基于纳米硅铝诱导的多晶硅薄膜制备与性能研究

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多晶硅薄膜具有较高的光敏性、对可见光的吸收性,兼具有晶体硅的稳定性和非晶硅薄膜制备工艺简单的优势,是理想的高效率、低衰减光伏器件材料。铝诱导法制备多晶硅薄膜具有制备温度低、时间短、晶粒尺寸大、薄膜结晶质量高等优点。为了获得具有较高载流子迁移率的多晶硅薄膜,就需要提高其晶粒尺寸和结晶性能。本文基于此目的,我们利用磁控溅射仪和热丝化学气相沉积技术制备了衬底/纳米硅/氧化硅/铝(Glass/nc-Si/SiO2/Al)叠层结构,深入研究了铝诱导纳米硅制备多晶硅薄膜的工艺,并从动力学角度进行了机理分析,采用多种表征手段测试了薄膜的形貌、结构、电学性能和光学性能。  在普通退火条件下,对Glass/nc-Si/SiO2/Al叠层结构进行了不同工艺的诱导退火,XRD结果显示多晶硅具有Si(111)择优取向,Raman结果则表明该薄膜的结晶性能较好。诱导温度、诱导时间、硅铝厚度比对诱导结果都有重要影响。在425℃、5h条件下获得了400μm的大晶粒,当诱导温度越高,小晶粒增多、大晶粒减少,结晶性能变好,薄膜透射率变小;样品经过425℃、7h诱导后,晶粒形貌改变,方块电阻和电阻率降低;当硅铝厚度比提高时,大晶粒增多、小晶粒减少,结晶质量提高,方块电阻和电阻率变高。从动力学的角度分析了铝诱导纳米硅生成大晶粒多晶硅的机理。  在等离子体辅助退火条件下,我们研究了诱导温度、诱导时间、射频功率对Glass/nc-Si/SiO2/Al结构诱导结果的影响。随着诱导温度升高,晶粒尺寸增大,最大晶粒为500μm,结晶性越来越好,方块电阻和电阻率升高;随着诱导时间增加,晶粒形貌变为不规则多边形,晶化率逐渐提高,在450℃、5h、30W条件下,晶化率达到97%;当功率提高时,薄膜结晶质量也在提高,对可见光的透射率降低。分析机理是由于氢等离子体的钝化作用随着诱导温度升高、诱导时间增加、射频功率提高而越来越显著,结合纳米硅诱导源这一因素,最终获得了更大晶粒、更高质量的多晶硅薄膜。
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