF-PECVD)技术在不同衬底温度条件下沉积了氢化微晶硅(μc—Si：H)薄膜,并通过光发射谱(OES)测量技术对沉积过程中硅烷(SiH4)等离子体进行了原位监测。结合对样品的沉积速率测量与结构表征,研究了衬底温度对薄膜沉积过程与结构特征的影响。实验结果表明：随着衬底温度的增加,μc—Si：H薄膜结晶体积分数与晶粒的平均尺寸单调增大,而沉积速率则呈现出先增后减的变化。对于当前的沉积系统,优化生长的衬底温度约为210℃,相应的μc-Si：H薄膜沉积速率为0．8nm／s,结晶体积分数与晶粒平均尺寸分别为60％和9nm。     

采用喇曼散射和光热偏转谱法研究微晶硅薄膜结构

采用VHF-PECVD技术制备了不同结构的Si薄膜,用喇曼(Raman)散射光谱和光热偏转谱(PDS)分别对材料的结构进行了研究。结果表明：Si薄膜的结构随温度的升高、功率的增大及H稀释的加大逐渐由非晶转变为微晶,同喇曼谱相比,PDS也可粗略地估计材料结构变化;即使是同一种材料,恒定光电导谱(CPM)和PDS的测试结果是不同的,PDS能更准确地反映材料的实际信息。综合PDS和喇曼谱的测试结果认为,制备出了高质量的微晶Si(μc-Si)薄膜。     

VHF-PFLWD法制备μc-SiGe薄膜的研究

分别以Si2 H6和GeH4及SiH4和GeH4两种组合气体为源气体,用甚高频等离子增强化学气相沉积(VHF-PECVD)制备μc-SiGe薄膜.用Raman散射光谱和原子力显微镜(AFM)对薄膜的结构进行研究.结果表明:与SiH4和GeH4制备的薄膜系列相比,Si2H6和GeH4制备的薄膜中Ge的融入速率相对较慢;用...     

VHF-PECVD制备硅薄膜的光发射谱在线监测研究

用光发射谱(OES)和喇曼散射谱(Raman)研究了VHF-PECVD制备硅薄膜的结构特性。OES测试结果表明：随功率增加,对应各基团峰的强度增大;结合喇曼的测试结果,OES谱得到的结果可以用来定性地表征制备薄膜的晶化程度;纯化器可以降低制备薄膜中的氧含量,Raman测试结果表明相应的晶化率低。     

VHF-PECVD法氢化微晶硅薄膜的低温制备

采用VHF-PECVD方法,以高氢稀释的硅烷为反应气体,低温条件下成功地制备了系列μc-Si∶H薄膜.对薄膜的厚度测量表明:增大激发频率和反应气压能有效提高沉积速率;随着等离子体功率密度的增大,沉积速率呈现出先增后减的变化.薄膜的Raman光谱、XRD及TEM等测试结果表明:提高衬底温度或减小硅烷浓度,可增大薄膜的结晶度和平均晶粒尺寸;等离子体激发频率的增大只影响薄膜的结晶度,并使结晶度出现极大值;薄膜中存在 (111)、(220)和(311)三个择优结晶取向,且各结晶取向的平均晶粒尺寸不同.     

VHF-PECVD法氢化微晶硅薄膜的低温制备

采用VHF-PECVD方法,以高氢稀释的硅烷为反应气体,低温条件下成功地制备了系列μc-Si∶H薄膜.对薄膜的厚度测量表明:增大激发频率和反应气压能有效提高沉积速率;随着等离子体功率密度的增大,沉积速率呈现出先增后减的变化.薄膜的Raman光谱、XRD及TEM等测试结果表明:提高衬底温度或减小硅烷浓度,可增大薄膜的结晶度和平均晶粒尺寸;等离子体激发频率的增大只影响薄膜的结晶度,并使结晶度出现极大值;薄膜中存在 (111)、(220)和(311)三个择优结晶取向,且各结晶取向的平均晶粒尺寸不同.     

微晶硅薄膜制备中等离子体功率的调制作用

对甚高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)法制备氢化微晶硅(μc-Si:H)薄膜中等离子体功率的影响进行了研究.原位光发射谱(OES)监测表明,SiH4等离子体中特征发光峰ISiH、Ihα、Ihβ和IH/ISiH均随等离子体激发功率的增加而增大,并且变化趋势因功率区间的不同而异.由厚度与Raman光谱测量可知,随着等离子体功率的增加,μc-Si:H薄膜的平均晶粒尺寸单调减小,而沉积速率与结晶体积分数则呈现出先增后减的变化,等离子体功率对薄膜的沉积速率与结构特征具有"调制作用".光暗电导率测量进一步得到,μc-Si:H薄膜的电导随等离子体功率增大而减小,暗电导率的变化与之相反,材料的光敏特性在较高功率条件下激剧恶化.研究结果表明,当前的沉积条件下,等离子体功率的优化值界于35～40 W间.     

