在單晶Si(100)基體上利用電子回旋共振等離子體增強(qiáng)化學(xué)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(shí)驗(yàn)方法研究了不同Ar流量下硅薄膜微結(jié)構(gòu)及懸掛鍵密度的變化。XRD及TEM實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jié)晶度隨鍍膜時(shí)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(dāng)Ar流量為70ml/min( 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))時(shí), 薄膜的懸掛鍵密度達(dá)到最低值4.42X10¹⁶ cm^-3。得出最佳Ar 流量值為70ml/min。

　　硅薄膜的結(jié)構(gòu)缺陷顯著影響薄膜太陽能電池的性能。目前硅薄膜微結(jié)構(gòu)的研究報(bào)道相對(duì)較多, 對(duì)硅薄膜缺陷的研究, 國外報(bào)道較多, 而國內(nèi)相對(duì)較少, 尤其是對(duì)懸掛鍵缺陷的研究。懸掛鍵缺陷的存在對(duì)太陽電池性能的影響很大, 極易成為電子和空穴的額外復(fù)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(wěn)定性。懸掛鍵中的電子是未配對(duì)的, 存在自旋, 電子自旋共振(ESR)技術(shù)是已知測(cè)量硅薄膜中懸掛鍵缺陷的主要方法。ESR測(cè)得在蒸發(fā)和濺射法制備非晶硅中, 自旋密度達(dá)到10²⁰cm^-3, 表明懸掛鍵缺陷的濃度是相當(dāng)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(xué)性能很差, 不能滿足器件的應(yīng)用要求, 而無摻雜的微晶硅薄膜中懸掛鍵密度達(dá)到10¹⁷~5X10¹⁸cm^-3。因此對(duì)懸掛鍵缺陷的研究是非常有必要的。

　　本文針對(duì)Ar稀釋SiH₄來制備硅薄膜, 通過分析檢測(cè)各種條件對(duì)結(jié)晶度、懸掛鍵密度的影響規(guī)律,為認(rèn)識(shí)納晶硅薄膜的結(jié)構(gòu)缺陷狀態(tài)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

3、結(jié)論

　　本實(shí)驗(yàn)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(yīng)氣源制備硅薄膜。

　　(1) 本實(shí)驗(yàn)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(jié)晶度有增大的趨勢(shì);

　　(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(shì);

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