中频磁控溅射法制备掺氢氮化硅减反/钝化复合功能薄膜的研究
发布时间：2020-12-11 18:00
使用中频磁控溅射法制备了具有光学减反射与电学钝化的复合功能的氮化硅（SiNx）薄膜,并对其结构和性能进行了综合研究。结果表明:在常规制绒硅片上沉积的两种不同折射率的单层SiNx减反膜表现出优异的光学性能,其在3001 100 nm波段的平均反射率由镀膜前的14.86%下降到镀膜后的5.50%和6.58%;若采用多层的氮化硅（m-SiNx）+氮氧化硅（SiOx Ny）薄膜作为减反层,则其平均反射率进一步下降到4.03%。同时,优化工艺制备得到的掺氢氮化硅（Si Nx∶H）薄膜,表现出良好的电学钝化特性。试验中分别制备了两种复合结构的薄膜,即SiNx∶H（厚度15 nm）+m-SiNx+SiOxNy与SiNx∶H（厚度30 nm）+m-SiNx+SiOxNy复合薄膜,其平均反射率分别为5.88%和5.43%;把这两种薄膜用于晶体硅太阳电池上,其开路电压...
【文章来源】：中山大学学报(自然科学版). 2016年05期 第31-36页 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
氮化硅薄膜的表面形貌
第5期沈国晟等:中频磁控溅射法制备掺氢氮化硅减反/钝化复合功能薄膜的研究薄膜结构的原因是:薄膜在衬底表面的缺陷处优先形核、生长，随后各岛都无序地扩张性生长，当在占据完第一层后、尚未填补完第一层的岛间空隙时，新的核便附着于岛顶并开始生长。这种生长模式导致溅射的薄膜较为疏松。由于稀疏孔洞的存在、且有一定的氧杂质而生成氮氧硅(SiOxNy)，这会导致薄膜的折射率低于致密的SiNx薄膜(折射率n=1.9～2.3)。图1氮化硅薄膜的表面形貌Fig.1SEMsurfacemorphologyoftheSiNxfilm图2给出了氮气分压对薄膜成分及其折射率的影响规律。薄膜制备参数为:Ar流量qAr为100mL/min，N2流量qN2分别为2、3、5、10mL/min。图2中，左边的纵坐标轴设为x，代表的是非化学计量比的非晶氮化硅a-SiNx里边的x。通过XPS测定获得的薄膜中各元素组分的占比，在去除氧杂质和碳杂质的影响之后，用w(N)除以w(Si)，则得到x的值。随着氮气分压的提高，则x值上升，折射率下降，所制备的薄膜趋向于富氮的状态。拟合的直线可以近似看作是过零点的，表明符合理想情况，即在N2分压为0的时候(即只有通入Ar时的情形)，x也是为0。当qAr/qN2为100∶2时，其薄膜折射率最大，达到1.88;qAr/qN2为100∶10时，其薄膜折射率最小，为1.66。对于致密的SiNx薄膜，当x=1.33的时候，即为Si3N4，其折射率应为1.97，但由于我们制备出来的SiNx如上所述是非致密的，且可能混杂SiOxNy，所以折射率会低于致密的SiNx薄膜。图3给出了氮气流量与薄膜沉积速率的关系曲线。薄膜的沉积速率基本都在30nm/min左右。随着氮气分压的上升，沉积速率略有下降，这可能是反应溅射从“金属模式”转为“氮?
