本发明专利技术提供一种PECVD沉积氢化纳米晶硅薄膜的制备方法，所述方法包括：样品制备步骤、样品准备步骤、抽真空步骤、通气步骤、射频发生步骤、加偏压步骤和生长步骤等。本发明专利技术通过调节脉冲偏压参数来控制纳米晶硅成核，降低了纳米晶硅薄膜中的缺陷态，形成了一种高晶化度低缺陷态的镶嵌纳米晶硅的氢化纳米晶硅薄膜。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种PECVD沉积氢化纳米晶硅薄膜的制备方法。
技术介绍
等离子体增强化学气相沉积技术是借助于辉光放电等离子体使含有薄膜组分的气态物质发生化学反应，从而实现薄膜材料生长的一种新的制备技术。PECVD沉积氢化纳米晶硅薄膜过程中，可以改变各种参量(如改变反应气体硅氢比例，改变衬底温度，改变馈入功率等)，来提高成膜质量和沉积速率。纳米晶硅粒子在薄膜中成核生长一般得需要成膜后经过高温退火(温度时间)才能实现，在高温退火中一些缺陷态如悬挂键才能被有效消除。即使是低温沉积，衬底温度也需在300-400度之间，并且会存在大量缺陷。这样给柔性衬底生长带来一定的困难。
技术实现思路
鉴于现有技术中的上述问题，提出了本专利技术，本专利技术的目的在于在较低的衬底温度的情况下，通过调节脉冲偏压参数达到控制纳米晶硅成核和降低缺陷态的目的，形成一种高晶化度低缺陷态的镶嵌纳米晶硅的氢化纳米晶硅薄膜。 根据本专利技术的一方面，提供一种PECVD沉积氢化纳米晶硅薄膜的制备方法，所述方法包括以下步骤: (1)样品制备步骤:选取肖特基玻璃和双面抛光的P型(100)晶相单晶硅，所述单晶硅的电阻率为5-10 Ω.cm，将肖特基玻璃和单晶硅片裁成3cmX 3cm见方小片，作为待生长薄膜的衬底； (2)样品准备步骤:将肖特基玻璃衬底先用无水乙醇清洗表面杂质，再用丙酮异丙醇超声10分钟，最后放入臭氧处理机处理20分钟；单晶硅衬底先用丙酮和甲醇混合液浸泡3分钟，然后烘干，再用体积比为I: 2:5的NH4OH = H2O2 = H2O混合液浸泡5分钟，经去离子水处理后，再放入体积比为1:10的HF = H2O中浸泡I分钟，然后取出，用去离子水清洗，最后烘干；(3)抽真空步骤;将准备好的衬底放在下电极上，进行抽真空，腔内真空度达到10—4pa时加热下电极，加热温度为150-300 °C; (4)通气步骤:通入反应气体SiH4和H2，其中SiH4气体的纯度为99.9999%,?气体的纯度为99.999%, SiH4和H2总流量为90sccm-150sccm，流量比为2:100-6:100，反应气压为100-300pa;(5)射频发生步骤:将射频电源的频率调节为13.56MHz，功率调节为40_120w; (6)加偏压步骤:开启下电极偏压源，加直流脉冲负偏压，频率为5?10Hz，占空比为10-80%，电压幅值为60-200V; (7)生长步骤:生长氢化纳米晶硅薄膜，生长时间为60-120分钟，膜厚为200nm-300nm; (8)关闭各电源，将制备有薄膜的样品取出，测量肖特基玻璃衬底上薄膜的光学性质，P型硅衬底刷银胶后进行电学性质的测量。作为优选的方案，在所述抽真空步骤中，下电极的加热温度为200°C。作为优选的方案，在所述通气步骤中，SiH4和H2总流量为104sccm。作为优选的方案，在所述通气步骤中，SiHdPH2的流量比为4:100。作为优选的方案，在所述通气步骤中，所述反应气压为190pa。作为优选的方案，在所述加偏压步骤中，直流脉冲负偏压的频率为60Hz。作为优选的方案，在所述加偏压步骤中，直流脉冲负偏压的占空比为40%。作为优选的方案，在所述加偏压步骤中，直流脉冲负偏压的电压幅值为120v。作为优选的方案，在所述生长步骤中，氢化纳米晶硅薄膜的厚度控制为200纳米，生长时间为60分钟。本专利技术提供了一种镶嵌纳米晶硅的氢化纳米晶硅薄膜制备方法。采用本专利技术的PECVD的方法，在生长薄膜时衬底加上脉冲负偏压，形成的鞘层会增大离子在薄膜表面的动能，从而提高纳米晶硅粒子的晶化率。同时更高的离子扩散和迀移能力使薄膜中一些悬键和离子键合形成稳定结构，降低了薄膜中缺陷密度。【附图说明】图1为的PECVD沉积氢化纳米晶硅薄膜的制备装置的结构示意图。【具体实施方式】现在，参照附图详细说明本专利技术的示例性实施例。应当指出，除非另外具体说明，在这些实施例中描述的部件、数字表示和数值的相对配置不限制本专利技术的范围。 首先，参照图1说明本专利技术的PECVD沉积氢化纳米晶硅薄膜的制备装置。