PECVD制备氢化硅氧薄膜及其光电特性研究

发布时间：2018-04-21 23:15

本文选题：氢化硅氧薄膜 + 二氧化碳气体流量比　；参考：《云南师范大学》2017年硕士论文

【摘要】：硅基薄膜材料具有原料储存丰富、材料和制造成本低廉、制备技术成熟及易于大面积加工、并且易于实现柔性电池等优点,其应用范围广泛待开发的空间大。在众多类型的薄膜材料中,氢化硅氧薄膜材料有其独特的优势,且是具有广阔应用前景的新型材料之一。本论文使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,沉积了大量的硅氧(SiO_x:H)薄膜,研究了P型硅氧(SiO_x:H)薄膜的结构、光学和电学特性。对于本论文的主要工作和内容作以下几点简要介绍:1.以不同的二氧化碳与硅烷气体流量比(RC=[CO_2]/[SiH_4]=0、0.5、1、2)和不同的衬底温度(200℃和250℃),在高气压(220Pa)和高功率密度(1W·cm-2)条件下制备了一系列的氢化硅氧(SiO_x:H)薄膜。运用Raman谱和XRD对材料的微结构进行表征,运用傅立叶变换红外(FTIR)光谱对薄膜的键合模式以及薄膜中氧含量、氢含量进行分析表征。薄膜的光学特性(薄膜折射率n、光学带隙Eg等)与不同CO_2/SiH_4气体流量比的关系是通过分光光度计(UV-VIS)透射谱分析讨论;采用绝缘电阻测试仪进行变温暗电导率测试,分析讨论了暗电导率σd、激活能Ea与CO_2/SiH_4流量比的关系。实验发现,薄膜沉积速率可达0.30nm·s-1;同时,随着掺入气体CO_2流量增加,薄膜由微晶+非晶两相结构逐渐转化为非晶相;在500~750nm波长范围内,氧的掺入使薄膜折射率下降(从3.67到2.65),光学带隙增大(从1.52eV到2.26eV);薄膜中Si-H键伸展模的微结构参数R*增大,缺陷增多薄膜质量变差;随着二氧化碳气体流量比的增加,过氧反应导致薄膜中的氧原子增多而使薄膜电学性能变差,电导率呈减小趋势而激活能Ea增大,费米能级向导带底移动。2.不同氢气流量比系列的氢化硅氧(a-SiO_x:H)薄膜是由PECVD系统沉积在普通玻璃衬上,研究了不同的氢气与硅烷气体流量比(RH=[H_2]/[SiH_4]=200,250,300,350,400)对材料微结构和光学特性的影响[3]。薄膜的微结构和光学特性是利用Raman谱、XRD和紫外-可见光(UV-VIS)透射谱分别进行表征测试与分析的。从实验的表征结果来看:硅氧薄膜的XRD和Raman谱的表征结果相互验证即都呈现出非晶硅的特征峰;随着氢气气体流量比增加,氢等离子的刻蚀效应使得薄膜中氧原子数量增多,最终导致薄膜沉积速率RG减小,光学带隙Eg增大(从1.78eV到2.13eV)。3.不同硼掺杂比系列P型氢化硅氧(SiO_x:H)薄膜是以不同的乙硼烷与硅烷气体流量比(RB=[B_2H_6]/[SiH_4]=0%、0.75%、1.5%、4.5%、7.5%)、二氧化碳与硅烷气体流量比(RC=[CO_2]/[SiH_4]=0和1),固定的衬底温度(TS=200℃)、高气压(220Pa)、高氢稀释比(RH=[H_2]/[SiH_4]=200)和高功率密度(1W·cm-2)为实验参数条件所制备[3]。借助Raman谱、XRD、紫外-可见光(UV-VIS)透射谱以及变温电阻测试等手段,分析讨论了在改变硼掺杂比的情况下对氢化硅氧(SiO_x:H)薄膜微结构与光电性质所产生的影响变化和产生这种变化的机理。研究结果表明:薄膜的结晶态随着硼烷的引入明显减少最终消失,同时随着硼掺杂比RB的增大,薄膜光学带隙减小,折射率增大,薄膜暗电导率先减小后增大,这不仅与硼掺杂比有关,而且与薄膜中的氧含量和结晶率相关,最终获得电导率最大值为0.048Ω-1·cm-1。
[Abstract]:A series of SiO _ x : H films have been prepared under high air pressure ( 220 Pa ) and high power density ( 1 W 路 cm -2 ) by using plasma enhanced chemical vapor deposition ( PECVD ) . The microstructure and optical properties of the films were characterized by Raman spectroscopy , XRD and UV - VIS transmission spectra . The results show that the XRD and Raman spectra of the films show the characteristic peaks of amorphous silicon . As the hydrogen gas flow ratio increases , the etching effect of the hydrogen plasma increases the number of oxygen atoms in the thin films . The results show that the film deposition rate RG is increased ( from 1.78eV to 2.13eV ) . The changes of the microstructure and photoproperties of hydrogenated silicon oxygen ( SiO _ x : H ) thin films were analyzed by means of Raman spectrum , XRD , UV - VIS transmission spectra and variable temperature resistance tests . The results show that the crystalline state of the thin films decreases with the introduction of borane . The results show that the crystalline state of the thin films decreases with the increase of the boron doping ratio , the optical band gap decreases , the refractive index is increased , and the dark conductivity of the thin film increases first , which is not only related to the boron doping ratio but also with the oxygen content and the crystallization rate in the film , and finally , the maximum conductivity is 0.048 惟 - 1 路 cm - 1 .

【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.2

【参考文献】