【正文】 09 屆本科畢業(yè)設計 (論文 )外文 文獻翻譯 學 院： 物理與電子工程學院 專 業(yè)： 光電信息工程 姓 名： 徐 馳 學 號： Y05209222 外文出處： Surface amp。 Coatings Technology 214（ 2020） 131137 附 件： ； 。 (用外文寫 ) 附件 1：外文資料翻譯譯文 氣體溫度通過 PECVD 沉積對 Si： H 薄膜的結構和光電性能的影響 摘要 氣體溫度的影響（ TG）在等離子體增強化學氣相沉積法（ PECVD）生長的薄膜的結構和光電特性： H 薄膜已使用多種表征技術研究。氣體的溫度被確定為制備工藝的優(yōu)化、結構和光電薄膜的性能改進的一個重要參數。薄膜的結構性能進行了研究使用原子力顯微鏡（ AFM），傅立葉變換紅外光譜（ FTIR），拉曼光譜，和電子自旋共振（ ESR）。此外，光譜橢偏 儀（ SE），在紫外線 – 可見光區(qū)域的光傳輸的測量和電氣測量被用來研究的薄膜的光學和電學性能。它被發(fā)現在 Tg 的變化可以修改的表面粗糙度，非晶網絡秩序，氫鍵模式和薄膜的密度，并最終提高光學和電學性能。 等離子體增強化學氣相沉積法（ PECVD）是氫化非晶硅薄膜制備一種技術 ， 具有廣泛的實際應用的重要材料。它是用于太陽能電池生產，在夜視系統紅外探測器，和薄膜晶體管的平板顯示裝置。所有這些應用都是基于其良好的電氣和光學特性以及與半導體技術兼容。然而， 根據 aSi 的性質 ， PECVD 制備 H薄膜 需要 敏感的沉積條件，如襯底 溫度，功率密度，氣體流量和壓力。許多努力 已經花在制備 高品質的薄膜具有較低的缺陷密度和較高的結構穩(wěn)定性 的 H薄膜。眾所周知，襯底溫度的強烈影響的自由基擴散的生長表面上，從而導致這些自由基更容易定位 在 最佳生長區(qū)。因此，襯底溫度一直是研究最多的沉積參數。至于溫度參數在 PECVD 工藝而言，除了襯底溫度，氣體溫度（ Tg）美聯儲在 PECVD 反應室在輝光放電是定制的 aSi 的性能參數： H 薄膜的新工藝。事實上， TG PECVD 系統的變化可以影響等離子體的能量在輝光放電，并最終改變了薄膜的性能。根據 馬丁呂 ，當薄膜制作接近前后顆 粒的形成機制在 aSi∶ H 薄膜，薄膜性能對 TG 的相關性比襯底溫度更為顯著。然而，大多數的研究到目前為止只集中在襯底溫度的影響。在我們以前的研究中，我們報道的氣體溫度對磷的結構演化的影響摻雜的 aSi∶ H薄膜的拉曼光譜。結果表明，存在的無定形網絡逐步有序，在不久的表面和內部的 Tg 增加區(qū)域，導致更高質量的 aSi∶ H薄膜。但是進一步的調查在 TG的影響的結構和光電特性： H 薄膜還沒做好，這正是本文的目的。 在這項研究中，用不同的氣體溫度的 PECVD 沉積薄膜。使用多種表征技術研究了薄膜的性能，包括原子力顯微鏡（ AFM），傅立葉變換紅外光譜（ FTIR），拉曼光譜，電子自旋共振（ ESR），光譜橢偏儀（ SE），在紫外線 – 可見區(qū)和電氣測量的光學傳輸的測量。 樣品的制備 用純硅烷 PECVD 方法制備的 aSi:H薄膜 ： 我們的 PECVD 系統配備了一個平行板電極，如圖 1所示 :兩個電極和分離的面積為 220 平方厘米和 2厘米 ,分別為 兆赫的頻率和100 MW／ cm2 功率密度應用于上電極和下電極接地。 PECVD 系統是在一個給定的 4 小時在反應室達到平衡溫度舉行。嚴格按照以下標準的程序 ,所有的襯底進行清洗，以確保沉積襯底和薄膜之間的附著力好之前。在洗滌劑溶液清洗后的襯底上，立即受到酒精的超聲波清洗，序列中的丙酮和去離子水 10 分鐘。基板被固定在樣品架，上面的等離子區(qū)，避免不良大顆粒污染。基板的熱源來自上層加熱單元（鎢絲）的沉積過程中。氣體的熱源加熱帶和較低的加熱單元（鎢絲）。下加熱單元作為保溫。值得一提的是，在我們的情況下，氣體的溫度是名義上的，因為它不是直接測量。 SiH4 氣體總流量為 40 sccm（標準立方厘米每分鐘）在所有的沉積。沉積壓力為 60 Pa 的所有樣品的制備 ， 襯底溫度固定在 250176。 C。 分 析了鍵合形成的 aSi∶ H 薄膜，布魯克張量 27 傅立葉變換紅外光譜（ FTIR）裝置是在室溫下進行，并在環(huán)境濕度控制在一個較低的水平（相對濕度 70%）。