研究和评论:工程和技术雷竞技苹果下载杂志》上
菜单ISSN: 2319 - 9873
ISSN: 2319 - 9873
+ 44 7456 0355801半导体技术研究中心精力充沛,02年Bd,弗朗茨·法农、阿尔及尔、阿尔及利亚
2实验室材料物理、USTHB BP 32 El艾莉雅阿尔及尔,阿尔及利亚
3凝聚态物理实验室(PMC)。联合研究中心7643 du CNRS et de Ecole Polytechnique 91128 Palaiseau cedex,法国
收到的日期:19/03/2018;接受日期:30/04/2018;发布日期:30/05/2018
访问更多的相关文章研究和评论:工程和技术雷竞技苹果下载杂志》上
氢化非晶硅碳合金薄膜一直生长在低功率政权通过等离子体增强化学汽相淀积过程(PECVD) "分解硅烷(SiH4)和甲烷(CH4)在不同碳含量(x)的碳含量范围仅限于0 < x < 0.3。薄膜的结构特性进行了使用红外光谱(FTIR)、二次离子质谱(SIMS),扫描电子显微镜与elementa
等离子体enhancedchemical蒸汽沉积过程中,硅碳、钝化、太阳能电池
氢化非晶碳化硅是一种非常有前途的材料的应用,如光电设备,太阳能电池(1发光二极管(2)、传感器(3)等晶体管(TFT) [4]。所有这些应用程序都是基于独家这些薄膜的性质,如宽禁带,可调节指数,高电子迁移率和高的热导率。这种材料的大小提供从电子和光学性质可以由不同的碳,硅,和氢组成的合金。
这些电影可以通过不同的技术,如磁控溅射沉积(5)和等离子体增强化学气相沉积(PECVD) "6]。PECVD是应用最广泛的"然而,由于它能够生产高质量薄膜具有良好的物理和电子性质在低衬底温度。各种研究已经发展为更好地理解和控制材料的属性取决于沉积条件(7- - - - - -9]。
所罗门我已经证明,一个高的光学差距,a-Si1记录值为3.7 eV- x(CH3)x:H薄膜含有42%的碳沉积RF-PECVD技术(10]。最近,Touahir等人报道,集中痈(x) 0.2,痈主要是插入甲基(CH3非晶硅甲基化a-Si1)- x(CH3)x:H薄膜由PECVD从SiH4 "11]。
在本文中,我们报告的结果a-Si1特点- x(CH3)x准备:H薄膜在不同痈浓度,RF-PECVD技术。这把电影的特点是:小学化学分析(EDAX)、原子力显微镜(AFM)、二次离子质谱(SIMS),傅里叶变换红外光谱学(红外光谱),我(T)测量,使用为了描述沉积薄膜。碳浓度的影响在结构、光学和电学性质进行了研究。碳排放浓度对结构的影响,沉积a-Si1的光学和电学性质- x(CH3)x:H薄膜。
内在的氢化硅-碳合金(a-Si1- x(CH3)x:H)薄膜沉积同时在7059年康宁玻璃和同单晶硅(p)晶片(111)通过无线电频率(13.56兆赫)等离子体增强化学汽相淀积(RF-PECVD)系统的“低能耗”政权10 w (12与硅)4和CH4气体混合物在250°C,工作压力是固定到40毫托。不同层的a-Si1- x(CH3)x:H PECVD在低功耗政权"由不同碳含量(x = 0.05, x = 0.10, x = 0.15和x = 0.20)。此外,碳含量(x)计算了不同气体混合物中的甲烷比例([CH4]/[年代我H4]+ [CH4)提出的所罗门我et al。13]。影片中碳含量控制通过气相成分,即。,(CH4(CH)分压4]/[硅4)混合物(11]。研究碳含量(x)是x = 0.05, x = 0.10, x = 0.15和0.20 x =。在薄膜淀积过程中,衬底温度维持在250°C。之前a-Si1- x(CH3)x:H沉积,同单晶硅晶圆和康宁衬底清洗在H2所以4+ H2O2(3:1)混合10分钟,浸泡在5%的高频同单晶硅晶片只有10 s蚀刻掉4原生氧化生长在晶圆表面,并立即引入PECVD反应堆。"