線形同軸耦合微波等離子體診斷及硅薄膜制備.pdf

1、大面積、穩(wěn)定和可控性強(qiáng)的等離子體源一直是研究熱點(diǎn)，在太陽(yáng)能電池及半導(dǎo)體薄膜材料領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景，由此我們通過(guò)引進(jìn)與自主研發(fā)相結(jié)合建設(shè)了一套大面積等離子體源-線形同軸耦合微波等離子源。等離子體的電子密度和電子溫度一直是等離子體診斷時(shí)的兩個(gè)重要物理參數(shù)，并且電子密度和電子溫度對(duì)薄膜質(zhì)量影響很大。因此，本文用朗繆爾單探針?lè)ㄔ\斷了線形同軸耦合微波等離子體的電子密度和電子溫度，并根據(jù)等離子診斷情況進(jìn)行硅薄膜的沉積，主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:

2、>　　(1)在距石英管距離口Ds為15cm的水平面上，靠近石英管區(qū)域的電子密度值高，而兩石英管之間靠近腔室的中間部分區(qū)域電子密度值低，整體上水平方向上電子密度大致沿兩石英管中心線呈軸對(duì)稱分布，而在大部分區(qū)域的電子溫度分布均勻。隨著微波功率由400W增加至1200W，電子密度值由2.5E+8cm-3增加至1E+10cm-3，其在中間區(qū)域均勻性先慢慢改善后又逐漸變差;電子溫度值由25eV減小至4eV。當(dāng)氫氬總流量固定60sccm不變時(shí)，隨著

3、減小氫氣流量，增加氬氣流量，電子密度呈先減小后增大趨勢(shì);電子溫度變化不大，整體在3eV～8eV之間。
　　(2)在Z方向上沿X軸正向，微波功率由1200W減小至400W，距石英管距離Ds由9cm增加至15cm時(shí)，電子密度由1.8E+10cm3減小至2E+8cm-3，電子溫度由2.5eV增大至45eV。
　　(3)根據(jù)氫氣流量為60sccm，氬氣流量為20sccm診斷的電子密度分布均勻區(qū)域，在(0，0)、(3，0)、(9，0)

4、和(0，4)四個(gè)位置上沉積硅薄膜，沉積速率在8nm/min左右。拉曼光譜結(jié)果顯示每個(gè)位置的硅薄膜的晶化率均在97.07％以上。XRD結(jié)果顯示每個(gè)位置硅薄膜樣品均出現(xiàn)了(111)，(220)和(311)三個(gè)衍射峰，均為多晶硅薄膜，且由(111)衍射峰半峰寬計(jì)算得出晶粒尺寸在20nm左右。
　　(4)用正交實(shí)驗(yàn)法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)沉積硅薄膜，并用正交實(shí)驗(yàn)極差法對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，拉曼結(jié)果顯示九組硅薄膜樣品均為結(jié)晶態(tài)，晶化率均在95％以上，未出現(xiàn)純非