拉曼光譜，在后向散射的幾何形狀，使用 JYHR800 光譜儀進行的，是用來對短程和中程尺度的非晶硅網絡秩序的變化研究。入射激光功率低于 m W 和梁的失焦的在一個直徑 2μ m 減少由于激光照射，從而提高測量精度的加熱效果一圈。 ESR 測量是在配備 BRUKER ESP4105 光譜儀雙腔溫度的房間里進行的，這與 20 兆瓦的微波功率操作 相同 。原子力顯微鏡（ SPA400）使用硅 懸臂在輕敲模式圖像獲得。此外，薄膜的質量密度采用浮選法測量。 在光的分析，我們認為是介電函數ε （ Ε） aSi∶ H薄膜采用 SE測量。由于硒是一種間接的方法，該ε（Ε）通過使用點對 se850 光譜橢偏儀數據反演程序計算了樣品的光譜（ψ，△），在ψ表示該偏振光平行和垂直于入射平面的反射系數的振幅比，和△是兩個組件之間的相移。為了計算ε（Ε） aSi∶ H薄膜，適當的建立 光 模型。在我們的例子中，光學模型由環(huán)境 /表面粗糙層 /散層 /襯底（ K9 玻璃）。表面粗糙度層被建模為 50%的 aSi的混合物： H（或體層的 aSi）使用布魯格曼有效介質近似（ EMA）和 50%的空隙。在測量過程中，最適合采用最小均方誤差函數的實現。在紫外 – 可見光區(qū)域的光傳輸的測量使用島津 U v1700紫外可見分光光度計進行 的 。 暗電導率σ（ T）的薄膜，使用 Keithley 4200 半導體特性測試系統在 V /我配置的輸入阻抗大于 105Ω測量。使用 especesl02ka 高低溫試驗箱的溫度穩(wěn)定性小于 177。176。 C測定的暗電導率的溫度依賴性 。 圖 1 PECVD 的 系統結構示意圖。 aSi:H 薄膜的結構特性 通過 AFM觀察 aSi 的形態(tài)特性的信息： H薄膜可以提取。在我們的例子中，掃描是在1 M x 1 M 地區(qū)μμ與輕敲模式進行。在圖 2 中，我們提出的三維原子力顯微鏡圖像的樣品沉積分別在 TG的室溫（ RT）， 80176。 C， 130176。 C和 160176。 C。這是在圖 2 中的地形， 有 一個明顯的趨勢。當 TG 是設置在 RT，塊的橫向尺寸比其他三個樣品大得多。 TG = RT 的 AFM圖像具有最大的表面粗糙度均方根（ RMS）為 nm 的表面粗糙度。順序從 納米到 納米的 RMS 值降低 ， TG 增加 80176。 C ， 160176。 C薄膜的生長要經過兩個階段的不同， 島上生長和聚結。根據德雷維倫和同事 觀察， 在發(fā)生合并 時 表面粗糙度基本不變的 ， 薄膜繼續(xù)增長時間。 因此 TG 修改表面粗糙度的差異歸因于不同的成核位點。 ESR是其中的幾個實驗，給出關于缺陷 [ 10 ]的結構信息。圖 3給出了歸一化的 ESR光譜的一階導數： H薄膜沉積在不同的 Tg。電子自旋密度（ NS）和 g因子中的插圖所示?？梢钥闯?， G值的所有 aSi∶ H薄膜的近 。理論計算和實驗證據表明， g 值來源于懸掛鍵在無定形網絡 [ 11 ]，而不是五倍協調的硅原子，也被稱為浮動債券。如圖所示，從 NS 1017 厘米 ?3 到 1016 厘米 ?3 Tg的增加從室溫到 160176。它表明，Tg 的增加，可以減少硅的懸空鍵： H薄膜在很大程度上。 拉曼散射已被廣泛用于估計網絡結構由于其強度在固體結構紊亂敏感的演變。在圖的插圖所示，矽拉曼光譜： H薄膜由幾個振動模式。在約 150厘米 ?1 帶，橫向聲相關（ TA）的振動模式，是二面角波動的密度成比例，反映了中程有序（ MRO）的無定形網絡 [ 12 ]。的聲子的帶在約ω = 480 厘米 ?1的根均方鍵角變化敏感Δθ [ 13 ]。將帶向更高的頻率的位置和峰寬的減少（Γ到）和短程有序 的增加相一致（ SRO）。此外，一些計算的研究表明，Γ和 SRO 的關系可以量化?；谶B續(xù)隨機網絡模型， Beeman 等人。已獲得的線性關系Γ = 15 + 6Δθ，這是經常使用的實驗拉曼光譜測量確定Δθ [ 14 ]。的縱向聲波帶的存在（ LA）在 300厘米 ?1和縱光學（ LO）樂隊的存在，在 410 厘米 ?1薄膜中的缺陷相關的協調，和更多的缺陷，只有 / ITO 和 ILO／ ITO 比 [ 15 ]的較大的值，在那里我站對相應的振動模式的積分強度。