在半导体材料领域,结晶Si薄膜的低温生长引起了人们的广泛关注,一方面是因为它们在大面积微电子、光电子和光子器件的实际应用以及所呈现出的广阔应用前景,另一方面,多种新的制备技术的开发使人们看到了低温、快速生长面积更大、质量更高的结晶Si薄膜的可能性.该论文以低温下在玻璃衬底上大面积制备结晶Si薄膜为研究目标,在制备技术上选择装置简单,能够产生大面积、高均匀度和高电子密度等离子体的电感耦合射频等离子体化学气相沉积(ICP-CVD),主要开展了以下方面的工作:(1)在系统分析了现有的几种高密度等离子体源特点的基础上,自行设计并组装了结构简单的内置式单圈ICP-CVD设备.通过优化装置结构和等离子体形成参数,获得了均匀稳定的等离子体放电;(2)利用ICP-CVD在极低的(室温~350℃)温度下在玻璃衬底上制备了性能优良的结晶Si薄膜.利用各种表征手段测量分析了它们的微结构及表面形貌,研究了等离子体条件与薄膜微结构的关系,并探讨了ICP-CVD过程中的气相反应和薄膜生长表面反应与传统PECVD的异同;(3)利用椭圆偏振法研究了ICP-CVD制备的Si薄膜的介电函数特性,并从理论上模拟分析了样品的微结构特征.(4)对ICP-CVD方法所制备的结晶Si薄膜的光学、电学特性的研究发现,由于样品中出现结晶相,其电阻率与光学带隙明显变小.实验发现,由于样品中存在晶粒与晶粒间界,其光学带隙不但与薄膜中H含量大小有关,而且与H在晶粒间界处的分布情况、晶粒尺寸以及自由载流子吸收等效应相关.(5)用ICP-CVD首次直接制备出表面纳米硅锥结构薄膜.研究发现,样品具有非常稳定的场电子发射特性,无初始驱动过程,呈现出一种无破坏性的场发射机制.典型的开启电压为7~10 V/μm;(6)发展了用ICP-CVD结合Al诱导晶化在镀Al玻璃衬底上原位制备结晶Si薄膜的新技术.发现样品具有优异的结晶性,晶粒具有强烈的Si(111)择优取向,样品中无Al的残留,并探讨了ICP-CVD过程中的Al诱导低温晶化的机理.