不同晶态比条件下氢化纳米硅薄膜光学性质的研究.pdfVIP

丝 材 料 2010年增刊I(41)卷 不 同晶态比条件下氢化纳米硅薄膜光学性质的研究 郭立强 ，丁建宁 ，杨继昌 ，程广贵 ，凌智勇 ，董玉忠 (1．江苏大学 微纳米科学技术研究中心，江苏 镇江 212013； 2．江苏工业学院低维材料微纳器件与系统研究中心，江苏 常州 213164； 3．常州市新能源重点实验室，江苏 常州 213164) 摘 要 ： 利用等离子体化学气相沉积 系统，在射频 用等离子体化学气相沉积设备通过改变气体流量比 源和直流负偏压源的双重激励下，保持射频功率、反 例 制备硅薄膜时，如果硅烷浓度较高，反应在远离 应室气压 、衬底温度 、硅烷与氢气混合 比以及 总流量 平衡 的状态下进行 ，刻蚀过程来不及进行 ，Si—Si弱 不变，改变直流 负偏压从 50~250V，在康宁7059玻 键及无规 网络都保 留了下来 ，因而容易形成亚稳结 璃衬底上制备了本征氢化纳米硅薄膜。利用拉曼散 构的非晶硅 ；只有当硅烷浓度很低时，即系统中氢原 射仪表征 了不 同直流 负偏压条件 下薄膜微 结构特 子含量很高时，它对膜表面刻蚀作用才会显著，从而 征 ；利用ShmadzuUV一2450型光谱仪测试了薄膜样 把弱硅键及无序成分除掉，形成微晶硅 ，此时已接近 品透射图谱。研究发现提高直流负偏压将导致晶态 热力学平衡状态。当设法提高成核速率 ，抑制 晶粒 比、沉积速率发生变化 。薄膜 的光吸收系数和消光 长大时，可制备出一种纳米级小晶粒镶嵌于 晶粒界 系数随波长增加呈下降趋势 ；不同晶态比薄膜的悬 面结构 的薄膜 ，这种薄膜具有较高的光吸收系数 ，被 挂键和有效载流子浓度 、致密程度、键畸变程度和悬 称为氢化纳米硅薄膜 。但要得到氢化纳米硅薄膜需 挂键数 目的差异 ，致使 晶态比增加 ，薄膜 的吸收 系 在沉积系统 中施加直流负偏压 。直流负偏压能直接 数、消光系数在波长为 400nm 附近依次增加，光学 控制等离子体中分解 出[SiH ]和EH]基团到达衬底 带隙值从 1．96eV减小到 1．66eV。 表面的动量和能量 ，可以调节其气一固界面的反应速 关键词 ： 直流负偏压 ；消光系数 ；透射光谱 ；氢化纳 率 。 米硅薄膜 本文通过改变直流负偏压 ，制备 了一系列氢化 中图分类号： TN105．5；TG115．3 文献标识码 ：A 纳米硅薄膜样品，利用拉曼光谱仪对薄膜微结构进 文章编号 ：1001-9731(2010)增刊 I一0076—04 行了表征 ，估算 了薄膜 晶态 比；利用 ShmadzuUv． 2450型光谱仪测试了薄膜样 品的透射 图谱；揭示 了 1 引 言 薄膜样品光吸收系数 、消光系数随波长变化规律；结 能源危机促使硅薄膜太阳电池的开发成为科学 合透射图谱和干涉原理得 出薄膜厚度和沉积速率 ， 研究的热点方 向。但 目前 因为面临着光致衰退效 利用近似公式得出了薄膜光学带隙，研究了不同晶 应 、转换效率低等 问题 ，太阳电池应用还未能得到普 态条件下对薄膜光学带隙的影响。 及 。人们研究发现提高氢化纳米硅薄膜太阳能电池 2 实 验 效率，一方面是要从氢化纳米硅材料的pn结人手 ， 优化其制备工艺 ；另一方面要减少入射光反射损失 ， 采用等离子体化学气相沉积系统，在射频源 增强太阳电池对光 的有效吸收口]，因为吸收