為了實現低成本微晶硅薄膜的高速沉積，需要盡可能的優化工藝參數，特別是提高功率利用效率對于降低生產成本，以及提高工藝穩定性都具有重要的意義。文中對射頻等離子體增強化學氣相沉積系統的各部分功率消耗進行了測量與分析，發現實際用于輝光放電的功率利用率僅為10%以下； 腔室的寄生電阻自身消耗功率占30%左右，且寄生電抗分布情況對匹配器的功率消耗影響較大。通過對系統硬件的改造，降低了寄生電抗的影響，顯著地提高了功率耦合效率，在高反應氣壓條件下的功率利用率達到60%以上。

　　為降低硅基薄膜太陽電池組件的成本，在生產中往往需要增大組件面積以提高產能，獲得規模效益。這對等離子體增強化學氣相沉積(PECVD) 設備提出了更高的要求，應保證在整個組件面積上，薄膜的厚度以及性能滿足一定的均勻性指標。與此同時，為了提高生產效率，需要穩定、高速的沉積薄膜,這就需要設備能夠提供足夠大的射頻功率，這一般需通過特殊的電極結構設計以在滿足均勻性要求的同時，亦能夠使得設備具有高的能量利用效率，降低因發熱導致的工藝不穩定性的潛在風險。在射頻PECVD 系統中，常采用阻抗匹配網絡提高能量利用效率為，盡管如此，射頻電源輸出的功率中，被等離子體輝光放電消耗的功率10% ~ 50% ，其它大部分功率被匹配網絡以及系統的寄生電抗所消耗。相對于腔室結構的復雜性，匹配網絡的設計比較成熟，可以改進的地方不多，采用L 型匹配網絡比P型網絡結構能夠提高15%左右的利用效率。

　　本文通過研究腔室寄生電抗對功率損耗的影響，對腔室結構進行優化設計，降低寄生電抗，提高了系統能量效率。

1、實驗方法

　　PECVD 系統中，射頻或甚高頻電源的輸出功率通過同軸電纜傳輸到匹配器的輸入端，匹配器調整腔室的阻抗ZM 使之與功率源的阻抗Zg 匹配，互為共軛，即ZM = Z*g ，方利于最大功率傳輸至腔室中。而匹配器的輸出端與腔室通過一段較短的同軸電纜連接。其中電源的內阻Zg 以及上述兩段同軸電纜的特征阻抗ZT1、ZT2均為50歐，匹配器采用# 型匹配網絡，三個元件值都是可調的。等離子體的等效電抗Zp，腔體的寄生阻抗Zs。忽略同軸電纜的損耗，則電源的輸出功率P i 等于匹配器的輸入功率，應為匹配器的損耗PM 與匹配器的輸出功率Po 之和,

Pi= PM+ Po (1)

　　而Po為輝光放電等離子體的消耗功率PGD以及腔室寄生電抗的消耗功率Ps之和，即

Po= PGD+ Ps (2)

　　為了更加準確的測量獲得等離子體實際消耗的耦合功率，同時采用了功率計以及V-I 探針分別在射頻電源輸出端口A、匹配器輸入端口B 及匹配器輸出端口C 進行測量。測量之前，先將匹配器的位置進行調整，使匹配器輸入端口B 處測量到的反射系數最小(小于1.5) ，在此后多次的測量中，匹配器的各元件位置保持不變，同時調整功率源使其輸出功率與反射功率不變。在分別測得A、B 及C 端口的功率后，即可計算出同軸電纜、匹配器的功率損耗。為了方便的測量系列工藝條件下輝光放電等離子體消耗的功率，對Godyak提出的一定條件下的放電消耗功率的測量方法進行了改進，具體如下:

　　(1) 在保證系統不會發生放電的條件( 可使腔室中保持超高真空或大氣壓狀態) 下測量電極電壓Vo與射頻功率Ps，并繪制電壓-功率曲線，稱為基準功率曲線；

　　(2) 在目標工藝條件下測量輝光放電時的電極電壓以及此時的功率消耗P0，此時在基準功率曲線中找到對應電壓的功率值，與之相減，得到輝光放電的消耗功率PGD。

　　在上述測量過程中，應保證包括電極間距在內的系統硬件配置的一致性，當系統配置有所變化時,必須重新測量基準功率消耗曲線。而且應當注意,此處不能使用功率計測量。因為功率計測量功率的原理要求負載應滿足50歐特征阻抗的條件，否則將導致較大誤差，而對于大多數的真空腔室很難滿足上述條件。同時嚴格來說應當測量包括所有諧波的功率，但是二次及其以上的諧波分量消耗的功率比較小，使用V-I 探針測量時將其忽略不計，由此可能產生10% ~ 20%的誤差。

結論

　　小面積PECVD 設備中，功率利用率比較低，因為腔室寄生電抗引起的匹配器電流較大，造成了較大比例的功率消耗在匹配器中，這部分功率可超過70%以上。通過改善寄生電抗的分布情況，可以提高功率利用率達到60% 以上。功率的利用率與電極電壓有關，隨著電極電壓的提高將達到最大值，并趨于飽和。