專利名稱：在玻璃襯底上利用特定波長的光促進硅薄膜結(jié)晶的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種在玻璃襯底上利用特定波長的光促進硅薄膜 結(jié)晶的方法。
背景技術(shù)：
在玻璃襯底上制備薄膜是光電產(chǎn)業(yè)、半導體材料領(lǐng)域經(jīng)常應用的技術(shù)方向，玻璃 具有優(yōu)良的透光性，成本低廉，具有一定的強度，可以耐一定的高溫，并且是一種建筑材料， 在廉價的玻璃襯底上制備優(yōu)質(zhì)薄膜極具商業(yè)價值。人們通過常規(guī)電阻絲加熱、鹵鎢燈加熱 和激光掃描等方法再晶化做結(jié)晶薄膜。按處理溫度的高低劃分，目前分為三類低溫工藝、 中溫工藝和高溫工藝。一般來說，高溫工藝容易制備出大顆粒的硅薄膜，但是，目前很難找 到一種廉價的無污染的耐高溫襯底，另外耗能高、成本高(比如用激光晶化)；就低溫工藝來 說，薄膜晶粒較小、缺陷較多、光電性能較差。因為普通玻璃應變點低的限制，所以通常希望 在較低的溫度下，獲得結(jié)晶效果更好的薄膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足而提供一種結(jié)晶效果好，工藝簡單，生 產(chǎn)成本低的硅薄膜結(jié)晶的方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種在玻璃襯底上利用特定波長的光促進硅薄膜結(jié) 晶的方法，包括如下步驟
a、沉底材料的預處理將清洗潔凈的石英玻璃烘干后作為襯底，放置于等離子體化學 氣相沉積裝置的沉積室內(nèi)做下一步處理；
b、非晶硅薄膜的制備先將沉積室抽真空至Γ6Χ10_4Pa，然后將反應氣體硅烷和氫氣 的混合體通入沉積室內(nèi)，使得氫的稀釋比為95%，在電極間距為2cm和放電功率為5(T60W 的條件下，進行射頻輝光放電分解硅烷和氫氣，從而在石英玻璃上沉積一層非晶硅薄膜； 沉積時襯底的溫度為10(T30(TC，工作氣壓為133. 3Pa，沉積時間為2 3小時，薄膜厚度為 0. 5 1 μ m ；
C、多晶硅薄膜的制備將上述的非晶硅薄膜放置于光退火爐內(nèi)，在以氮氣作為保護氣 體，且真空度為5. 6 X KT4Pa條件下，用頻率為1. 2 X IO14Hz和2 X IO15Hz的光對硅薄膜進行 均勻照射，使硅薄膜的溫度至70(T90(TC，退火保溫廣30min，然后自然冷卻至2(T25°C，即
在石英玻璃上得到多晶硅薄膜。本發(fā)明具有如下優(yōu)點本發(fā)明方法與傳統(tǒng)方法相比較，使用有利于晶化、可以控制 波長的光照射，一方面可以提高硅薄膜的結(jié)晶效果，提高硅薄膜電池的效率和穩(wěn)定性；另一 方面因為去掉了傳統(tǒng)光照方法中其他多余頻率的光和有害的熱能，所以降低了室內(nèi)溫度， 從而可以使用廉價的低軟化點玻璃，降低生產(chǎn)成本。總之，本方法使制備硅薄膜太陽能電池 工藝簡單和生產(chǎn)成本降低。
具體實施例方式一種在玻璃襯底上利用特定波長的光促進硅薄膜結(jié)晶的方法，包括如下步驟
a、沉底材料的預處理將清洗潔凈的石英玻璃烘干后作為襯底，放置于等離子體化學 氣相沉積裝置的沉積室內(nèi)做下一步處理；
b、非晶硅薄膜的制備先將沉積室抽真空至5.6 X 10_4Pa，然后將反應氣體硅烷和氫氣 的混合體通入沉積室內(nèi)，使得氫的稀釋比為95%，在電極間距為2cm和放電功率為5(T60W 的條件下，進行射頻輝光放電分解硅烷和氫氣，從而在石英玻璃上沉積一層非晶硅薄膜； 沉積時襯底的溫度為10(T300°C，工作氣壓為133. 3Pa，沉積時間為2小時，薄膜厚度為 0. 5 1 μ m ；
