硅薄膜材料ppt課件(編輯修改稿)
2025-05-28 22:24 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 3 輝光放電系統(tǒng)的 IV 特性曲線 圖 74 輝光放電系統(tǒng)的輝光區(qū)示意圖 （ 1）輝光放電的基本原理在真空系統(tǒng)中通入稀薄氣 體，兩電極之間將形成放電電流從而產(chǎn)生輝光放電現(xiàn)象。圖 73 是輝光放電系統(tǒng)中的 IV 特性曲線，其曲線可以分為湯森放電、前期放電、正常放電、異常放電、過渡區(qū)和電弧放電等幾個階段。其中能實現(xiàn)輝光放電功能的是具有恒定電壓的正常輝光放電和具有飽和電流的異常輝光放電。在實際工藝中，人們選擇異常輝光放電階段輝光放電時，在兩電極間形成輝光區(qū)，從陰極到陽極，又可細分為阿斯頓暗區(qū)、陰極輝光、克魯克斯暗區(qū)、負輝光、法拉第暗區(qū)、正離子柱、陽極暗區(qū)和陽極輝光等區(qū)域，如圖 74 所示。當電子從陰極發(fā)射時，能量很小，只有 1eV 左右，不能和氣體分子作用，在靠近陰極處形成阿斯頓暗區(qū)；隨著電場的作用，電子具有更高的能量，可以和氣體分子作用， 使光氣體分子激發(fā)發(fā)光，形成陰極輝區(qū)。其中沒有和氣體分子用的電子被進一步加速，再與 氣體分子作用時，產(chǎn)生大量的離子和低速電子，并沒有發(fā)光，造成克魯克斯暗區(qū)。而克魯克斯暗區(qū)形成的大量低速電子被加速后，又和氣體分子用，促使它激發(fā)發(fā)光，形成負輝光區(qū)。對于陽極近區(qū)域，情況亦然。在兩電極的中間存在一個明顯的發(fā)光區(qū)域，稱為正離子柱區(qū)（或陽極光柱區(qū)），在這個區(qū)域中，電子和正離子基本滿足電中性條件，處于等離子狀態(tài)。如果適當調(diào)整 電極間距，可以使得等離子區(qū)域（即正離子柱區(qū)）在電極間占主要部分，所以輝光放電分解沉積又可稱等離子增強化學氣相沉積。在輝光放電過程中，等離子體的溫度、電子的溫度和電子的濃度是關鍵因素。一般而言，輝光放電是低溫過程，等離子 100~500℃ ，而電子的能量在 1～ 10eV 左右，電子的濃度達到109~1012/cm3，電子的溫度達到 104～ 105K。（ 2）等離子增強化學氣相沉積制備非晶硅圖 75 是等離子增強化學氣相沉積系統(tǒng)的結構示意圖。反應室中有陰極、陽極電極，反應氣體和載氣從反應室一端進入，在兩電極中間遇等離子體，產(chǎn)生化學反應，生成的硅原子沉積在襯底表面，形成非晶硅薄膜，而生成的副產(chǎn)品氣體則隨載氣流出反應室。 利用等離子增強化學氣相沉積制備非晶硅，主要是采用硅烷（ SiH4）氣體的熱分解，其反應方程式為： SiH4 → Si + 2H2 （ 71） 由式（ 71）可知，硅烷分解成硅原子，沉積在襯底材料上形成非晶硅薄膜。如果在原料氣體 SiH4 中加入硼烷（ B2H6），在硅烷分解的間時，硼烷也分解，硼原子摻入到非晶硅中，形成 P 型的非晶硅。同樣，如果在原料氣體 SiH4 中加入磷烷（ PH3），就可以形成 N 型非晶硅。如果在非晶硅生長過程中，交替通入硼烷和磷烷，這樣就可以制備出具有 pin（或稱 PIN）結構的非晶硅薄膜太陽電池 [4]。實際上，在等離子增強化學氣相沉積系統(tǒng)中的化學反應遠比式（ 71）復雜。 通常，硅烷是用氫氣稀釋的，在輝光放電產(chǎn)生的等離子體中，包括了 Si、 SiH、 H、 H2 等原子團、分 子團或離子，還可能存在 SiH SiH3 等中性原子團，在非晶硅的沉積過程中，很可能有多 種化學反應產(chǎn)生。而其中， SiH 和 H 原子團被認為最重要，有研究認為，在等離子增強化學氣相沉積系統(tǒng)中實際發(fā)生的化學發(fā)應是： SiH + H → Si + H2 （ 72） 正是由于可能多種化學反應的存在，使得非晶硅的性能對制備的條件十分敏感，不同的設備都需要獨特的優(yōu)化工藝，才能制備出高質量的非晶硅。一般而言，襯度溫度在 200～ 300℃ ，功
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