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采用硅烷和甲烷作为前驱体,在热丝化学气相沉积技术中腔室压力对硅薄膜结晶度和成分的影响

DOI:10.1016/j.tsf.2019.04.038 期刊:Thin Solid Films 出版年份:2019 更新时间:2025-11-21 11:01:37
摘要: 热丝化学气相沉积是一种多功能技术,与等离子体增强化学气相沉积(1-2 ?/秒)相比,它能以更高的沉积速率(约5-10 ?/秒)沉积a-Si:H和nc-Si薄膜。我们报道了通过在热/催化分解过程中向硅烷中添加甲烷,在极高沉积速率(≥40 ?/秒)下制备高度结晶的硅薄膜。在衬底温度为300°C、灯丝温度为2000°C的条件下,通过改变腔室压力(10-100 Pa)沉积了一系列薄膜。使用氢稀释硅烷(10%硅烷在氢气中)和纯甲烷作为前驱体,并保持气体流量比恒定为10。在较低压力(≤20 Pa)下制备的薄膜具有更高的结晶度且不含任何碳原子痕迹。当压力增加时,带隙从1.24 eV增加到1.63 eV。研究发现,腔室压力在决定这些薄膜的结晶度、无序度和组成方面起着关键作用。在氢稀释硅烷中添加甲烷提高了低压(≤20 Pa)下硅薄膜的沉积速率和结晶度。在压力超过20 Pa时,检测到碳原子的特征信号。当压力>100 Pa时,获得了SiC薄膜。
作者: Ramakrishna Madaka,Juhi Kumari,Venkanna Kanneboina,Himanshu S Jha,Pratima Agarwal
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研究概述 实验方案 设备清单

利用硅烷和甲烷作为前驱体,在热丝化学气相沉积技术中研究腔室压力对硅薄膜结晶度、成分及沉积速率的影响。

在低压(10-100帕)条件下沉积出无碳痕迹的高结晶度硅薄膜,实现了高沉积速率(≥40埃/秒)和可调带隙(1.24-1.63电子伏)。腔室压力对结晶度、无序度和组分具有关键影响。添加甲烷可在低压下提高沉积速率和结晶度,而较高压力会导致碳掺杂。这些发现对于缩短基于非晶硅氢/纳米晶硅叠层太阳能电池的加工时间具有重要意义。

该研究仅限于10-100帕的压力范围及特定沉积参数(衬底温度300°C,灯丝温度2000°C)。当压力≥40帕时会发生碳掺杂,可能影响薄膜纯度。高压(100帕)下沉积速率因气相反应而降低。该方法可能未针对其他前驱体组合或更宽压力范围进行优化。

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