C、多晶硅薄膜的制備將上述的非晶硅薄膜放置于光退火爐內(nèi)，在以氮氣作為保護氣 體，且真空度為5. 6X 10_4Pa條件下，用光頻率為1. 2 X IO14Hz和2 X IO15Hz的鹵鎢燈對硅薄 膜進行均勻照射，當硅薄膜的溫度至850°C，退火lmin，然后自然冷卻至2(T25°C，即在石 英玻璃上得到均勻的多晶硅薄膜；當硅薄膜的溫度至750°C，退火15min，然后自然冷卻至 20 25°C，晶化率可達到75%。本發(fā)明的工作原理(1)采用射頻輝光放電原理可以咋低溫下沉積非晶硅薄膜。 (2)非晶硅薄膜轉(zhuǎn)化為多晶硅薄膜是硅氫原子團與光相互作用，發(fā)生振動或轉(zhuǎn)動的結(jié)果，當 光照提供的能量與硅氫鍵分裂和分子振動轉(zhuǎn)動需要的能量相當時更容易發(fā)生共振吸收，從 而發(fā)生能態(tài)轉(zhuǎn)移。在從非晶向多晶轉(zhuǎn)化的過程中，Si :H的運動狀態(tài)主要為分子的振動和轉(zhuǎn) 動。并且分子的振動和轉(zhuǎn)動能量都是量子化的。對于雙原子Si :H可以根據(jù)對應的哈密頓 量表示的薛定諤方程計算出其發(fā)生振動或轉(zhuǎn)動能級躍遷需要的能量，對應這一能量可以確 定所需照射光的波長及頻率。(3)選用近似太陽光的光線作為光源，可以根據(jù)太陽光譜找出 Si :H鍵分裂、硅氫分子振動轉(zhuǎn)動需要的能量對應的溫度。在通氮氣保護氣體，真空條件下， Si薄膜在此溫度下照一段時間，自然冷卻至室溫就可以得到所要求的樣品。(4)用PECVD 法沉積的非晶硅薄膜用特定波長的光照射進行光退火與常規(guī)退火相比大大節(jié)約了時間。常 規(guī)退火是通過加熱電阻絲所釋放的熱能，給非晶硅薄膜中的硅原子提供轉(zhuǎn)化需要的能量， 加熱電阻絲時所釋放的熱能是從低到高的各種能級的能量，其中真正符合需要的能量占總 能量的比例不高，因此，要有足夠真正符合需要的能量，必須延長加熱時間。光退火是通過 大面積的光照實現(xiàn)，光退火方式提供需要的能量更加直接，使非晶態(tài)薄膜轉(zhuǎn)到多晶態(tài)薄膜 更容易，需要的時間就短的多。常規(guī)退火時間長，硅原子集團充分運動碰撞，所以退火后的 薄膜晶粒聚合在一起，分布不均勻；采用光退火是通過大面積的光照，時間短，退火后獲得 的多晶硅薄膜的晶粒分布比較均勻，結(jié)構(gòu)平滑。
權(quán)利要求
1. 一種在玻璃襯底上利用特定波長的光促進硅薄膜結(jié)晶的方法，其特征在于包 括如下步驟a、沉底材料的預處理將清洗潔凈的石英玻璃烘干后作為襯底，放置于等離子體化學 氣相沉積裝置的沉積室內(nèi)做下一步處理；b、非晶硅薄膜的制備先將沉積室抽真空至rexio_4pa，然后將反應氣體硅烷和氫氣 的混合體通入沉積室內(nèi)，使得氫的稀釋比為95%，在電極間距為2cm和放電功率為5(T60W 的條件下，進行射頻輝光放電分解硅烷和氫氣，從而在石英玻璃上沉積一層非晶硅薄膜； 沉積時襯底的溫度為10(T30(TC，工作氣壓為133. 3Pa，沉積時間為2 3小時，薄膜厚度為 0. 5 1 μ m ；C、多晶硅薄膜的制備將上述的非晶硅薄膜放置于光退火爐內(nèi)，在以氮氣作為保護氣 體，且真空度為5. 6 X KT4Pa條件下，用頻率為1. 2 X IO14Hz和2 X IO15Hz的光對硅薄膜進行 均勻照射，使硅薄膜的溫度至70(T90(TC，退火保溫廣30min，然后自然冷卻至2(T25°C，即在石英玻璃上得到多晶硅薄膜。
全文摘要
本發(fā)明屬于光學技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種在玻璃襯底上利用特定波長的光促進硅薄膜結(jié)晶的方法，包括如下步驟a、沉底材料的預處理；b、非晶硅薄膜的制備；c、多晶硅薄膜的制備，本發(fā)明方法與傳統(tǒng)方法相比較，使用有利于晶化、可以控制波長的光照射，一方面可以提高硅薄膜的結(jié)晶效果，提高硅薄膜電池的效率和穩(wěn)定性；另一方面因為去掉了傳統(tǒng)光照方法中其他多余頻率的光和有害的熱能，所以降低了室內(nèi)溫度，從而可以使用廉價的低軟化點玻璃，降低生產(chǎn)成本?？傊痉椒ㄊ怪苽涔璞∧ぬ柲茈姵毓に嚭唵魏蜕a(chǎn)成本降低。
文檔編號C23C16/24GK102102192SQ20101055036
公開日2011年6月22日 申請日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者萬志剛, 武俊林, 董林, 閻韜, 靳瑞敏, 韓香菊 申請人:河南安彩高科股份有限公司