中頻磁控濺射法制備摻氫氮化硅減反/鈍化復合功能薄膜的研究
發(fā)布時間：2020-12-11 18:00
使用中頻磁控濺射法制備了具有光學減反射與電學鈍化的復合功能的氮化硅（SiNx）薄膜,并對其結構和性能進行了綜合研究。結果表明:在常規(guī)制絨硅片上沉積的兩種不同折射率的單層SiNx減反膜表現出優(yōu)異的光學性能,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,則其平均反射率進一步下降到4.03%。同時,優(yōu)化工藝制備得到的摻氫氮化硅（Si Nx∶H）薄膜,表現出良好的電學鈍化特性。試驗中分別制備了兩種復合結構的薄膜,即SiNx∶H（厚度15 nm）+m-SiNx+SiOxNy與SiNx∶H（厚度30 nm）+m-SiNx+SiOxNy復合薄膜,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】：中山大學學報(自然科學版). 2016年05期 第31-36頁 北大核心
【文章頁數】：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/鈍化復合功能薄膜的研究薄膜結構的原因是:薄膜在襯底表面的缺陷處優(yōu)先形核、生長，隨后各島都無序地擴張性生長，當在占據完第一層后、尚未填補完第一層的島間空隙時，新的核便附著于島頂并開始生長。這種生長模式導致濺射的薄膜較為疏松。由于稀疏孔洞的存在、且有一定的氧雜質而生成氮氧硅(SiOxNy)，這會導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給出了氮氣分壓對薄膜成分及其折射率的影響規(guī)律。薄膜制備參數為:Ar流量qAr為100mL/min，N2流量qN2分別為2、3、5、10mL/min。圖2中，左邊的縱坐標軸設為x，代表的是非化學計量比的非晶氮化硅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，在去除氧雜質和碳雜質的影響之后，用w(N)除以w(Si)，則得到x的值。隨著氮氣分壓的提高，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的，表明符合理想情況，即在N2分壓為0的時候(即只有通入Ar時的情形)，x也是為0。當qAr/qN2為100∶2時，其薄膜折射率最大，達到1.88;qAr/qN2為100∶10時，其薄膜折射率最小，為1.66。對于致密的SiNx薄膜，當x=1.33的時候，即為Si3N4，其折射率應為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，所以折射率會低于致密的SiNx薄膜。圖3給出了氮氣流量與薄膜沉積速率的關系曲線。薄膜的沉積速率基本都在30nm/min左右。隨著氮氣分壓的上升，沉積速率略有下降，這可能是反應濺射從“金屬模式”轉為“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的，表明符合理想情況，即在N2分壓為0的時候(即只有通入Ar時的情形)，x也是為0。當qAr/qN2為100∶2時，其薄膜折射率最大，達到1.88;qAr/qN2為100∶10時，其薄膜折射率最小，為1.66。對于致密的SiNx薄膜，當x=1.33的時候，即為Si3N4，其折射率應為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，所以折射率會低于致密的SiNx薄膜。圖3給出了氮氣流量與薄膜沉積速率的關系曲線。薄膜的沉積速率基本都在30nm/min左右。隨著氮氣分壓的上升，沉積速率略有下降，這可能是反應濺射從“金屬模式”轉為“氮化模式”的結果，也就是說從Si靶濺射轉變?yōu)镾iN濺射模式。圖2氮氣分壓比值與薄膜成分比及其折射率的關系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，所以濺射產額的下降導致沉積速率的下降。從XPS的數據也可以看出:N2含量比例越高，沉積薄膜的氮含量也越高。圖3氮氣流量與薄膜沉積速率的關系Fig.3ThedependentofthedepositionrateofthefilmontheN2flow在制備了SiNx后，為了獲得擁有鈍化效果的SiNx∶H，在實驗中通入H2參加反應濺射，希望能形成Si－H鍵從而填補硅的懸掛鍵、減少缺陷復合中心、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，為了將數據分開便于分析，將樣品的吸光度整體提高了0.3。對比Vernhes等［1
本文編號：2910982
【文章來源】：中山大學學報(自然科學版). 2016年05期 第31-36頁 北大核心
【文章頁數】：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/鈍化復合功能薄膜的研究薄膜結構的原因是:薄膜在襯底表面的缺陷處優(yōu)先形核、生長，隨后各島都無序地擴張性生長，當在占據完第一層后、尚未填補完第一層的島間空隙時，新的核便附著于島頂并開始生長。這種生長模式導致濺射的薄膜較為疏松。由于稀疏孔洞的存在、且有一定的氧雜質而生成氮氧硅(SiOxNy)，這會導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給出了氮氣分壓對薄膜成分及其折射率的影響規(guī)律。薄膜制備參數為:Ar流量qAr為100mL/min，N2流量qN2分別為2、3、5、10mL/min。圖2中，左邊的縱坐標軸設為x，代表的是非化學計量比的非晶氮化硅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，在去除氧雜質和碳雜質的影響之后，用w(N)除以w(Si)，則得到x的值。隨著氮氣分壓的提高，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的，表明符合理想情況，即在N2分壓為0的時候(即只有通入Ar時的情形)，x也是為0。當qAr/qN2為100∶2時，其薄膜折射率最大，達到1.88;qAr/qN2為100∶10時，其薄膜折射率最小，為1.66。對于致密的SiNx薄膜，當x=1.33的時候，即為Si3N4，其折射率應為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，所以折射率會低于致密的SiNx薄膜。圖3給出了氮氣流量與薄膜沉積速率的關系曲線。薄膜的沉積速率基本都在30nm/min左右。隨著氮氣分壓的上升，沉積速率略有下降，這可能是反應濺射從“金屬模式”轉為“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的，表明符合理想情況，即在N2分壓為0的時候(即只有通入Ar時的情形)，x也是為0。當qAr/qN2為100∶2時，其薄膜折射率最大，達到1.88;qAr/qN2為100∶10時，其薄膜折射率最小，為1.66。對于致密的SiNx薄膜，當x=1.33的時候，即為Si3N4，其折射率應為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，所以折射率會低于致密的SiNx薄膜。圖3給出了氮氣流量與薄膜沉積速率的關系曲線。薄膜的沉積速率基本都在30nm/min左右。隨著氮氣分壓的上升，沉積速率略有下降，這可能是反應濺射從“金屬模式”轉為“氮化模式”的結果，也就是說從Si靶濺射轉變?yōu)镾iN濺射模式。圖2氮氣分壓比值與薄膜成分比及其折射率的關系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，所以濺射產額的下降導致沉積速率的下降。從XPS的數據也可以看出:N2含量比例越高，沉積薄膜的氮含量也越高。圖3氮氣流量與薄膜沉積速率的關系Fig.3ThedependentofthedepositionrateofthefilmontheN2flow在制備了SiNx后，為了獲得擁有鈍化效果的SiNx∶H，在實驗中通入H2參加反應濺射，希望能形成Si－H鍵從而填補硅的懸掛鍵、減少缺陷復合中心、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，為了將數據分開便于分析，將樣品的吸光度整體提高了0.3。對比Vernhes等［1
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