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基于磁控溅射技术的掺氢硅薄膜制备及其结构性能研究

作　者: 郭伟
导　师: 蒋百灵
学　校: 西安理工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 直流和射频磁控溅射 氢化非晶硅 透过率 光学带隙
分类号: O484.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


目前,针对非晶硅薄膜应用的研究已成为国际的研究热点。非晶硅薄膜(amorphous silicon, a-Si:H)具有独特的物理性能,可以大面积加工,因此作为太阳能光电材料已经在工业界中广泛应用；同时,它还在大屏幕液晶显示、传感器、摄像管等领域有着重要应用。早在20世纪60年代,人们就开始了对非晶硅的基础研究,70年代非晶硅开始用于太阳能光电材料。因此,非晶硅薄膜材料的性能研究得到业界的普遍关注。本文采用直流和射频磁控溅射方法分别在N型硅衬底和玻璃衬底上沉积氢化非晶硅(a-Si：H)薄膜。研究了溅射功率、氢气流量对薄膜的结构和性能的影响。结果表明：(1)采用直流磁控溅射法沉积薄膜结构是以非晶态为主,在非晶态基底上弥散分布有尺度为5-8nm的纳米晶颗粒,通过紫外-可见光透过率光谱的计算,得到薄膜的光学带隙在1.8-2.0eV左右；而采用射频磁控溅射法制备薄膜全部为非晶态结构,光学带隙均大于2.0eV。(2)对于射频磁控溅沉积薄膜,随着溅射功率的增加,薄膜的沉积速率会逐渐增大,沉积膜层变厚,在可见光的范围内,透过率逐渐降低,薄膜光学带隙有减小趋势。(3)在溅射气体氩气流量一定的情况下,采用直流磁控溅射时,提高氢气流量会使薄膜沉积速率先减小后增大,透过率逐渐增加,薄膜光学带隙先增大后减小；采用射频磁控溅射时,提高氢气流量使得薄膜的沉积速率减小,相同时间内沉积膜层变薄,透过率有一定程度增加,光学带隙增加。(4)对比分析了直流溅射和射频溅射沉积硅薄膜的衬底和薄膜界面形貌。直流溅射的平均沉积速率大于射频溅射,两种溅射方法均可得到均匀致密的薄膜,直流溅射的膜基界面优于射频溅射沉积的薄膜。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-18
  1.1 引言  8
  1.2 非晶硅材料应用的概况  8-9
  1.3 非晶硅薄膜的基本性质  9-14
    1.3.1 非晶硅薄膜的结构特征  9-11
    1.3.2 非晶硅薄膜的光学性能  11-12
    1.3.3 非晶硅薄膜的能带结构  12-13
    1.3.4 非晶硅薄膜的光致衰退机制及其抑制途径  13-14
  1.4 非晶硅薄膜的制备方法  14
  1.5 磁控溅射法制备非晶硅薄膜  14-16
    1.5.1 磁控溅射原理和特点  14-15
    1.5.2 影响磁控溅射法制备氢化硅薄膜的因素  15-16
  1.6 本文的研究目的及内容  16-17
  1.7 本文技术路线  17-18
2 薄膜生长的理论基础  18-24
  2.1 薄膜的生长  18-20
  2.2 薄膜的晶体结构  20-22
    2.2.1 薄膜的晶体结构分析  20-21
    2.2.2 晶粒尺寸  21
    2.2.3 表面粗糙度  21-22
    2.2.4 薄膜的致密度  22
  2.3 薄膜中的缺陷类型  22-23
  2.4 本章小结  23-24
3 试验设计方案  24-28
  3.1 实验靶材  24
  3.2 实验衬底的预处理  24
  3.3 实验设备  24-25
  3.4 薄膜结构的性能表征  25-28
    3.4.1 薄膜的结晶取向的分析  25
    3.4.2 薄膜的显微组织结构分析  25-26
    3.4.3 薄膜的光学性能分析  26
    3.4.4 薄膜的电学性能分析  26-28
4 直流溅射工艺参数对薄膜结构和性能的影响  28-40
  4.1 氢气流量对薄膜结构和性能的影响  28-39
    4.1.1 薄膜生长速率分析  28-30
    4.1.2 XRD衍射分析  30-31
    4.1.3 透射电镜分析  31-34
    4.1.4 紫外-可见光透过光谱分析  34-37
    4.1.5 Ⅰ-Ⅴ特性分析  37-39
  4.2 本章小结  39-40
5 射频溅射工艺参数对薄膜结构和性能的影响  40-52
  5.1 溅射功率对薄膜结构和性能的影响  40-44
    5.1.1 薄膜生长速率分析  40-41
    5.1.2 XRD衍射分析  41-42
    5.1.3 透射电镜分析  42
    5.1.4 紫外-可见光透过光谱分析  42-44
  5.2 氢气流量对薄膜结构和性能的影响  44-48
    5.2.1 薄膜生长速率分析  44-46
    5.2.2 XRD衍射分析  46
    5.2.3 透射电镜分析  46-47
    5.2.4 紫外-可见光透过光谱分析  47-48
  5.3 两种电源模式下沉积薄膜的比较  48-52
6 结论  52-53
致谢  53-54
参考文献  54-58
攻读研究生期间发表的论文  58

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 薄膜物理学 > 薄膜的生长、结构和外延
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