等離子體輔助化學氣相沉積技術

1、等離子體輔助化學氣相沉積技術2一、等離子體概述1.等離子體的定義： 等離子體是物質存在的第四種狀態(tài)，是由等量的自由電子和帶電離子組成的非束縛狀態(tài)的宏觀體系。2.等離子體的產生： 電擊穿、射頻放電、微波激發(fā)、沖擊波、高能粒子流、高溫加熱等3.等離子體的應用： （1）低溫等離子體：發(fā)光顯示、刻蝕、鍍膜 （2）高溫等離子體：磁控核聚變發(fā)電3二、PECVD技術（一）（一）PECVDPECVD概述概述1.PECVD的定義： 在低壓化學氣相沉積過程進行的同時，利用輝光放電產生的等離子體對沉積過程施加影響的技術稱為等離子體輔助化學氣相沉積技術。2.PECVD的優(yōu)點： （1）沉積速率高 （2）沉積溫度低，從而

2、不使基板發(fā)生相變或變形 （3）容易獲得比較均勻的組分，成膜質量高 （4）通過改變氣流比可以使薄膜組分連續(xù)變化4二、PECVD技術（二）（二）PECVDPECVD過程的動力學過程的動力學在PECVD過程中發(fā)生的微觀過程為：（1）氣體分子與等離子體中的電子發(fā)生碰撞，產生出活性基團和離子；（2）活性基團可以直接擴散到襯底；（3）活性基團也可以與其他氣體分子或活性基團發(fā)生相互作用，進而形成沉積所需的化學基團；（4）沉積所需的化學基團擴散到襯底表面；（5）氣體分子也可能沒有經過上述活化過程而直接擴散到襯底附近；（6）氣體分子被直接排出系統(tǒng)之外；（7）到達襯底表面的各種化學基團發(fā)生各種沉積反應并釋放出反應

3、產物。5二、PECVD技術（三）（三）PECVDPECVD裝置的典型結構裝置的典型結構 由于PECVD方法的主要應用領域是一些絕緣介質薄膜的低溫沉積，因而其等離子體的產生方法多采用射頻方法。射頻電場可采用兩種不同的耦合方式，即電感耦合和電容耦合。6二、PECVD技術（四）（四）PECVDPECVD技術的典型應用技術的典型應用7二、PECVD技術（四）（四）PECVDPECVD技術的典型應用技術的典型應用 PECVD氮化硅膜在太陽電池上具有減反射和鈍化作用。1.1.減減反射作用：反射作用： 照射到硅片上的光有相當一部分會被反射掉。如果在硅表面制備一層或多層薄膜，利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大

4、為減少，這種膜稱為太陽電池的減反射膜。制備減反射膜后，電池的短路電流會有很大增加，轉換效率相應也有很大提高。 波長為的光垂直入射，如果膜層光學厚度為的四分之一，即nd = /4時，硅片表面的反射率為 式中n0、n和nSi分別為外界介質、膜層和硅的折射率， d為膜層的實際厚度。 要使反射損失減到最小，即R =0，應有 硅的折射率nSi=3.9，如果電池直接暴露在真空或大氣中使用，最匹配的減反射膜折射率為n=1.97。PECVD氮化硅膜的折射率約為2.0，相當合適。22020SiSinn nRnn n0Sinn n8二、PECVD技術（四）（四）PECVDPECVD技術的典型應用技術的典型應用2.

5、2.鈍化作用：鈍化作用： PECVD沉積氮化硅膜時，反應產生的氣體中含氫，因此沉積的薄膜中有較高的氫含量，氫會從氮化硅薄膜中釋放，擴散到界面和硅中，最終與懸掛鍵結合，起到鈍化作用。 PECVD沉積氮化硅薄膜會有一定程度的表面損傷，形成較多空位?？瘴荒茉鰪姎涞臄U散，并形成空位對，使氫更容易與缺陷及晶界處的懸掛鍵結合，從而減小界面態(tài)密度和復合中心。 o300 C432SiH +NHSiN:H+3H9二、PECVD技術（四）（四）PECVDPECVD技術的典型應用技術的典型應用 由表中可以看出，氮化硅薄膜對電池短路電流的提高非常大，超過了50。開路電壓和填充因子稍有提高。電池的效率增幅達到73.8。這說明氮化硅薄膜的減反射和氫鈍化作用對多晶硅電池的效果非常明顯。 表表 氮化硅薄膜氮化硅薄膜對多晶硅電池性能的改善對多晶硅電池性能的改善沉積情況沉積情況短路電流短路電流/mA開路電壓開路電壓/mV填充因子填充因子FF/%效率效率/