等離子體輔助鋁誘導納米硅制備多晶硅的分析

等離子體輔助鋁誘導納米硅制備多晶硅的分析以超白玻璃為襯底,利用熱絲化學氣相沉積和磁控濺射法制備了Glass/nc-Si/Al疊層構造,置入管式退火爐中開展等離子體輔助退火。樣品在氫等離子體氛圍下開展了400,425和450℃不同溫度,5h的誘導退火,用光學顯微鏡和拉曼光譜對樣品開展了性能表征。結果說明隨著誘導溫度升高,樣品的Si(111)擇優(yōu)取向越來越顯著;晶粒尺寸不斷增大,在450℃誘導溫度下獲得了最大晶粒尺寸約500μm的連續(xù)性多晶硅薄膜,且該溫度下薄膜晶化率達97%;薄膜的結晶質(zhì)量也隨著溫度的升高而不斷提高。樣品經(jīng)450℃誘導后的載流子濃度p為5.8×1017cm-3,薄膜霍爾遷移率μH為74cm2/Vs。還從氫等離子體鈍化的角度分析了等離子體環(huán)境下鋁誘導納米硅的機理。

基金項目:國家高技術研究發(fā)計劃(863計劃)項目(20**AA03Z219);國家自然科學基金項目(61176062);**高校優(yōu)勢學科建設工程資助項目

多晶硅是由晶面取向各異、大小不同的晶粒聚合而成的晶體硅薄膜,具有與單晶硅類似的優(yōu)異電學性能,其高遷移率可應用于傳感器等光電器件,在液晶顯示、能源科學和微電子技術領域均具有廣泛應用。當多晶硅薄膜應用于太陽能電池時,其晶粒尺寸直接影響薄膜載流子遷移率和薄膜太陽電池的效率[1],因此提高晶粒尺寸和結晶質(zhì)量將是目前研究的重點內(nèi)容。

鋁誘導法制備多晶硅的優(yōu)點是襯底材料選擇性多、晶化溫度低、晶化時間短、生成的多晶硅晶粒尺寸較大,由非晶硅誘導獲得的多晶硅晶粒尺寸最大已優(yōu)化至100淜嬀2-4]。由于多晶硅薄膜的載流子遷移率與晶粒尺寸大小有著直接關系,晶粒尺寸越大,載流子遷移率越高。在前期的研究工作中,將傳統(tǒng)的誘導源非晶硅改變?yōu)榧{米硅,制備出了襯底/納米硅/氧化硅/鋁構造,發(fā)現(xiàn)由納米硅誘導獲得的多晶硅最大晶粒尺寸可提高至400淜嬀5]。

為了進一步提高多晶硅的晶粒尺寸,本文采用等離子體輔助退火的方法來優(yōu)化鋁誘導納米硅的制備工藝。該方法是利用氫等離子體氛圍促進鋁誘導納米硅的晶化進程,獲得晶粒尺寸更大的多晶硅,并結合氫等離子體對薄膜的同步鈍化作用,消除薄膜內(nèi)部的缺陷態(tài),以提高薄膜的結晶質(zhì)量,使得該方法制備的連續(xù)多晶硅薄膜更加適用于進一步的外延和太陽能電池制備。

本文利用等離子體輔助退火工藝對樣品開展了熱處理,當誘導溫度為450度時,多晶硅薄膜最大晶粒尺寸到達500um,并且薄膜已完全連續(xù)化,晶化率到達97%。隨著誘導溫度升高,薄膜的結晶性能也越來越好,溫度越高,薄膜的質(zhì)量越接近單晶硅質(zhì)量。說明等離子體輔助條件下,溫度因素決定了薄膜的晶粒尺寸和結晶性能。同時,氫等離子體對晶粒缺陷態(tài)和懸掛鍵的鈍化效果,對提高薄膜的結晶質(zhì)量起到了至關重要的作用。最后經(jīng)過電學性能測試說明,該法獲得的多晶硅薄膜的霍爾遷移率和載流子濃度范圍均適合用于