流量对高速沉积的微晶硅电池性能的影响

采用超高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)技术研究微晶硅(μc-Si)薄膜的高速沉积过程发现:分别采用100和500 sccm流量制备本征μc-Si材料,将其应用在μc-Si电池i层,电池的电流-电压(I-V)特性有明显的差异.通过微区Raman、原子力显微镜(AFM)和X射线衍射(XRD)测试发现:尽管μc-Si薄膜的晶化率相似,但是小流量情况下制备的薄膜具有较厚的非晶孵化层,晶粒尺寸不一;大流量下制备的材料沿生长方向的纵向均匀性相对较好,晶粒尺寸较小、分布均匀,而且具有〈220〉晶相峰强度高于〈111〉和〈311〉晶相峰强度的特点.因此得出:在高压高速沉积μc-Si薄膜过程中,反应气体流量对μc-Si的纵向结构有很大影响,选择适合的反应气流量能够调节适宜的气体滞留时间,从而减小薄膜的纵向不均匀性.     

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%.     

高压高功率VHF-PECVD的微晶硅薄膜高速沉积

采用高压高功率(hphP)甚高频等离子体强强化学气相沉积(VHF-PECVD)法对微晶硅(μc-Si:H)进行高速沉积,在最优沉积条件参数下对hphP和低压低功率(lplP)两组样品沉积速率、光电导、暗电导及光敏性等性能参数进行测试,得到了1.58 nm/s的较高沉积速率、光电性能优秀和更适合薄膜太阳能电池的μc-Si...     

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％．     

1nm/s高速率微晶硅薄膜的制备及其在太阳能电池中的应用

采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术,在相对较高气压和较高功率条件下,制备了不同硅烷浓度的微晶硅材料.材料沉积速率随硅烷浓度的增加而增大,通过对材料的电学特性和结构特性的分析得知:获得了沉积速率超过1 nm/s高速率器件质量级微晶硅薄膜,并且也初步获得了效率达6.3%的高沉积速率微晶硅太阳电池.     

低温高速率沉积非晶硅薄膜及太阳电池

采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)技术,保持沉积温度在125℃制备非晶硅薄膜材料及太阳电池。在85 Pa的低压下以及400～667 Pa的高压下,改变Si H4浓度和辉光功率等沉积参数,对本征a-Si材料的性能进行优化。结果表明,在高压下,合适的Si H4浓度和压力功率比可以使a-Si材料的光电特性得到优化,并且薄膜的沉积速率得到一定程度的提高。采用低压低速和高压高速的沉积条件,在125℃的低温条件下制备出效率为6.7%的单结a-Si电池,高压下本征层a-Si材料的沉积速率由0.06～0.08 nm/s提高到0.17～0.19 nm/s。     

Influence of substrate temperature on the deposition and structural properties of μc-Si: H thin films fabricated with VHF-PECVD

With in situ optical emission spectroscopy (OES) diagnosis on VHF-generated H₂+SiH₄ plasmas, and with the measurements of deposition rate and structure of μc-Si: H thin films fabricated with VHF-PECVD technique at different substracte temperature, influence of substrate temperature on the deposition of μc-Si: H thin film and on its structural properties have been investigated. The results show that with the increase of substrate temperature, the crystalline volume fraction Xc and average grain size d are enhanced monotonously, but the deposition rate increases firstly and then decreases. The optimized substrate temperature for (μc-Si: H thin films deposition under our current growth system is about 210 °C, at which deposition rate 0.8 nm/s of μc-Si: H thin film with Xc?60% and d?9 nm can be obtained.     

Mixed phase silicon thin films grown at high rate using 60 MHz assisted VHF-PECVD technique

Mixed phase amorphous and nanocrystalline silicon (a-Si:H and nc-Si:H) thin films were deposited by VHF-PECVD (60 MHz) using Argon (Ar) as the diluent of silane. These amorphous and crystalline silicon thin films were deposited by varying the argon dilution (f_Ar) from 10–97.5% while keeping other process parameters constant. The effects of argon dilution on deposition rate, structural and optical properties of micro/nanocrystalline silicon thin films are studied. It has been observed that the films deposited from f_Ar 10–70% showed the deposition rate >20 Å/s with the highest deposition rate achieved of ~25 Å/s. Structural characterization has been performed by micro-Raman analysis and Atomic force microscopy. Raman shift towards higher wave number (515 cm⁻¹) with increase of f_Ar indicates variation in crystallinity of silicon films. HRTEM studies revealed the distribution of grain size and the degree of crystallinity. Optical absorption spectroscopy confirmed the increase in band gap of the materials from 1.5 to 2.1 eV.     

Microcrystalline Silicon Materials and Solar Cells Prepared by VHF-PECVD

A series of samples deposited by VHF - PECVD at different pressures were studied. The measurement results of photosensitivity (photo conductivity/dark conductivity) and activation energy indicaten ear the same rule with the change of the pressure. The results measured by Raman scattering spectra, X-ray diffraction and FTIR all proved the evident crystallization of the materials. Treating the p/i interface by hydrogen has a great improving effect on the performance of the microcrystalline silicon (μc-Si) p-i-n solar cells if the treatment time was appropriate. An efficiency of 4.24% for μc-Si p-i-n solar cells deposited by VHF-PECVD was firstly obtained.