沉积中列出的参数表1。结构属性傅里叶变换红外(FTIR)吸收利用红外光谱进行测量(珀金埃尔默),二次离子质谱(SIMS)测量进行了通过一个Cameca IMS 4 fe7质谱仪(CRTSE-Algiers)来确定碳分数x。电影表面的形态是由原子力显微镜(AFM)研究了使用接触模式JSPM 5200 (USTO-Oran)。雷竞技网页版光学带隙(Eopt) a-SiC:推导了H的透过率光谱薄膜沉积在玻璃衬底使用紫外可见分光光度法在300 - 2500纳米的范围由瓦里安卡里500 (CRTSE-Algiers)而这个电影的厚度计算的光谱椭圆对称分析器Semilab(海)(行分钟/ U.S.T.H.B-Algiers)波长632.8海里。我(T)测量被测量共面配置使用吉时利617静电计。薄膜电导率作为温度的函数测量从室温到400 K,在高真空压力<纯mbar(行分钟/ U.S.T.H.B-Algiers)。
表1。研究了薄a-Si1的参数- x(CH3)x电影:H。
| 样本 | 一个碳含量 | % CH4 | %硅4 | CH4(sccm) | 硅氮4(sccm) |
|---|---|---|---|---|---|
| E1 | 0,20 | 80年 | 20. | 26日,5 | 6、6 |
| E2 | 0,15 | 74年 | 26 | 24日6 | 8、6 |
| E3 | 0,10 | 63年 | 37 | 20日,9 | 12、3 |
| E4 | 0、5 | 40 | 60 | 13日,3 | 20. |
结构特性
傅里叶变换红外光谱学
图1介绍了裸露的硅的红外光谱,作为参考和as-deposited非晶电影在不同碳浓度(x = 0.05, 0.10, 0.15, 0.20)在600 - 3000厘米1。这个光谱显示7个主要吸收乐队在630厘米1,780厘米1,1100厘米1,1230厘米1,1400厘米1,1590厘米1,2820厘米1,2890厘米1。改变谱的形式与已经观察到的碳浓度增加。事实上,它表明,乐队的强度约630厘米1有关Si-H2摇振型,当这个乐队的强度与碳浓度降低节目图1。此外,峰值为780厘米1分配给的拉伸模式如果增加强度与影片中碳量的增加(14,15]。但是,第二带SiC的增长约1100厘米1证实了碳的掺入甲基的形式(16]。
图1:红外光谱的薄a-Si1- x(CH3)x在不同碳含量:H电影(x)。
一个特殊的区域约1200 - 1500厘米1Si-CH模式特点3这是对称的模式从1235到1280厘米1对应一个反对称模式在1400厘米吗1(17- - - - - -19]。乐队780厘米左右1对应的拉伸模式样本的强烈SiC债券准备15%的碳。峰值约1590厘米1对应于芳香拉伸碳(C = C债券18]。的强度增加而增加的碳浓度。
在该地区的2800 - 3000厘米1,两个乐队出现约2820厘米1对应于CH的对称模式3债券(17]。相比之下,峰值对应于Si-H伸展在2010厘米1x = 0.10 - -0.15, 2080厘米1x = 0.20。
修改的频谱形状与碳浓度的增加层观察。所有的碳键(C = C, Si-CH3和CH3)大幅增加强度增加的碳层。这个结果预计认为增加促进碳碳键的形成的其他债券。事实上,乐队的强度约2000厘米1改变它的位置随着原子浓度。这种转变已经在文献中报道(17]。表明它的分配在Nano的外观参考。在这种情况下,它可以将碳纳入材料,作为一个协调的原子与硅(Si c)的原子是否协调与硅胶的单个原子和三个氢原子(Si-CH3(CH)或三个原子氢3)。总体而言,红外的数据证实碳的掺入甲基等(17]。
二次离子质谱(SIMS)