在ω 2LA = 610 厘米 ?1和ω 2 = 960 厘米 ?1 峰是主要的 aSiω La色彩和 主要的aSiω，分別為 [ 16 ]。在我們的例子中，拉曼數據之間的 1和 1000 厘米 600 厘米 ??1不分析由于色彩重疊。 aSi： H拉曼光譜： H薄膜沉積在不同的溫度如圖 4所示?？梢钥闯?，所有的薄膜的研究具有典型的拉曼光譜特征，即，在約 480厘米 ?1峰寬。的峰值位置轉移到 ?1 的 Tg的增加，但仍處于無序區(qū)。另一方面， ?1 減少Γ。這一結果表明，氣體溫度的增加導致的 SrO aSi 的改進： H薄膜的結晶，但不。此外，據報道，ω的轉變還取決于薄膜的內在應力 [ 17 ]。根據變化的Γ，Δθ已估計 定量描述 SrO的變化。 圖 3 aSi衍生的 ESR 譜： H 薄膜沉積在不同的 Tg，在嵌入數據對應的從上到下的 TG = RT，176。 C 80， C 130176。，和 160176。 C.。 圖 4 拉曼光譜 Si： H 薄膜沉積在不同的溫度；插圖是一個典型的拉曼光譜： H 薄膜及 其高斯反褶積。 圖 2 aSi 的三維的 AFM 圖像： H 薄膜沉積在不同的 Tg。（一） RT， RMS 值為 nm， D = nm；（ b） 80176。 C， RMS 值為 nm， D = nm；（ C） 130176。 C， RMS 值為 nm， D = nm；和（ D） 160176。 C， RMS值為 nm， a nm。厚度 d是從測量得到的。 如表 1所示，有一個減少在Δθ值從 到 與 TG的增加。備有等人。 [ 18 ]表明，通過測量載流子壽命，它有可能涉及缺陷的 aSi 的濃度的Δθ NS： H的變化。如圖5所示，Δθ和 NS之間存在明顯的正相關關系。我們推測，當較大的鍵角發(fā)生偏差，缺陷的形成是提高穩(wěn)定性和降低非晶網絡的應變能量需要。正如上面提到的，更多的缺陷，非晶網絡中產生的薄膜，較大的兩個 ILA / ITO 和 ILO／ ITO從拉曼測量。然而，有趣的是，只有 / ITO 的變化是在我們的實驗中，對國際勞工組織 / ITO。如表 1所示，從 RT TG 增加到 160個176。 C / ITO 下降 厘米 ?1，國際勞工組織 / ITO 增加 厘米 ?1。上述行為異常，確切的原因目前尚不清楚，有待進一步研究。最后，強度比 ITA / ITO 下降 厘米 ?1 Tg 的增加從室溫到 160176。 C，這是指示性的 MRO 的改進。最近， R. L. 的計算。 [ 19 ]利用 1000 原子結構表明，在某種程度上， ITA / ITO取決于Δθ這與 SrO，還有 ITA / ITO 和Δθ近似為線性關系。但是在我們的實驗 中 這種線性關系不明顯，如圖5所示。 氫氣在 aSi： H薄膜是確定材料性能的一個關鍵因素。相比于網絡的硅，具有剛性的非平衡結構，氫具有不同的粘接性能由于更多的移動的平衡結構。在氫鍵的不同類型的信息可以從紅外光譜中提取的。在 aSi的 Si / H 鍵的聲子模式： H發(fā)生在三個能帶 [ 20 ]：（我）擺動的模式在 630 厘米 ?1這是始終存在的，（ ii）對 800– 900 厘米 ?1的形狀和強度取決于沉積條件，及（ iii）模式范圍 2020– 2100厘米 ?1。圖 6顯示一組在不同的氣體溫度下制備的樣品的紅外透射光譜?，F在讓我們考慮的波段在 1 630cm?第一。它是觀察到 Tg略有增加，其強度降低。?？怂沟热说难芯俊?[ 10 ]表明，這個樂隊的整體強度測定氫氣濃度最好的但其他行是不可靠的。因此，在 aSi 的氫含量的 CH： H 薄膜可以通過在β是吸收系數計算，和 n = 5 1022 /厘米 ?3 晶體硅原子密度。 A640 是一個不同的振子強度的逆常數。 A640 = 1019 厘米 ?2由蘭福德等人得到的是常用的 aSi∶ H和 nc Si∶ H的 值。我們的 計算表明，只有 3%的 Tg增加 CH 降低，表明氣體溫度的總的氫含量，納入薄膜的影響不大。另一方面，很容易發(fā)現，在 800– 900厘米 ?1雙不出現在我們的樣本。這對已分配給存在（ SiH2） N鏈結構一致，似乎只有在（ SiH2）N鍵的存在。此外，許多研究表明，在 800– 900 厘米 ?1雙只出現在特定的生長條件，如沉積使用氬氣和硅烷氣體混合物。