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基于磁控溅射技术的掺氢硅薄膜制备及其结构性能研究

郭伟  
【摘要】: 目前,针对非晶硅薄膜应用的研究已成为国际的研究热点。非晶硅薄膜(amorphous silicon, a-Si:H)具有独特的物理性能,可以大面积加工,因此作为太阳能光电材料已经在工业界中广泛应用;同时,它还在大屏幕液晶显示、传感器、摄像管等领域有着重要应用。早在20世纪60年代,人们就开始了对非晶硅的基础研究,70年代非晶硅开始用于太阳能光电材料。因此,非晶硅薄膜材料的性能研究得到业界的普遍关注。 本文采用直流和射频磁控溅射方法分别在N型硅衬底和玻璃衬底上沉积氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜。研究了溅射功率、氢气流量对薄膜的结构和性能的影响。结果表明: (1)采用直流磁控溅射法沉积薄膜结构是以非晶态为主,在非晶态基底上弥散分布有尺度为5-8nm的纳米晶颗粒,通过紫外-可见光透过率光谱的计算,得到薄膜的光学带隙在1.8-2.0eV左右;而采用射频磁控溅射法制备薄膜全部为非晶态结构,光学带隙均大于2.0eV。 (2)对于射频磁控溅沉积薄膜,随着溅射功率的增加,薄膜的沉积速率会逐渐增大,沉积膜层变厚,在可见光的范围内,透过率逐渐降低,薄膜光学带隙有减小趋势。 (3)在溅射气体氩气流量一定的情况下,采用直流磁控溅射时,提高氢气流量会使薄膜沉积速率先减小后增大,透过率逐渐增加,薄膜光学带隙先增大后减小;采用射频磁控溅射时,提高氢气流量使得薄膜的沉积速率减小,相同时间内沉积膜层变薄,透过率有一定程度增加,光学带隙增加。 (4)对比分析了直流溅射和射频溅射沉积硅薄膜的衬底和薄膜界面形貌。直流溅射的平均沉积速率大于射频溅射,两种溅射方法均可得到均匀致密的薄膜,直流溅射的膜基界面优于射频溅射沉积的薄膜。


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