基于铝诱导结晶的多晶硅薄膜材料结构优化-中国科学.PDF

中国科学 E 辑 : 技术科学 2009 年 第 39 卷 第 6 期 : 1054 ~ 1057 SCIENCE IN CHINA PRESS 基于铝诱导结晶的多晶硅薄膜材料结构优化 * 王泽温 , 熊兵, 张李冲, 罗毅 清华大学电子工程系, 清华信息科学与技术国家实验室(筹)/集成光电子学国家重点实验室, 北京 100084 * E-mail: wzwen@ 收稿日期: 2009-02-14; 接受日期: 2009-04-01 国家自然科学基金(批准号: 、国家高技术研究发展计划(“863”计划)(批准号: 2007AA05Z429)和博士后基金(批准号: 20080430405) 资助项目 摘要 基于铝诱导结晶化(AIC)方法, 研究了不同溅射材料结构对多晶硅薄膜形成过程和 关键词 材料特性的影响. 首先利用射频溅射 Si 和直流溅射Al 的方法, 分别在普通玻璃衬底上沉积 铝金属诱导晶化 Si/Al/Glass, Al/Si/Glass, Si/Al/ /Si/Al/Glass 三种不同结构的薄膜材料. 采用相同的低温退火 多晶硅薄膜 (500 ℃)工艺, 对上述薄膜进行了多组时间下的退火Al诱导结晶处理. 对退火处理后的样品去 材料结构 除表面多余Al 之后进行了X 射线衍射、电子显微镜表面观察和霍耳迁移率测试, 分析其晶 溅射 周期性结构 体质量特性和电学特性. 结果表明, 在足够长时间下, 3种结构均可成功实现AIC 多晶硅薄膜, 其中采用多重周期性结构的薄膜结晶速度最快, 并得到更优的结晶效果. 1 引言 文献报道. 由于溅射获得的硅薄膜中原子排列基本 处于无序状态, 必须通过后续处理方法( 比如高温退 相对于晶体硅(单晶硅、多晶硅)太阳能电池, 多 晶硅薄膜电池可以大幅度降低太阳能电池的材料费 火)实现结晶化, 获得高质量的多晶硅薄膜. 为了能够在成本相对较低的玻璃衬底上制备质 用成本, 同时避免了非晶硅薄膜电池的光致衰退问 题, 因此, 在太阳能的光伏利用中被普遍看好. 目前, 量较高的多晶硅薄膜, 要求退火温度不能超过 600℃, 多晶硅薄膜电池被认为是最具有市场发展潜力的技 金属诱导结晶化(MIC, metal induced crystallization) 的 术方向, 近年来已逐渐在太阳能光伏电池的市场上 方法被广泛采用. 例如, 在一定温度下, Al与非晶硅 占据了一席之地. 结合形成Alx Si的混合相, 诱导硅原子成核, 从而有效 [6,7] 目前较为成熟的多晶硅薄膜电池制备技术多采 地降低结晶化的温度 . 用化学气相沉积法(CVD), 其中包括低压化学气相沉 不同材料结构的样品中, 由于金属和Si 的接触 积(LPCVD)和等离子增强化学气相沉积(PECVD)工 面积、晶化方向的不同, 对于 Si 薄膜结晶速度和晶体 艺. 日本三菱公司采用CVD方法制备的多晶硅薄膜 质量等材料特性可能造成较大的影响. 为了研究不 电池效率高达 16%[1,2]. 然而, 制作成本昂贵问题, 仍 同的接触结构对于材料晶化特性的影响,