高气压下氢化微晶硅薄膜的高速沉积

　　利用甚高频等离子增强化学气相沉积（VHF- PECVD）制备了一系列微晶硅（μc- Si:H）薄膜。研究分析了功率密度、硅烷浓度和气体流量在较高沉积气压（500 Pa 和600 Pa）下对薄膜生长速率、结晶状况和电学特性的影响。研究表明：在高压强条件下，硅烷浓度和气体流量对沉积速率影响显著，而功率密度影响较弱；高沉积速率生长的薄膜孵化层较厚；电学特性较好的薄膜位于非晶/ 微晶过渡区。经过工艺的初步优化，在高压强（600 Pa）条件下，使微晶硅薄膜的沉积速率提升到2.1 nm/s。

　　近年来，在太阳能薄膜电池领域，微晶硅薄膜被认为是最有应用前景的材料之一。在太阳能薄膜电池应用上，与非晶硅相比，它克服了光致衰退（S-W）问题。但微晶硅薄膜是间接带隙半导体材料，光吸收系数较低，用作太阳能电池有源层（本征层）时，为了有效的吸收入射光，厚度需要1~2 μm。因此，高速沉积微晶硅薄膜便显得极为重要。

　　甚高频等离子辅助化学气相沉积结合高气压高功率被认为是最有效的方法之一。沉积速率的提高取决于反应等离子体中生长前驱物的多少，晶化率取决于等离子体中是否含有足够的原子氢。由此可知提高沉积速率可采用两种办法：

　　（1）在压强不是太高的条件下，采用高功率密度提高电子温度和电子浓度，用于产生足够的原子氢，适当控制硅烷浓度和气体总流量提供足够的可供分解的硅烷，提高生长前驱物的含量，可以达到较大的沉积速率。南开大学在压强180 Pa，功率密度2.08 W/cm² 条件下沉积速率达到2.0 nm/s。

　　（2）在功率密度不是太高的条件下，采用较高的压强提升硅烷的分压和电子浓度，提高生长前驱物的含量，适当控制硅烷浓度和气体总流量，也可达到和第一种方法同样的生长速率。

　　本文通过第二种方法在功率密度不是太高的条件下，采用较高压强，通过改变其它参数，以实现微晶硅薄膜的高速沉积, 并对其结晶情况和电学特性进行研究。

3、 结论

　　采用VHF- PECVD 技术在高压强条件下，通过改变硅烷浓度、气体流量和功率密度制备了一系列微晶硅薄膜。结果表明：在本文实验范围内，随硅烷浓度和气体总流量的增加沉积速率均单调增加，晶化率单调减小，且两参量的变化对微晶硅薄膜生长速率的影响较显著；随功率密度的增加沉积速率先增加后减小，晶化率先增加后达到饱和，且功率密度的变化对生长速率的影响相对较弱；电学特性符合太阳能电池有源层要求的薄膜都位于从非晶向微晶转变的过渡带；在高沉积速率下生长的薄膜具有较厚的孵化层， 其对电池性能的影响有待进一步研究。