基于纳米硅铝诱导的多晶硅薄膜制备与性能研究-材料学专业论文.docxVIP

摘要多晶硅薄膜具有较高的光敏性、对可见光的吸收性，兼具有晶体硅的稳定性和非晶硅薄膜 制备工艺简单的优势，是理想的高效率、低衰减光伏器件材料。铝诱导法制备多晶硅薄膜具有 制备温度低、时间短、晶粒尺寸大、薄膜结晶质量高等优点。为了获得具有较高载流子迁移率 的多晶硅薄膜，就需要提高其晶粒尺寸和结晶性能。本文基于此目的，我们利用磁控溅射仪和 热丝化学气相沉积技术制备了衬底/纳米硅/氧化硅/铝(Glass/nc-Si/SiO2/Al)叠层结构，深入研究 了铝诱导纳米硅制备多晶硅薄膜的工艺，并从动力学角度进行了机理分析，采用多种表征手段 测试了薄膜的形貌、结构、电学性能和光学性能。在普通退火条件下，对Glass/nc-Si/SiO2/Al 叠层结构进行了不同工艺的诱导退火，XRD结 果显示多晶硅具有Si(111)择优取向，Raman结果则表明该薄膜的结晶性能较好。诱导温度、诱 导时间、硅铝厚度比对诱导结果都有重要影响。在425℃、5h 条件下获得了400μm的大晶粒， 当诱导温度越高，小晶粒增多、大晶粒减少，结晶性能变好，薄膜透射率变小；样品经过425℃、 7h 诱导后，晶粒形貌改变，方块电阻和电阻率降低；当硅铝厚度比提高时，大晶粒增多、小晶 粒减少，结晶质量提高，方块电阻和电阻率变高。从动力学的角度分析了铝诱导纳米硅生成大 晶粒多晶硅的机理。在等离子体辅助退火条件下，我们研究了诱导温度、诱导时间、射频功率对Glass/nc-Si/SiO2/Al结构诱导结果的影响。随着诱导温度升高，晶粒尺寸增大，最大晶粒为 500μm，结晶性越来越好，方块电阻和电阻率升高；随着诱导时间增加，晶粒形貌变为不规则 多边形，晶化率逐渐提高，在450℃、5h、30W条件下，晶化率达到97%；当功率提高时，薄 膜结晶质量也在提高，对可见光的透射率降低。分析机理是由于氢等离子体的钝化作用随着诱 导温度升高、诱导时间增加、射频功率提高而越来越显著，结合纳米硅诱导源这一因素，最终 获得了更大晶粒、更高质量的多晶硅薄膜。关键词：纳米硅，铝诱导晶化，多晶硅薄膜，普通退火，等离子体辅助退火，钝化AbstractPolycrystallineSilicon(poly-Si)thinfilm,consideredtobeahighlyefficientand low-attenuationphotovoltaicmaterial, has a relativelyhigh photosensitivityand absorbabilityof visiblesunlight.Inthemeantime,italsopossessesanadvantageofilluminationstabilityandsimple manufacturetechnique.Ontheotherhand,AluminumInducedCrystallization(AIC)isanew techniqueofproducinghighqualitypoly-Sifilmswithlargegrains,whichcouldgreatlyshortenthe preparationtime and lowerthe processingtemperature.In order to obtain highcarriermobility poly-Si thinfilms,weneedtoimprovethegrainsizeandthecrystallinequalityusingAICtechnique.Inthis thesis,wesuccessfullypreparedtheGlass/nc-Si/SiO2/AlstackbyR.F.sputteringandHWCVD,and then investigated thetechnology of processing poly-Sifilmsfromnanocrystallinesilicon(nc-Si)using AIC.Inaddition,basedontheviewofdynamics,thestudyofcrystallizationmechanismwascarried outandthemorphology,structure,electricalandopticalpropertyofthepoly-Sifilmswereanalyzed by various methods of characterization.Underthetraditionalannealingcondition,theGlass/nc-Si/SiO2/Alstructurestackswereannealed atdifferentproce