磁控溅射沉积氢化非晶硅薄膜及结晶过程研究.pdf

摘要论文题目:磁控溅射沉积氢化非晶硅薄膜及其结晶过程的研究学科专业:材料学研究生:苗启林指导教师:蒋百灵教授摘要签名: 签名: 非晶硅薄膜广泛应用在太阳能电池的生产中,但因为其光电转换效率低,且会出现光致退现象;所以关于非晶硅改性研究得到普遍的重视,本文采用磁控溅射沉积氢化非晶硅薄膜,通过X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、Langmuir探针、,研究了氢分压和溅射功率对Ar-Si系等离子体、硅薄膜结构和性能以及其退火晶化结构和性能的影响。研究结果表明:随着氢分压的增大,气体压强增加,使得气体分子间的碰撞几率增大, 导致离子密度和离子流通量均增大:沉积得到氢化非晶硅薄膜,在其非晶结构中弥散分布着少量的纳米晶颗粒,降低了缺陷密度,从而降低了薄膜的光透过率;氢化非晶硅薄膜退火后结构转变为微晶态,平均晶粒尺寸为5~8nm;晶化率为75~83%;可见光透过率大幅度降低。随着溅射功率的增大,离子密度和离子流通量增加,轰击靶材的离子能量增大,所以溅射出的靶材原子在基体上能够更充分的扩散,使得非晶硅薄膜组织中的纳米晶比例增大,相同退火温度下需要晶化的时间随之减少,晶粒尺寸和晶化率随之增大;当直流溅射功率为1190W时,沉积的非晶硅退火10min后转变为微晶结构,平均晶粒尺寸为8nm, 晶化率为77%。与相同功率的直流溅射对比,射频溅射是离子和电子交替轰击靶材,使得溅射出的部分靶材原子动能较小,不足以输运至基体,导致沉积速率较小;但是低的沉积速率导致到原子能够充分扩散,增加了非晶硅薄膜组织中的纳米晶比例,所以相同退火温度下需要的晶化时间短,得到的微晶硅薄膜晶粒尺寸和晶化率较高,可见光光透过率小。在靶基距为90mm时,基体表面的离子密度处于峰值,由于基片偏压的作用,使得基体也会承受大量高能离子的轰击,产生反溅射作用,使得硅薄膜的沉积速率降低;但是低的沉积速率有利于硅薄膜的晶化,使得非晶硅薄膜退火20min后转化为非晶态,,晶化率为79%。关键词:磁控溅射:非晶硅薄膜;退火晶化;晶化率;晶粒尺寸西安理工大学硕士学位论 Abstract Title: STUDY OF RON SPUTTERING DEPOSlTED l| AMORPHOUS SILICON FIU啊AND ITS CRYSTALLIZATION PROCESS Major:MATERIAL SCIENCE Name:Qilin MlAO Supervisor: JIANG Abstract Signature:仅j厶^.凰衲仪,厶^./W娴 Signature:笆五型 Amorphous silicon film has been wildly used inproduction ofsolar itslow photoelectric transformmion efnciency and recession have made study of improvement of itsmicrostructure andproperties one key topic this paper wedepositedamorphous siliconfilmsby DC and ron sputtering(MS),through XRD,TEM,Langmuir probe andUVⅣISspectrophotometer we studied theeffect ofH2and sputteringpower on Ar-Si plasma,structure change ofthefilmsand structure andproperties of thefilms afterannealing. nle results show that,with theincrement ofH2pressure,thegaspressureincreased,and made more collision OCCuramong thegas particles,led tothegrowth oftheirondensityand flux;hydrogenatedamorphous siliconfilms wereobtained,and somenanocrystalsinlayed on theamorphous silicon structure which reduced the flaw density;caused decrement offilms’ l