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高能电子辐照氢化非晶硅微晶化的研究4 李象娜 (烟台师范学院 物理系 烟台市 264000) 钟雨乐 (暨南大学 电子工程系 广州市 510630) 一、引言 氢化非晶硅(a—Si：H)已广泛应用于器件制造，如太阳电池、 光传感器、薄膜晶体管、可见光发光管、多层超品格结构新器件等， 在静电印刷、摄象管、大面积液晶平面显示及器件材料表面钝化等方 面也被广泛应用。从热力学观点看，晶体材料对应于自由能最低状态， 对同一材料而畜，非晶态是处于比晶态的自由能更高的亚稳态。在一 定条件下，非晶态可以由一亚稳态变到更稳定即自由能较低的另一亚 稳态，这就是非品态的结构弛豫。结构弛豫是制约a—Si：H应用的一 2 个重要问题，它导致器件性能衰变和不稳定。例如室温下经200mW／cm 光照4小时后，a—Si：H膜暗光电导由10“(Qcm)-1下降到10“o (Q cm)一1；a～Si：H太阳电池在室外工作一年后，输出功率衰减 10～30吖。 c-Si：H)a a—Si：H较为稳定的亚稳态应属微晶化了的a—Si：H(p 若用制备a—Si：H相似的工艺淀积¨a—Si：H膜，比如用辉光放电法， 其淀积速率只有0．01—0．02nm 8～，比淀积a—Si：H慢数十倍‘”。另 ·国务院侨办重点学科科研基金资助项目； 一147 时，d—Si：H中起重要作用的H将逸出，致使材料性能变坏‘”。电子 辐照致使样品升温不超过100℃，使材料中的H含量最大限度地保留下 来，用以键连微晶界面内硅原子的悬挂键，使材料的缺陷态仍保留较 低水平。 高能电子辐照致使非晶材料微晶化的微观动力学机理目前研究甚 少，但这类实验已有人做过。Ning 与非晶体的交界面上出现外廷的非晶晶化的现象，在大量剂下(3·5 c ×1020～8．0×102。cm2)非晶相内部则出现核心晶化现象”1 W．Zhou发现在材料制作中，电子束辐照作用可将破坏成非品的结构 恢复成原来的晶体结构“1。 二、实验与结果 样品制备：口一Si：H膜的基体用(100)面P型单晶硅片(电阻 Q 率10～15 为300℃o沉积a—Si：H膜厚1．0卜rD。 样品的高能电子辐照在深圳科技园长葆特种材料公司的电子加速 器上完成。图1给出了制作工艺参数相同的d—Si：H膜辐照前后的X 射线衍射谱。辐照前是曲线l，无明显的衍射峰，只有非晶谷包。曲 cm一2s一， 线2的辐照条件为：电子束能量0．5Mev，流量5．5×10”e 辐照时同10s，相应辐照剂量5．5×10“ecm一。曲线2的非品谷色明 显变小，在20=29。处出现显著的衍射蜂，这对应于单晶硅的(111) 晶面的衍射，这表明口一Si：H已经发生晶化。微晶粒的平均大小，根 rr 5— 据该衍射峰的半宽度，利用DebYe—Scheer公式的估算值为1 30nm。 148 冒1．a—Si：H辐照前后的X射线衍 图2 d一8i：H辐席前后的红外 射谱，曲线l一辐射照前，曲 吸收光谱一曲钱1一辐熙前， 线2一辐照盾。 曲线2q照后· 图2是在上述相同条件下，d—Si：H辐照前后的红外吸收