微纳电子材料与工艺2_能源化工_工程科技_专业资料.ppt

微纳电子材料与工艺（2） 北京大学深圳研究生院 周航 zhouh81@pkusz.edu.cn 硅片粗选 酸洗、碱洗、清洗 抽样观察绒面效果 石英舟装载 扩散炉 边缘刻蚀 石墨舟转载 PECVD镀减反膜 硅薄膜工艺 化学气相沉积 (CVD) 根据气压等级分类 1Torr=133Pa 常压化学气相沉积 （APCVD, 760 Torr） 次大气压化学气相沉积 （SACVD, 10~760Torr） 低压化学气相沉积 （LPCVD, 0.1~10 Torr) 超低压化学气相沉积 （ULPCVD, 0.1 Torr) 化学气相沉积 (CVD) 根据能量供给方式分类 热激活式化学气相沉积 （TACVD） 等离子体增强CVD （PECVD, RF-,MW-.DC, ECR-PECVD, Remote Plasma, et al) 光辅助式化学气相沉积 （Photo-assisted CVD) CVD Growth CVD外延生长的规律 质量运输控制区 生长速率与反应气体的质量输速率 成正比；不受晶相影响。 表面反应控制区 生长速率与温度成指数关系，且和 反应物浓度成正比；受表面影响。 外延硅膜 外延硅膜是指在衬底上长出单晶硅膜。主要应用在含高浓度掺杂的硅衬底上，如n+，长一层低浓度掺杂的硅层。常应用于CMOS和Bipolar器件中。 非晶硅太阳能电池 非晶硅的优点 1、非晶硅具有较高的光吸收系数。特别是在0.3-0.75μm的可见光波段，它的吸收系数比单晶硅要高出一个数量级。因而它比单晶硅 对太阳辐射的吸收效率要高40倍左右，用很薄的非晶硅膜（约1 μm厚）就能吸收90%有用的太阳能。这是非晶硅材料最重要的特点，也 是它能够成为低价格太阳能电池的最主要因素。 2、非晶硅的禁带宽度比单晶硅大，随制备条件的不同约在1.5-2.0eV的范围内变化，这样制成的非晶硅太阳能电池的开路电压高。 3、制备非晶硅的工艺和设备简单，淀积温度低，时间短， 适于大批生产。 4、由于非晶硅没有晶体所要求的周期性原子排列，可以不考虑制备晶体所必须考虑的材料与衬底间的晶格失配问题。因而它几乎可以淀积在任何衬底上，包括廉价的玻璃衬底，并且易于实现大面积化。 非晶态半导体 与晶体材料相比，非晶态半导体材料的原自在空间排列上失去了长程有序性。由于受到共价键的约束，在几个原子的微小范围内，可以看到与晶体类似的结构特征。长程无序，短程有序 非晶态的结构 用来描述非晶硅的结构模型很多，右图给出了其中的一种，即连续无规网络模型的示意图。可以看出，在任一原子周围，仍有四个原子与其键合，只是键角和键长发生了变化，因此在较大范围内，非晶硅就不存在原子的周期性。 非晶硅的缺陷 在非晶硅材料中，还包含有大量的悬挂键、空位等缺陷，因而其有很高的缺陷态密度，它们提供了电子和空穴复合的场所，所以，一般说，非晶硅是不适于做电子器件的。 Anderson晶格 势井的深度和分布 区域不规则 非晶硅的能带 晶体 非晶体 非晶硅的迁移率边缘 当电子态密度增加到一定数量的时候，局域态会质变成扩展态，电子便能自由的在非晶硅里迁移，电子迁移率陡增。 1975 年，Spear通过辉光放电技术分解硅烷，得到的非晶硅薄膜中含有一定量的氢，使得许多悬挂键被氢化，大大降低了材料的缺陷态密度，并且成功地实现了对非晶硅材料的p型和n型掺杂。 反应腔内抽上真空，充入氢气或氩气 稀释的硅烷气体，直流或高频电源用电容 或电感耦合的方式加在反应腔内的电极 上，腔内气体在电源作用下电离分解，形 成辉光的等离子体。非晶硅薄膜就淀积在 加热的衬底上，一般衬底温度在250-500度 之间。若在反应气体中加入适当比例的 PH3或B2H6气体，便可以得到n型或p型的 掺杂非晶硅薄膜。 相图 非晶硅的能带 非晶硅有带尾 迁移率陡变的带边 禁带宽度可调节 非晶硅的光学特性 非晶硅的吸光系数 本征 带尾 次带 吸光系数与光学带隙 Tauc规律 光学带隙与氢含量 Si-H键能大于Si-Si 非晶硅的电学特性 本征非晶硅为弱n型 电导率在10-12 – 10-13 S 掺杂效果没有晶体硅好，费米能级只能大约在导电价带的0.2eV处 非晶硅的光电导   非晶硅的优点 非晶硅的制备简单 非晶硅的吸光系数大，用更少的材料 本周课堂习题 ，一共两道 (下周二交给助教） d. Three different silicon wafers with different lattice surface exposed in the air,（100），（110），（111）, which wafer do you think has the highest oxidation rate？ Diffusion Coefficient