中頻磁控濺射法制備摻氫氮化硅減反/鈍化復(fù)合功能薄膜的研究
發(fā)布時(shí)間：2020-12-11 18:00
使用中頻磁控濺射法制備了具有光學(xué)減反射與電學(xué)鈍化的復(fù)合功能的氮化硅（SiNx）薄膜,并對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了綜合研究。結(jié)果表明:在常規(guī)制絨硅片上沉積的兩種不同折射率的單層SiNx減反膜表現(xiàn)出優(yōu)異的光學(xué)性能,其在3001 100 nm波段的平均反射率由鍍膜前的14.86%下降到鍍膜后的5.50%和6.58%;若采用多層的氮化硅（m-SiNx）+氮氧化硅（SiOx Ny）薄膜作為減反層,則其平均反射率進(jìn)一步下降到4.03%。同時(shí),優(yōu)化工藝制備得到的摻氫氮化硅（Si Nx∶H）薄膜,表現(xiàn)出良好的電學(xué)鈍化特性。試驗(yàn)中分別制備了兩種復(fù)合結(jié)構(gòu)的薄膜,即SiNx∶H（厚度15 nm）+m-SiNx+SiOxNy與SiNx∶H（厚度30 nm）+m-SiNx+SiOxNy復(fù)合薄膜,其平均反射率分別為5.88%和5.43%;把這兩種薄膜用于晶體硅太陽電池上,其開路電壓...
【文章來源】：中山大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2016年05期 第31-36頁 北大核心
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
氮化硅薄膜的表面形貌
第5期沈國晟等:中頻磁控濺射法制備摻氫氮化硅減反/鈍化復(fù)合功能薄膜的研究薄膜結(jié)構(gòu)的原因是:薄膜在襯底表面的缺陷處優(yōu)先形核、生長，隨后各島都無序地?cái)U(kuò)張性生長，當(dāng)在占據(jù)完第一層后、尚未填補(bǔ)完第一層的島間空隙時(shí)，新的核便附著于島頂并開始生長。這種生長模式導(dǎo)致濺射的薄膜較為疏松。由于稀疏孔洞的存在、且有一定的氧雜質(zhì)而生成氮氧硅(SiOxNy)，這會(huì)導(dǎo)致薄膜的折射率低于致密的SiNx薄膜(折射率n=1.9～2.3)。圖1氮化硅薄膜的表面形貌Fig.1SEMsurfacemorphologyoftheSiNxfilm圖2給出了氮?dú)夥謮簩?duì)薄膜成分及其折射率的影響規(guī)律。薄膜制備參數(shù)為:Ar流量qAr為100mL/min，N2流量qN2分別為2、3、5、10mL/min。圖2中，左邊的縱坐標(biāo)軸設(shè)為x，代表的是非化學(xué)計(jì)量比的非晶氮化硅a-SiNx里邊的x。通過XPS測定獲得的薄膜中各元素組分的占比，在去除氧雜質(zhì)和碳雜質(zhì)的影響之后，用w(N)除以w(Si)，則得到x的值。隨著氮?dú)夥謮旱奶岣�，則x值上升，折射率下降，所制備的薄膜趨向于富氮的狀態(tài)。擬合的直線可以近似看作是過零點(diǎn)的，表明符合理想情況，即在N2分壓為0的時(shí)候(即只有通入Ar時(shí)的情形)，x也是為0。當(dāng)qAr/qN2為100∶2時(shí)，其薄膜折射率最大，達(dá)到1.88;qAr/qN2為100∶10時(shí)，其薄膜折射率最小，為1.66。對(duì)于致密的SiNx薄膜，當(dāng)x=1.33的時(shí)候，即為Si3N4，其折射率應(yīng)為1.97，但由于我們制備出來的SiNx如上所述是非致密的，且可能混雜SiOxNy，所以折射率會(huì)低于致密的SiNx薄膜。圖3給出了氮?dú)饬髁颗c薄膜沉積速率的關(guān)系曲線。薄膜的沉積速率基本都在30nm/min左右。隨著氮?dú)夥謮旱纳仙练e速率略有下降，這可能是反應(yīng)濺射從“金屬模式”轉(zhuǎn)為“氮?