本专利技术制备设备包括射频阴极1、下电极2、进气口3、排气口 4、样品5和金属反应腔6o将SiH4和H2的混合气体从进气口 3通入金属反应腔，未反应完的SiH4和H2及衍生物从排气口 5排出。射频阴极I与下电极2之间的距离为5cm，样品5放置于下电极2上。脉冲偏压源为下电极2提供脉冲偏压。脉冲偏压为负脉冲，脉冲偏压源的输出电压为0-250V可调，输出电流峰值为0-200A，占空比为0-100 %可调，换向时间为正向l_9999ms可调，反向l-9999ms可调，输出频率为5_5000Hz可调。样品5为肖特基玻璃和晶体硅基片，表面积3cm X 3cm，厚度0.1mm。在制备PECVD沉积镶嵌纳米晶硅的硅氧薄膜时，在射频阴极I和下电极2之间形成等离子放电区，样品5位于等离子放电区内。接下来，说明PECVD技术制备的氢化纳米晶硅薄膜形成过程: 在利用PECVD技术制备氢化纳米晶硅薄膜时，薄膜的生长主要包括三个基本过程: (I)在非平衡等离子体中，电子与反应气体发生初级反应，使其发生分解而形成离子和活性基团的混合物，主要反应过程有:e+H2~e+H2^H++H+2eSiH4+e^SiH3++H+2eSiH4+e—SiH2++H2+2e (2)各种活性基团向薄膜生长表面和管壁扩散输运，同时发生各反应物之间的次级反应；SiH2+H2—SiH4SiH2+SiH4—Si2H6 (3)达到生长表面的各种初级反应和次级反应产物被吸附并与表面发生反应，同时伴随有气相分子物的放出。(Si — H)+SiH3—(Si —)+SiH4(S1-)+SiH3^(S1-SiH3*)(Si —SiH3*)—(Si —SiH)+H2 (Si — SiH)+(Si — Η)—(Si — Si — SiH2)在制备PECVD沉积镶嵌纳米晶硅的硅氧薄膜时，PECVD腔体等离子辉光放电，从上到下结构为电极、等离子区、鞘层区、衬底。衬底脉冲负偏压主要影响鞘层区等离子分布，负偏压的增加使得通过等离子体鞘区域被加速的离子能量增加(尤其是正离子)，离子到达表面后平均动能和扩散能力增加，同时与衬底表面的相互作用也得到了加强。同时，一些吸附在衬底面的离子直接变成了沉积粒子，具有高能量的沉积粒子在相对低的衬底温度下形核、生长，并且最终形成具有良当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种PECVD沉积氢化纳米晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)样品制备步骤：选取肖特基玻璃和双面抛光的P型(100)晶相单晶硅，所述单晶硅的电阻率为5‑10Ω·cm，将肖特基玻璃和单晶硅片裁成3cm×3cm见方小片，作为待生长薄膜的衬底；(2)样品准备步骤：将肖特基玻璃衬底先用无水乙醇清洗表面杂质，再用丙酮异丙醇超声10分钟，最后放入臭氧处理机处理20分钟；单晶硅衬底先用丙酮和甲醇混合液浸泡3分钟，然后烘干，再用体积比为1:2:5的NH4OH:H2O2:H2O混合液浸泡5分钟，经去离子水处理后，再放入体积比为1:10的HF:H2O中浸泡1分钟，然后取出，用去离子水清洗，最后烘干；(3)抽真空步骤；将准备好的衬底放在下电极上，进行抽真空，腔内真空度达到10‑4pa时加热下电极，加热温度为150‑300℃；(4)通气步骤：通入反应气体SiH4和H2，其中SiH4气体的纯度为99.9999％，H2气体的纯度为99.999％，SiH4和H2总流量为90sccm‑150sccm，流量比为2:100‑6:100，反应气压为100‑300pa；(5)射频发生步骤：将射频电源的频率调节为13.56MHz，功率调节为40‑120w；(6)加偏压步骤：开启下电极偏压源，加直流脉冲负偏压，频率为5～100Hz,占空比为10‑80％，电压幅值为60‑200v；(7)生长步骤：生长氢化纳米晶硅薄膜，生长时间为60‑120分钟，膜厚为200nm‑300nm；(8)关闭各电源，将制备有薄膜的样品取出，测量肖特基玻璃衬底上薄膜的光学性质，P型硅衬底刷银胶后进行电学性质的测量。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐艳梅，张贵银，王永杰，赵占龙，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北;13
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