研究目的
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。
研究成果
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。
研究不足
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。
1:实验设计与方法选择:
采用热丝化学气相沉积(HWCVD)技术,通过改变工艺压力(10-100 Pa),以氢气稀释硅烷(氢气中含10%硅烷)和甲烷的混合气体为前驱体制备硅薄膜。整体设计思路是研究腔室压力对薄膜性能的影响。理论模型包括气相反应和表面扩散机制。
2:样品选择与数据来源:
薄膜沉积在无碱硼硅酸盐玻璃(康宁1737)基底上。选择标准包括固定基底温度(300°C)、灯丝温度(2000°C)、沉积时间(15分钟)和气体流量比(硅烷与甲烷为10:1)。数据来源包括结构、光学和电学测量。
3:实验设备与材料清单:
配备水平灯丝组件的HWCVD系统、钨丝(直径0.5毫米)、无碱硼硅酸盐玻璃(康宁1737)、氢气稀释硅烷(氢气中含10%硅烷)、纯甲烷、X射线衍射仪(布鲁克D8 Advance)、拉曼光谱仪(堀场Jobin Yvon LabRAM HR)、场发射扫描电子显微镜(卡尔蔡司Sigma)、紫外-可见-近红外分光光度计(珀金埃尔默Lambda 950)、银浆电极。
4:5毫米)、无碱硼硅酸盐玻璃(康宁1737)、氢气稀释硅烷(氢气中含10%硅烷)、纯甲烷、X射线衍射仪(布鲁克D8 Advance)、拉曼光谱仪(堀场Jobin Yvon LabRAM HR)、场发射扫描电子显微镜(卡尔蔡司Sigma)、紫外-可见-近红外分光光度计(珀金埃尔默Lambda 950)、银浆电极。 实验步骤与操作流程:
4. 实验步骤与操作流程:沉积前将腔室抽真空至约0.001 Pa。通过改变压力(10-100 Pa)并在固定参数下沉积薄膜。使用三根平行排列的钨丝,间距1厘米,灯丝与基底距离为4厘米。通过XRD和拉曼光谱进行结构研究,通过FESEM观察形貌,通过紫外-可见-近红外透射光谱采用Swanepoel法计算厚度和带隙,通过共面几何结构的银浆电极双探针法测量电导率。
5:001 Pa。通过改变压力(10-100 Pa)并在固定参数下沉积薄膜。使用三根平行排列的钨丝,间距1厘米,灯丝与基底距离为4厘米。通过XRD和拉曼光谱进行结构研究,通过FESEM观察形貌,通过紫外-可见-近红外透射光谱采用Swanepoel法计算厚度和带隙,通过共面几何结构的银浆电极双探针法测量电导率。 数据分析方法:
5. 数据分析方法:对拉曼光谱进行解卷积以计算键角偏差(ΔθB)、中程有序度(MRO)、晶粒尺寸、总结晶分数和纳米晶分数。分析XRD图谱以确定结晶度和物相。通过紫外-可见-近红外透射光谱采用Swanepoel法计算厚度和带隙。测量并分析暗电导率和光电导率。
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