PECVD法制备非晶硅薄膜及光电性质研究

PECVD法制备非晶硅薄膜及光电性质研究

论文摘要

非晶硅薄膜是一种应用广泛的薄膜材料,特别是在太阳能转化和应用产业领域内,由于其衬底易获取,制造工艺简单,生产成本较低,且易于实现薄膜大面积沉积等诸多优点而受到人们的极大关注,也使得目前非晶硅薄膜材料的研究成为了热点之一。本文采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法,以硅烷和氢气作为反应气体,在普通玻璃载玻片上沉积出非晶硅薄膜。首先,通过正交实验的方法对制备工艺进行筛选,利用显微激光拉曼光谱仪(Raman)、X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等设备对制备出的非晶硅薄膜进行测试分析,筛选出制备非晶硅薄膜的工艺参数。其次,以筛选出的工艺为基础再进行单因素实验,分别研究不同衬底温度、硅烷流量、射频功率和两极板间距离这四个因素对非晶硅薄膜成膜质量的影响,获得制备高质量非晶硅薄膜的优化工艺参数:衬底温度300℃,硅烷气体流量60SCCM,射频功率150W,两极板间距离25.0mm。最后,利用薄膜分析测试仪(NKD)和直流四探针分析测试仪对制备出的非晶硅薄膜的光电性质进行分析研究,研究不同因素对非晶硅薄膜光电性质的影响,获得应用于非晶硅太阳能电池的优化工艺参数:衬底温度300℃,硅烷气体流量50SCCM,射频功率75W,两极板间距离25.0mm。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 非晶硅薄膜简介
  • 1.1.1 非晶硅薄膜
  • 1.1.2 非晶硅薄膜的应用
  • 1.1.3 非晶硅薄膜的结构特性
  • 1.1.4 非晶硅薄膜的光学特性
  • 1.1.5 非晶硅薄膜的电学特性
  • 1.2 国内外研究现状
  • 1.3 非晶硅薄膜制备方法简介
  • 1.3.1 常压化学气相沉积(APCVD)
  • 1.3.2 直流磁控溅射(DC reactive magnetron sputtering)
  • 1.3.3 微波电子回旋共振化学气相沉积(MWECR-CVD)
  • 1.3.4 触媒化学气相沉积(Cat-CVD)
  • 1.3.5 等离子体增强化学气相沉积(PECVD)
  • 1.4 本文研究的内容及意义
  • 第二章 实验原理、设备及设计
  • 2.1 实验设计原理
  • 2.1.1 等离子体的性质
  • 2.1.2 等离子体增强化学气相沉积原理
  • 2.2 等离子增强化学气相沉积系统
  • 2.2.1 气路控制系统
  • 2.2.2 反应室系统
  • 2.2.3 射频系统
  • 2.2.4 抽气系统
  • 2.3 实验设计及流程
  • 2.3.1 样晶制备材料和衬底预处理
  • 2.3.2 实验步骤
  • 2.3.3 实验设计
  • 2.4 非晶硅薄膜表征方法
  • 2.4.1 X-射线衍射仪(XRD)
  • 2.4.2 扫描电子显微镜(SEM)
  • 2.4.3 显微激光拉曼光谱仪(Raman)
  • 2.4.4 直流四探针分测试析仪
  • 2.4.5 薄膜分析测试仪(NKD)
  • 2.5 小结
  • 第三章 非晶硅薄膜的实验制备
  • 3.1 正交实验分析
  • 3.1.1 较好样品分析
  • 3.1.2 其他样品分析
  • 3.2 衬底温度对非晶硅薄膜性能的影响
  • 3.3 硅烷流量对非晶硅薄膜性能的影响
  • 3.4 射频功率对非晶硅薄膜性能的影响
  • 3.5 两板间距离对非晶硅薄膜性能的影响
  • 3.6 小结
  • 第四章 非晶硅薄膜的光电性质
  • 4.1 衬底温度对非晶硅薄膜光电性质的影响
  • 4.1.1 衬底温度对非晶硅薄膜光学性质的影响
  • 4.1.2 衬底温度对非晶硅薄膜导电性能的影响
  • 4.2 硅烷流量对非晶硅薄膜光电性质的影响
  • 4.2.1 硅烷流量对非晶硅薄膜光学性质的影响
  • 4.2.2 硅烷流量对非晶硅薄膜导电性能的影响
  • 4.3 射频功率对非晶硅薄膜光电性质的影响
  • 4.3.1 射频功率对非晶硅薄膜光学性质的影响
  • 4.3.2 射频功率对非晶硅薄膜导电性能的影响
  • 4.4 两极板间距离对非晶硅薄膜的光电性质影响
  • 4.4.1 两极板间距离对非晶硅薄膜光学性质的影响
  • 4.4.2 两极板间距离对非晶硅薄膜导电性能的影响
  • 4.5 小结
  • 第五章 总结与展望
  • 5.1 总结
  • 5.2 存在的问题及下一步工作打算
  • 参考文献
  • 致谢
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