??盅溝奶岣擼?騲值上升，折射率下降，所制備的薄膜趨向于富氮的狀態(tài)。擬合的直線可以近似看作是過零點(diǎn)的，表明符合理想情況，即在N2分壓為0的時(shí)候(即只有通入Ar時(shí)的情形)，x也是為0。當(dāng)qAr/qN2為100∶2時(shí)，其薄膜折射率最大，達(dá)到1.88;qAr/qN2為100∶10時(shí)，其薄膜折射率最小，為1.66。對(duì)于致密的SiNx薄膜，當(dāng)x=1.33的時(shí)候，即為Si3N4，其折射率應(yīng)為1.97，但由于我們制備出來的SiNx如上所述是非致密的，且可能混雜SiOxNy，所以折射率會(huì)低于致密的SiNx薄膜。圖3給出了氮?dú)饬髁颗c薄膜沉積速率的關(guān)系曲線。薄膜的沉積速率基本都在30nm/min左右。隨著氮?dú)夥謮旱纳仙�，沉積速率略有下降，這可能是反應(yīng)濺射從“金屬模式”轉(zhuǎn)為“氮化模式”的結(jié)果，也就是說從Si靶濺射轉(zhuǎn)變?yōu)镾iN濺射模式。圖2氮?dú)夥謮罕戎蹬c薄膜成分比及其折射率的關(guān)系Fig.2TherefractiveindexandcomponentratiooftheSiNxfilmatvariousN2partialpressuresrationN2分壓越高，靶表面生成的越是富氮的SiNx，越偏向于陶瓷屬性，所以濺射產(chǎn)額的下降導(dǎo)致沉積速率的下降。從XPS的數(shù)據(jù)也可以看出:N2含量比例越高，沉積薄膜的氮含量也越高。圖3氮?dú)饬髁颗c薄膜沉積速率的關(guān)系Fig.3ThedependentofthedepositionrateofthefilmontheN2flow在制備了SiNx后，為了獲得擁有鈍化效果的SiNx∶H，在實(shí)驗(yàn)中通入H2參加反應(yīng)濺射，希望能形成Si－H鍵從而填補(bǔ)硅的懸掛鍵、減少缺陷復(fù)合中心、降低表面態(tài)密度從而提高少子壽命、提高制成電池時(shí)的開路電壓。圖4給出了SiNx∶H薄膜與襯底硅片的傅里葉紅外(FTIＲ)譜圖，為了將數(shù)據(jù)分開便于分析，將樣品的吸光度整體提高了0.3。對(duì)比Vernhes等［1
本文編號(hào)：2910982
【文章來源】：中山大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2016年05期 第31-36頁 北大核心
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
氮化硅薄膜的表面形貌
第5期沈國晟等:中頻磁控濺射法制備摻氫氮化硅減反/鈍化復(fù)合功能薄膜的研究薄膜結(jié)構(gòu)的原因是:薄膜在襯底表面的缺陷處優(yōu)先形核、生長，隨后各島都無序地?cái)U(kuò)張性生長，當(dāng)在占據(jù)完第一層后、尚未填補(bǔ)完第一層的島間空隙時(shí)，新的核便附著于島頂并開始生長。這種生長模式導(dǎo)致濺射的薄膜較為疏松。由于稀疏孔洞的存在、且有一定的氧雜質(zhì)而生成氮氧硅(SiOxNy)，這會(huì)導(dǎo)致薄膜的折射率低于致密的SiNx薄膜(折射率n=1.9～2.3)。圖1氮化硅薄膜的表面形貌Fig.1SEMsurfacemorphologyoftheSiNxfilm圖2給出了氮?dú)夥謮簩?duì)薄膜成分及其折射率的影響規(guī)律。薄膜制備參數(shù)為:Ar流量qAr為100mL/min，N2流量qN2分別為2、3、5、10mL/min。