硅薄膜材料ppt課件-資料下載頁
2025-05-01 22:24本頁面
【正文】 薄膜的特征和基本性質(zhì) 多晶硅（ polycrystalline silicon， polySi）薄膜是指在玻璃、陶瓷、廉價(jià)硅等低成本襯底上，通過化學(xué)氣相沉積等技術(shù)，制備成一定厚度的晶體硅薄膜，它是由眾多大小不一和晶向不同的細(xì)小硅晶粒組成，直徑一般在幾百納米到幾十微米。它具有晶體硅的基本性質(zhì)，同時(shí)，它又具有非晶硅薄膜的低成本、制備簡單和可以大面積制備等優(yōu)點(diǎn)，因此，多晶硅薄膜在大規(guī)模集成電路、液晶顯示和太陽能光伏領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。因此，在制備多晶硅薄膜時(shí)，要調(diào)整工藝參數(shù)，使得多晶硅的晶粒盡量大，晶界盡量少，而且晶粒盡量垂直于襯底表面，以降低晶界對多晶硅性能的影響；同時(shí)，要盡量減少晶界內(nèi)的位錯(cuò)、層錯(cuò)等微缺陷 。 多晶硅薄膜的制備 多晶硅薄膜可以通過化學(xué)氣相沉積直接制備，也可以通過固相晶化、激光晶化和快速熱處理晶化等技術(shù)，將非晶硅薄膜晶化而制備；無論哪種技術(shù)，制備的多晶硅薄膜應(yīng)該具有晶制備多晶硅薄膜的技術(shù)多種多樣，凡是制備固態(tài)薄膜的技術(shù)，如真空蒸發(fā)、濺射、電化學(xué)沉積、化學(xué)氣相沉積和分子束外延等，都可以用來制備多晶硅薄膜。但是，由于化學(xué)氣相沉積（ CVD）技術(shù)具有設(shè)備簡單、工業(yè)成本低、生長過程容易控制、重復(fù)性好、便于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，被工業(yè)界廣泛常用的多晶硅薄膜的制備方法主要有兩個(gè)，一個(gè)是利用化學(xué)氣相沉積直接制備多晶硅薄膜，利用加熱、等離子體、光輻照等能源，通過硅烷或其他氣體的分解，在不同的襯底上采用一步工藝直接制備多晶硅薄膜；另一個(gè)方法是非晶硅晶化制備多晶硅薄膜，這是利用化學(xué)氣相沉積技術(shù)，首先制備非晶硅薄膜，然后利用其亞穩(wěn)的特性，通過不同的熱處理技術(shù)，將非晶硅晶化成多晶硅薄膜，又稱為兩步工藝法。 圖 76 在玻璃襯底上的多晶硅薄膜的掃描電鏡照片 圖 77 低壓化學(xué)氣相沉積（ LPCVD）系統(tǒng)的示意圖 快速熱處理晶化不僅可以制備本征多晶硅薄膜，而且可以制備重?fù)诫s薄膜，使得制備的多晶硅薄膜可以在太陽能光電、集成電路的多晶硅發(fā)射極和場效應(yīng)管等器件上得到應(yīng)用。多晶硅薄膜的性能主要受晶界和晶粒內(nèi)部的缺陷影響，為了提高多晶硅薄膜的性能，必須增大晶粒尺寸和減少多晶硅薄膜的缺陷態(tài)密度。 （ 1）固相晶化制備多晶硅 （ 2）激光晶化制備多晶硅 （ 3）快速熱處理晶化制備多晶硅薄膜 多晶硅薄膜的晶界和缺陷 多晶硅薄膜的缺陷包括晶界、位錯(cuò)、點(diǎn)缺陷等。到目前為止，它們對材料性能的影響還未完全清楚，但是多晶硅薄膜由大小不同的晶粒組成，因此晶界的面積較大，是多晶硅薄膜的主要缺陷。晶界引入的結(jié)構(gòu)缺陷會(huì)導(dǎo)致材料電學(xué)性能的大幅度降低；同時(shí)，在制備過程中，由于冷卻快，晶粒內(nèi)含有大量的位錯(cuò)等微缺陷，這些微缺陷也影響多晶硅薄膜性能的提高就多晶硅薄膜在太陽電池方面的應(yīng)用而言，正是這些缺陷制約著多晶硅薄膜在產(chǎn)業(yè)上的大規(guī)模應(yīng)用。目前，多晶硅薄膜缺陷的許多物理機(jī)理還沒有完全清楚，也還沒有很好地解決，但是缺陷對太陽電池的負(fù)面 作用已經(jīng)被公認(rèn)。因此，在制備多晶硅薄膜時(shí)，要調(diào)整工藝參數(shù)，使得多晶硅薄膜的晶粒盡量大，晶界盡量少，而且晶粒盡量垂直于襯底表面，以降低晶界等缺陷對多晶硅性能的影響。多晶硅薄膜既具有單晶硅的電學(xué)特性，又具有非晶硅薄膜成本低、設(shè)備簡單，可以大面積制備等優(yōu)點(diǎn)，在集成電路和液晶顯示領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應(yīng)用，同時(shí)也是最具有前景的新型太陽電池材料之一。多晶硅薄膜太陽電池已成為目前世界上光伏領(lǐng)域中最活躍的研究方向，人們期待研究工作獲得突破，以大大降低太陽電池的成本，為解決能源和環(huán)境問題作出貢獻(xiàn)。
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