??盅沟奶岣撸?騲值上升，折射率下降，所制备的薄膜趋向于富氮的状态。拟合的直线可以近似看作是过零点的，表明符合理想情况，即在N2分压为0的时候(即只有通入Ar时的情形)，x也是为0。当qAr/qN2为100∶2时，其薄膜折射率最大，达到1.88;qAr/qN2为100∶10时，其薄膜折射率最小，为1.66。对于致密的SiNx薄膜，当x=1.33的时候，即为Si3N4，其折射率应为1.97，但由于我们制备出来的SiNx如上所述是非致密的，且可能混杂SiOxNy，所以折射率会低于致密的SiNx薄膜。图3给出了氮气流量与薄膜沉积速率的关系曲线。薄膜的沉积速率基本都在30nm/min左右。随着氮气分压的上升，沉积速率略有下降，这可能是反应溅射从“金属模式”转为“氮化模式”的结果，也就是说从Si靶溅射转变为SiN溅射模式。图2氮气分压比值与薄膜成分比及其折射率的关系Fig.2TherefractiveindexandcomponentratiooftheSiNxfilmatvariousN2partialpressuresrationN2分压越高，靶表面生成的越是富氮的SiNx，越偏向于陶瓷属性，所以溅射产额的下降导致沉积速率的下降。从XPS的数据也可以看出:N2含量比例越高，沉积薄膜的氮含量也越高。图3氮气流量与薄膜沉积速率的关系Fig.3ThedependentofthedepositionrateofthefilmontheN2flow在制备了SiNx后，为了获得拥有钝化效果的SiNx∶H，在实验中通入H2参加反应溅射，希望能形成Si－H键从而填补硅的悬挂键、减少缺陷复合中心、降低表面态密度从而提高少子寿命、提高制成电池时的开路电压。图4给出了SiNx∶H薄膜与衬底硅片的傅里叶红外(FTIＲ)谱图，为了将数据分开便于分析，将样品的吸光度整体提高了0.3。对比Vernhes等［1
本文编号：2910982
【文章来源】：中山大学学报(自然科学版). 2016年05期 第31-36页 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
氮化硅薄膜的表面形貌
第5期沈国晟等:中频磁控溅射法制备掺氢氮化硅减反/钝化复合功能薄膜的研究薄膜结构的原因是:薄膜在衬底表面的缺陷处优先形核、生长，随后各岛都无序地扩张性生长，当在占据完第一层后、尚未填补完第一层的岛间空隙时，新的核便附着于岛顶并开始生长。这种生长模式导致溅射的薄膜较为疏松。由于稀疏孔洞的存在、且有一定的氧杂质而生成氮氧硅(SiOxNy)，这会导致薄膜的折射率低于致密的SiNx薄膜(折射率n=1.9～2.3)。图1氮化硅薄膜的表面形貌Fig.1SEMsurfacemorphologyoftheSiNxfilm图2给出了氮气分压对薄膜成分及其折射率的影响规律。薄膜制备参数为:Ar流量qAr为100mL/min，N2流量qN2分别为2、3、5、10mL/min。图2中，左边的纵坐标轴设为x，代表的是非化学计量比的非晶氮化硅a-SiNx里边的x。通过XPS测定获得的薄膜中各元素组分的占比，在去除氧杂质和碳杂质的影响之后，用w(N)除以w(Si)，则得到x的值。随着氮气分压的提高，则x值上升，折射率下降，所制备的薄膜趋向于富氮的状态。拟合的直线可以近似看作是过零点的，表明符合理想情况，即在N2分压为0的时候(即只有通入Ar时的情形)，x也是为0。当qAr/qN2为100∶2时，其薄膜折射率最大，达到1.88;qAr/qN2为100∶10时，其薄膜折射率最小，为1.66。对于致密的SiNx薄膜，当x=1.33的时候，即为Si3N4，其折射率应为1.97，但由于我们制备出来的SiNx如上所述是非致密的，且可能混杂SiOxNy，所以折射率会低于致密的SiNx薄膜。图3给出了氮气流量与薄膜沉积速率的关系曲线。薄膜的沉积速率基本都在30nm/min左右。随着氮气分压的上升，沉积速率略有下降，这可能是反应溅射从“金属模式”转为“氮?
??盅沟奶岣撸?騲值上升，折射率下降，所制备的薄膜趋向于富氮的状态。拟合的直线可以近似看作是过零点的，表明符合理想情况，即在N2分压为0的时候(即只有通入Ar时的情形)，x也是为0。当qAr/qN2为100∶2时，其薄膜折射率最大，达到1.88;qAr/qN2为100∶10时，其薄膜折射率最小，为1.66。对于致密的SiNx薄膜，当x=1.33的时候，即为Si3N4，其折射率应为1.97，但由于我们制备出来的SiNx如上所述是非致密的，且可能混杂SiOxNy，所以折射率会低于致密的SiNx薄膜。图3给出了氮气流量与薄膜沉积速率的关系曲线。薄膜的沉积速率基本都在30nm/min左右。随着氮气分压的上升，沉积速率略有下降，这可能是反应溅射从“金属模式”转为“氮化模式”的结果，也就是说从Si靶溅射转变为SiN溅射模式。图2氮气分压比值与薄膜成分比及其折射率的关系Fig.2TherefractiveindexandcomponentratiooftheSiNxfilmatvariousN2partialpressuresrationN2分压越高，靶表面生成的越是富氮的SiNx，越偏向于陶瓷属性，所以溅射产额的下降导致沉积速率的下降。从XPS的数据也可以看出:N2含量比例越高，沉积薄膜的氮含量也越高。图3氮气流量与薄膜沉积速率的关系Fig.3ThedependentofthedepositionrateofthefilmontheN2flow在制备了SiNx后，为了获得拥有钝化效果的SiNx∶H，在实验中通入H2参加反应溅射，希望能形成Si－H键从而填补硅的悬挂键、减少缺陷复合中心、降低表面态密度从而提高少子寿命、提高制成电池时的开路电压。图4给出了SiNx∶H薄膜与衬底硅片的傅里叶红外(FTIＲ)谱图，为了将数据分开便于分析，将样品的吸光度整体提高了0.3。对比Vernhes等［1
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