以超白玻璃為襯底,利用熱絲化學氣相沉積和磁控濺射法制備了Glass/nc-Si/Al疊層結構,置入管式退火爐中進行等離子體輔助退火。樣品在氫等離子體氛圍下進行了400,425和450℃不同溫度,5 h的誘導退火,用光學顯微鏡和拉曼光譜對樣品進行了性能表征。結果表明隨著誘導溫度升高,樣品的Si(111)擇優取向越來越顯著;晶粒尺寸不斷增大,在450℃誘導溫度下獲得了最大晶粒尺寸約500μm的連續性多晶硅薄膜,且該溫度下薄膜晶化率達97%;薄膜的結晶質量也隨著溫度的升高而不斷提高。樣品經450℃誘導后的載流子濃度p為5.8×1017cm-3,薄膜霍爾遷移率μH為74 cm2/Vs。還從氫等離子體鈍化的角度分析了等離子體環境下鋁誘導納米硅的機理。

　　關鍵詞： 等離子體輔助退火;鋁誘導;納米硅;多晶硅薄膜;氫鈍化

　　基金項目: 國家高技術研究發計劃(863計劃)項目(2006AA03Z219);國家自然科學基金項目(61176062);江蘇高校優勢學科建設工程資助項目

　　多晶硅是由晶面取向各異、大小不同的晶粒聚合而成的晶體硅薄膜, 具有與單晶硅類似的優異電學性能, 其高遷移率可應用于傳感器等光電器件, 在液晶顯示、能源科學和微電子技術領域均具有廣泛應用。當多晶硅薄膜應用于太陽能電池時, 其晶粒尺寸直接影響薄膜載流子遷移率和薄膜太陽電池的效率[1] , 因此提高晶粒尺寸和結晶質量將是目前研究的重點內容。

　　鋁誘導法制備多晶硅的優點是襯底材料選擇性多、晶化溫度低、晶化時間短、生成的多晶硅晶粒尺寸較大, 由非晶硅誘導獲得的多晶硅晶粒尺寸最大已優化至100 淜嬀 2- 4] 。由于多晶硅薄膜的載流子遷移率與晶粒尺寸大小有著直接關系, 晶粒尺寸越大, 載流子遷移率越高。在前期的研究工作中, 將傳統的誘導源非晶硅改變為納米硅, 制備出了襯底/ 納米硅/ 氧化硅/ 鋁結構, 發現由納米硅誘導獲得的多晶硅最大晶粒尺寸可提高至400 淜嬀 5] 。

　　為了進一步提高多晶硅的晶粒尺寸, 本文采用等離子體輔助退火的方法來優化鋁誘導納米硅的制備工藝。該方法是利用氫等離子體氛圍促進鋁誘導納米硅的晶化進程, 獲得晶粒尺寸更大的多晶硅, 并結合氫等離子體對薄膜的同步鈍化作用, 消除薄膜內部的缺陷態,以提高薄膜的結晶質量, 使得該方法制備的連續多晶硅薄膜更加適用于進一步的外延和太陽能電池制備。

　　本文利用等離子體輔助退火工藝對樣品進行了熱處理, 當誘導溫度為450度時, 多晶硅薄膜最大晶粒尺寸達到500 um, 并且薄膜已完全連續化, 晶化率達到97%。隨著誘導溫度升高, 薄膜的結晶性能也越來越好, 溫度越高, 薄膜的質量越接近單晶硅質量。說明等離子體輔助條件下, 溫度因素決定了薄膜的晶粒尺寸和結晶性能。同時, 氫等離子體對晶粒缺陷態和懸掛鍵的鈍化效果, 對提高薄膜的結晶質量起到了至關重要的作用。最后經過電學性能測試表明, 該法獲得的多晶硅薄膜的霍爾遷移率和載流子濃度范圍均適合用于器件制備。因此, 將納米硅誘導源和等離子體輔助退火工藝相結合, 對于鋁誘導法獲得大晶粒、高質量的多晶硅薄膜具有十分重要的意義。