我们使用一个动态模拟人生决定的各种成分的浓度合金si c。在薄a-Si1碳含量(x)- x(CH3)x:H电影已经提到(表2)。图2提出了碳和氢离子的浓度的演变中如果合金碳含量的函数。我们可以看到,氢的浓度高于碳,结果由氢的存在证实SiH4 CH4和将H原子形成一个合金如果a-Si1吗- x(CH3)x:H,浓度降低在相同的顺序增加达到一个最优值对应于2.0十22和3.8十22在/厘米3分别为碳和氢。
表2。化学计量学的薄a-Si1- x(CH3)x电影:H。
| 样本 | 一个碳含量 | [如果]/ [C] +[如果] | 合金结构a-Si1- x(CH3)x:H | 12C(在/厘米3) | 1H(在/厘米3) |
|---|---|---|---|---|---|
| E1 | 0.20 | 0.92 | a-Si0.92 (CH3)0.08:H | 61021年 | 1、1022年7 |
| E2 | 0.15 | 0.86 | a-Si0.86 (CH3)0.14:H | 2 2 1022 | 3、1022年8 |
| E3 | 0.10 | 0.66 | a-Si0.66 (CH3)0.34:H | 1、1022年8 | 1022年2、3 |
| E4 | 0.05 | 0.88 | a-Si0.88 (CH3)0.34:H | 31022年 | 2、1022年9 |
图2:碳和氢离子的浓度的演变中si c。
能量色散x射线光谱分析(EDAX)
利用能量色散x射线能谱(EDAX)扩展了实用性的SEM元素分析可以执行地区内3μm一样小。这个分析由电子束与样品相互作用结束信号的强度取决于样品的性质。所有元素从硼元素周期表可以检测到大约百分之一的百分之几十的敏感,当原子浓度的各种成分(Si C)的化合物是决定性的。在图3Si的明显高信号(75.34%)和(24.66%)的C a-Si1- x(CH3)x示例:H (x = 0.2);即使是H SEM-EDAX不是可检测的元素。这些结果证实了我们的实验条件,我们使用20%碳的浓度。
图3:雷竞技网页版的接触模式下AFM图像as-deposited样本(x) = 0.20。
原子力显微镜(AFM)
原子力显微镜(AFM)是一个非常通用的仪器来研究样品的地形。AFM图像获得了在室温下使用接触模式下AFM系统。雷竞技网页版图4表明AFM图像的表面形态a-Si1沉积- x(CH3)x:H样本(80%甲烷)。发现表面光滑在面积10μm×10μm表面外观缺陷由于沉积形成的集群虽然电影。
图4:EDAX频谱的瘦的我1 - x (CH3)x:H x = 0.20。
我们测量的光学性质,如带隙能量(如),折射率(n)和厚度的光谱椭圆对称Semilab-Spectoscopic椭圆对称分析器(海),200 - 900 nm范围内。图5描述的变化如(5)和a-Si1的厚度(5 b)- x(CH3)x:H薄膜作为碳含量的函数(x)的带隙a-Si1(例如)- x(CH3)x: H薄膜不断增加随着碳含量的增加,达到最大值2.4 eV x = 0.15,这一结果是由几位作者报道20.- - - - - -22]。建议加强sp3键,激进分子与碳含量增加。事实上,碳原子比硅原子小;如果债券比如果短。这些结果在增加了原子间的相互作用,如增加光的能量差距被注意到。特别是低价值发现的最大的带隙在x = 0.15,大多数作者只能解释为一定比例的sp2的存在差距的杂交导致降低石墨的债券。sp2网站形成p-bonded集群,随着二氧化碳浓度的增加,倾向于稳定合金和放松通过减少四面体非晶网络协调和添加一些中程为正常sp3短程有序,在实践中,大多数的SiC非晶态合金,不管准备的方法,包含一个变量数量的sp2和sp3的浓度,导致大范围的属性(21,22]。
图5:光学差距变化碳含量(x)的函数。
的表3简历的光学参数沉积薄a-Si1- x(CH3)x电影:H。
表3。薄a-Si1的光学参数- x(CH3)x电影:H。
| 样本 | 一个碳含量 | 厚度(nm) | n | 如(eV) |
