在單晶Si(100)基體上利用電子回旋共振等離子體增強化學氣相沉積法制備硅薄膜, 并采用X射線衍射譜(XRD)、透射電鏡(TEM)、Raman光譜、電子自旋共振(ESR)波譜等實驗方法研究了不同Ar流量下硅薄膜微結構及懸掛鍵密度的變化。XRD及TEM實驗結果得出, 制備的硅薄膜的晶粒尺寸為12~16nm, 屬納晶硅薄膜。薄膜結晶度隨鍍膜時Ar 流量增大而增大, 而懸掛鍵密度則先迅速減小而后緩慢增大。當Ar流量為70ml/min( 標準狀態)時, 薄膜的懸掛鍵密度達到最低值4.42X10¹⁶ cm^-3。得出最佳Ar 流量值為70ml/min。

　　硅薄膜的結構缺陷顯著影響薄膜太陽能電池的性能。目前硅薄膜微結構的研究報道相對較多, 對硅薄膜缺陷的研究, 國外報道較多, 而國內相對較少, 尤其是對懸掛鍵缺陷的研究。懸掛鍵缺陷的存在對太陽電池性能的影響很大, 極易成為電子和空穴的額外復合中心, 使得電子的俘獲截面增大、壽命下降, 影響電池性能的穩定性。懸掛鍵中的電子是未配對的, 存在自旋, 電子自旋共振(ESR)技術是已知測量硅薄膜中懸掛鍵缺陷的主要方法。ESR測得在蒸發和濺射法制備非晶硅中, 自旋密度達到10²⁰cm^-3, 表明懸掛鍵缺陷的濃度是相當高的。無摻雜的非晶硅中的懸掛鍵密度很高(10¹⁸cm^-3或更高) , 電學性能很差, 不能滿足器件的應用要求, 而無摻雜的微晶硅薄膜中懸掛鍵密度達到10¹⁷~5X10¹⁸cm^-3。因此對懸掛鍵缺陷的研究是非常有必要的。

　　本文針對Ar稀釋SiH₄來制備硅薄膜, 通過分析檢測各種條件對結晶度、懸掛鍵密度的影響規律,為認識納晶硅薄膜的結構缺陷狀態提供實驗依據。

3、結論

　　本實驗條件下利用ECR-PECVD法在單晶Si(100)襯底上采用Ar 稀釋SiH₄作為反應氣源制備硅薄膜。

　　(1) 本實驗條件下制備的薄膜為納晶硅薄膜, 平均晶粒尺寸為12~16nm;

　　(2) 隨Ar流量增大, 薄膜的結晶度有增大的趨勢;

　　(3) 隨Ar流量增大, 懸掛鍵密度呈先迅速減小后緩慢增大的趨勢;

　　(4) 當Ar流量為70ml/min時, 薄膜結晶度約為50%, 薄膜的懸掛鍵密度達到最低值4.42X10¹⁶cm^-3, 因此得出最佳Ar流量為70ml/min。