圖2中，左邊的縱坐標(biāo)軸設(shè)為x，代表的是非化學(xué)計(jì)量比的非晶氮化硅a-SiNx里邊的x。通過XPS測定獲得的薄膜中各元素組分的占比，在去除氧雜質(zhì)和碳雜質(zhì)的影響之后，用w(N)除以w(Si)，則得到x的值。隨著氮?dú)夥謮旱奶岣�，則x值上升，折射率下降，所制備的薄膜趨向于富氮的狀態(tài)。擬合的直線可以近似看作是過零點(diǎn)的，表明符合理想情況，即在N2分壓為0的時(shí)候(即只有通入Ar時(shí)的情形)，x也是為0。當(dāng)qAr/qN2為100∶2時(shí)，其薄膜折射率最大，達(dá)到1.88;qAr/qN2為100∶10時(shí)，其薄膜折射率最小，為1.66。對(duì)于致密的SiNx薄膜，當(dāng)x=1.33的時(shí)候，即為Si3N4，其折射率應(yīng)為1.97，但由于我們制備出來的SiNx如上所述是非致密的，且可能混雜SiOxNy，所以折射率會(huì)低于致密的SiNx薄膜。圖3給出了氮?dú)饬髁颗c薄膜沉積速率的關(guān)系曲線。薄膜的沉積速率基本都在30nm/min左右。隨著氮?dú)夥謮旱纳仙练e速率略有下降，這可能是反應(yīng)濺射從“金屬模式”轉(zhuǎn)為“氮?
??盅溝奶岣擼?騲值上升，折射率下降，所制備的薄膜趨向于富氮的狀態(tài)。擬合的直線可以近似看作是過零點(diǎn)的，表明符合理想情況，即在N2分壓為0的時(shí)候(即只有通入Ar時(shí)的情形)，x也是為0。當(dāng)qAr/qN2為100∶2時(shí)，其薄膜折射率最大，達(dá)到1.88;qAr/qN2為100∶10時(shí)，其薄膜折射率最小，為1.66。對(duì)于致密的SiNx薄膜，當(dāng)x=1.33的時(shí)候，即為Si3N4，其折射率應(yīng)為1.97，但由于我們制備出來的SiNx如上所述是非致密的，且可能混雜SiOxNy，所以折射率會(huì)低于致密的SiNx薄膜。圖3給出了氮?dú)饬髁颗c薄膜沉積速率的關(guān)系曲線。薄膜的沉積速率基本都在30nm/min左右。隨著氮?dú)夥謮旱纳仙�，沉積速率略有下降，這可能是反應(yīng)濺射從“金屬模式”轉(zhuǎn)為“氮化模式”的結(jié)果，也就是說從Si靶濺射轉(zhuǎn)變?yōu)镾iN濺射模式。圖2氮?dú)夥謮罕戎蹬c薄膜成分比及其折射率的關(guān)系Fig.2TherefractiveindexandcomponentratiooftheSiNxfilmatvariousN2partialpressuresrationN2分壓越高，靶表面生成的越是富氮的SiNx，越偏向于陶瓷屬性，所以濺射產(chǎn)額的下降導(dǎo)致沉積速率的下降。從XPS的數(shù)據(jù)也可以看出:N2含量比例越高，沉積薄膜的氮含量也越高。圖3氮?dú)饬髁颗c薄膜沉積速率的關(guān)系Fig.3ThedependentofthedepositionrateofthefilmontheN2flow在制備了SiNx后，為了獲得擁有鈍化效果的SiNx∶H，在實(shí)驗(yàn)中通入H2參加反應(yīng)濺射，希望能形成Si－H鍵從而填補(bǔ)硅的懸掛鍵、減少缺陷復(fù)合中心、降低表面態(tài)密度從而提高少子壽命、提高制成電池時(shí)的開路電壓。圖4給出了SiNx∶H薄膜與襯底硅片的傅里葉紅外(FTIＲ)譜圖，為了將數(shù)據(jù)分開便于分析，將樣品的吸光度整體提高了0.3。對(duì)比Vernhes等［1
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