|---|---|---|---|---|
| E1 | 0.20 | 51.1 | 1.57 | 1.97 |
| E2 | 0.15 | 29.4 | 2.62 | 2.41 |
| E3 | 0.10 | 74.8 | 2.18 | 2.25 |
| E4 | 0.05 | 43.6 | 1.45 | 2.00 |
图6呈现暗电导率的变化(σd)光电导性(σph)与温度阿伦尼乌斯阴谋。这个电参数的测量温度呈指数增长,根据方程:
图6:暗电导率的变化(σd)光电导性(σph值)与温度阿伦尼乌斯阴谋
在那里,σ0是“最小电导率”;玻尔兹曼常数k, Ea,电导活化能。
暗电导率显示线性变化,这种变化表明,我们的电影的传导是热激活。数量都表现出显著的变异与碳含量下降。时,样本有5% C有最好的的暗电导率值和10之间的光电导性9- 10-12年Ω1厘米1和10-10年- 109Ω1厘米1分别。也图7显示了室温黑暗与光电导性,作为一个功能的碳含量从0.05到0.2不等。目前σd和σph数据对各种碳内容可以大致分为两个截然不同的变化:暗电导率(σd),的值σd发现往往是常数的碳含量。之后,光电导性(σph)显著增加碳含量的增加,这个数量级的增加似乎更重要的电影准备的高碳含量。因此,缺陷密度的增加而减少的碳浓度(C %)等成为一个固定的中心负责运营商直接影响材料的电导率。
图7:黑暗的光电导性和温度。
运营商的有效生命周期由准稳定的照片电导测量技术(QSSPC)状态。这个措施进行n型硅晶圆(CZ抛光表面,1 - 10Ωcm电阻率)的RF-PECVD a-Si1- x(CH3)x: H进行两面的衬底原子的浓度不同,应用以下过程:CZ同单晶硅晶片(1 - 10Ω.cm)清洗在H2所以4+ H2O2高频(3:1),浸泡在5%,干立即引入PECVD反应堆a-Si1。- x(CH3)x: H层厚度在50纳米的范围按顺序两个表面上沉积(23]。在图8,我们目前的少数载流子的寿命的变化在碳的浓度的函数/ 1015厘米3对应1太阳。我们看到,少数载流子的寿命降低碳浓度的增加,其达到121×10的价值6年代为5%的碳和不超过20%的价值6.5μs一层碳。因此,一个更好的钝化了低水平的碳;我们的结果是同意那些通过拷花等。24]。在那里,他们发现缺陷密度增加而增加碳浓度(C %)。这增加碳含量结果嘶嘶的减少和Si-H。
图8:有效的少数载流子寿命与密度。
中包含的氢原子负责饱和的硅表面悬空债券将被碳原子取代。因此,减少钝化是注意到。此后,我们用5%的碳沉积一层太阳能电池的两面n + / p。测量的生命周期层沉积在这种太阳能电池已经完成图9。这图9显示生活的进化时间根据注入的少数载流子的密度mono晶体太阳能电池(n + p) a-Si1钝化层的存在- x(CH3)x:H (5% C)。但是,我们注意到,一生不超过50×10的值6年代的水平注入8.1015厘米3。
图9:碳含量的有效生命时间函数(x)。
在结论中,碳和甲基ch合并3在固体,从而迫使sp3杂化精致的一种无形的如果合金。光学差距(如)可以达到比较高的值,使场致发光设备发出可见光。如果合金,它显示了一个低价值发现的最大的带隙在x = 0.15,大多数作者只能解释为一定比例的sp2的存在差距的杂交导致降低石墨的债券。sp2网站形成p-bonded集群,随着二氧化碳浓度的增加,倾向于稳定合金和放松通过减少四面体非晶网络协调和添加一些中程以便正常sp3短程秩序。此外,它发现了一个光滑,粗糙度在面积10μm×10μm表面缺陷由于沉积形成的集群虽然电影。最后,电影的导电率随碳浓度的增加,缺陷密度的增加。因此,我们发现,获得更好的钝化清洁5%的碳。
作者要感谢所有同事对价值的活动和讨论尤其是Khelifati Nabil支持QSSPC测量。这项工作是支持的国家研究基金DG-RSDT / MESRS来自阿尔及利亚(FNR11_13之上)。