金属诱导多晶硅薄膜制备与研究

论文摘要

多晶硅薄膜因其较高的载流子迁移率、较低的制备成本以及良好的光电稳定性而被广泛应用于太阳能电池、薄膜晶体管等领域。金属诱导法具有晶化温度低、晶化时间短、制备成本低的优点,对多晶硅薄膜的制备以及多晶硅薄膜太阳能电池的研究具有重要的意义。本文采用金属Ni诱导的方法成功制备了多晶硅薄膜,主要工作有:用等离子增强化学气相沉积（PECVD）法在玻璃衬底上沉积非晶硅薄膜;用真空热蒸镀法在非晶硅薄膜上制备金属Ni膜;在N2气氛中对样品进行退火处理;采用SEM、XRD测试了样品薄膜的晶化特性,研究了不同的工艺参数对非晶硅薄膜晶化效果的影响;用紫外-可见分光光度计测试了样品薄膜的光学特性。经过课题研究得出如下结论:（1）非晶硅薄膜Ni诱导晶化的起始温度在460℃附近,若退火温度为450℃或更低,无论退火多长时间都不会有晶化现象发生。（2）晶化过程中晶粒倾向于在Si （111）方向生长,具有明显的择优取向;退火后的多晶硅薄膜中含有残留的Ni元素及O元素,可能影响薄膜性能。（3）退火时间主要影响晶粒尺寸。随着退火时间延长,晶粒平均尺寸增大,退火4 h后几乎饱和,8 h后有所下降;薄膜结晶度随退火时间的延长一直小幅增加;选择优化的退火时间为4 h。（4）退火温度主要影响薄膜结晶度。随着退火温度升高,晶粒平均尺寸在缓慢增加后保持下降,600℃下退火时有所增加;薄膜结晶度随退火温度的升高一直迅速升高;选择优化的退火温度为530℃。（5）诱导前后薄膜透过率的差异以及诱导后薄膜较低的可见光吸收系数是由金属诱导固有的薄膜不均匀和重掺杂缺陷造成的。（6） ITO玻璃作为衬底时,样品薄膜在晶化过程中会脱落,而采用沉积有ZnO:Al （AZO）薄膜的玻璃作为衬底,则可以成功解决薄膜的脱落问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题研究意义及目的
• 1.3 多晶硅薄膜的研究现状
• 1.3.1 直接制备法
• 1.3.2 间接制备法
• 1.4 本论文的主要工作内容及其意义
• 第二章 多晶硅薄膜及其主要应用
• 2.1 多晶硅薄膜的结构特性
• 2.2 多晶硅薄膜的电学性质
• 2.3 多晶硅薄膜的光学性质
• 2.3.1 多晶硅薄膜的折射率和吸收系数
• 2.3.2 多晶硅薄膜的光电导
• 2.4 多晶硅薄膜的主要应用
• 第三章 多晶硅薄膜的Ni 诱导制备
• 3.1 金属诱导晶化制备多晶硅薄膜机理
• 3.1.1 金属诱导机制
• 3.1.2 铝诱导和镍诱导的不同
• 3.2 制备过程设计
• 3.3 衬底准备
• 3.4 非晶硅薄膜制备
• 3.4.1 等离子增强化学气相沉积（PECVD）原理
• 3.4.2 PECVD 系统
• 3.4.3 PECVD 沉膜过程
• 3.4.4 非晶硅薄膜沉积参数
• 3.4.5 膜厚测试
• 3.5 Ni 膜制备
• 3.5.1 真空热蒸发镀膜的原理
• 3.5.2 真空热蒸发镀膜设备
• 3.5.3 Ni 膜蒸镀
• 3.5.4 Ni 膜厚度测试
• 3.6 退火处理
• 3.7 样品测试
• 第四章 Ni 诱导晶化法制备多晶硅薄膜影响因素的分析
• 4.1 晶化起始温度的确定
• 4.1.1 制备参数
• 4.1.2 样品SEM 测试与分析
• 4.2 退火时间对薄膜晶化的影响
• 4.2.1 制备参数
• 4.2.2 样品SEM 测试与分析
• 4.2.3 样品XRD 测试与分析
• 4.2.4 退火时间对晶粒尺寸的影响
• 4.2.5 退火时间对结晶度的影响
• 4.3 退火温度对薄膜晶化的影响
• 4.3.1 制备参数
• 4.3.2 样品SEM 测试与分析
• 4.3.3 样品XRD 测试与分析
• 4.3.4 样品EDS 测试与分析
• 4.3.5 退火温度对晶粒尺寸的影响
• 4.3.6 退火温度对薄膜结晶度的影响
• 4.4 退火后薄膜的光学特性
• 4.4.1 测试设备
• 4.4.2 薄膜透过率
• 4.4.3 薄膜吸收系数
• 4.5 不同衬底材料对薄膜制备的影响
• 4.5.1 制备参数
• 4.5.2 结果讨论
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间的研究成果