發(fā)布時間：2018-08-02 12:55

【摘要】：多晶硅薄膜因其獨特的光學、電學性能及成本優(yōu)勢被認為是信息產(chǎn)業(yè)和太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的關鍵材料。低溫、快速制備高質(zhì)量多晶硅薄膜是其重要的發(fā)展方向。在眾多低溫工藝中,H原子被廣泛認為對多晶硅薄膜制備有著重要的促進作用。近些年來新開發(fā)的中壓等離子體技術其中一個重要的特性就是擁有高的H原子密度,因此其可能在低溫制備多晶硅薄膜方面有著極大的潛力。本論文以中壓等離子體技術為基礎,開發(fā)一種新的非晶硅薄膜快速退火晶化的方法,驗證高密度H原子在晶化過程中起到的重要作用;再根據(jù)其高密度H原子及高溫條件下獨特的團簇式高速外延的特點,探究低溫條件下基于玻璃襯底的多晶硅沉積工藝。(1)利用Ar、H2作為等離子體氣體而產(chǎn)生的中壓等離子體對1μm厚的無氫非晶硅薄膜進行退火,幾秒鐘內(nèi)即可獲得高結晶度的微晶硅薄膜,襯底溫度低于600℃。中壓等離子體提供的熱能及高密度H原子化學退火作用是其能夠?qū)崿F(xiàn)低溫快速退火重要原因。實驗也探究了H2濃度、等離子體能量和退火時間對薄膜的形態(tài)與結晶度的影響,發(fā)現(xiàn)合理的提高功率和H原子濃度是短時間退火得到高結晶度薄膜的關鍵控制工藝,進一步提高H原子活性及延長退火時間會造成薄膜表面的刻蝕。另外也對中壓等離子體退火機制做出了描述。(2)利用中壓等離子體CVD技術在玻璃襯底上實現(xiàn)了低溫多晶硅薄膜的制備。在110℃的襯底整體溫度條件下獲得了平整、連續(xù)的多晶硅薄膜,沉積速率達到了7.4μm/min,高于傳統(tǒng)CVD方法不止一個數(shù)量級。實驗同時探究了沉積工藝對薄膜質(zhì)量和沉積速率的影響:提高射頻功率可以提高薄膜質(zhì)量和沉積速率;提高硅烷濃度可提高沉積速率,但薄膜質(zhì)量先提升再降低。通過提高等離子體活性的方式可進一步降低整體襯底溫度至85℃,并獲得完全結晶、形貌平整的多晶硅薄膜。通過以上述兩方面的研究,表明了中壓等離子體在低溫高速制備多晶硅薄膜的優(yōu)越性。
[Abstract]:Polysilicon thin film is considered to be the key material in the information industry and the solar photovoltaic power generation industry because of its unique optics, electrical properties and cost advantages. Low temperature and rapid preparation of high quality polysilicon thin film are its important development direction. In many low temperature processes, H atoms are widely recognized as an important promotion to the preparation of polysilicon thin films. In recent years, one of the most important characteristics of the newly developed medium pressure plasma technology is to have a high H atomic density. Therefore, it may have great potential in the preparation of polysilicon thin films at low temperature. This paper is based on the medium pressure plasma technology, and develops a new method of rapid annealing of amorphous silicon thin films. The important role of high density H atoms in crystallization process is proved, and according to the characteristics of high density H atom and high speed epitaxy under high temperature conditions, the polycrystalline silicon deposition process based on glass substrate at low temperature is explored. (1) the medium pressure plasma produced by Ar, H2 as the plasma body of the plasma to the non hydrogen non hydrogen non. The crystalline silicon thin film can be annealed in a few seconds. The substrate temperature is lower than 600. The thermal energy provided by the medium pressure plasma and the high density H atomic chemical annealing are important reasons for the rapid annealing at low temperature. The experiment also explores the H2 concentration, the plasma energy and the annealing time on the shape of the film. With the influence of state and crystallinity, it is found that reasonable increase of power and H atom concentration is the key control technology for short time annealing of high crystallinity thin films. Further improving the H atomic activity and prolonging the annealing time will cause the etching of the film surface. In addition, the medium pressure plasma annealing machine is also described. (2) the use of medium pressure plasma CV D technology has realized the preparation of low temperature polysilicon thin film on the glass substrate. The smooth, continuous polysilicon film was obtained at the overall temperature of 110 centigrade. The deposition rate reached 7.4 mu, higher than the traditional CVD method more than one order of magnitude. The effect of the deposition process on the film quality and deposition rate was also investigated. Radio frequency power can improve the film quality and deposition rate, and increase the silane concentration to increase the deposition rate, but the film quality first increases and then decreases. By increasing the plasma activity, the overall substrate temperature can be further reduced to 85 degrees C, and the complete crystalline and smooth polycrystalline silicon film is obtained. Through the above two aspects of research, The superiority of medium pressure plasma in preparing polycrystalline silicon thin films at low temperature and high speed is demonstrated.
【學位授予單位】：中國地質(zhì)大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN304.12;TB383.2

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