Влияние технологических параметров осаждения на фазовый состав тонких пленок микрокристаллического кремния, полученных методом PECVD В. Л. Кошевой1, В. С. Левицкий1,2, В. П. Афанасьев1,2, Е. И. Теруков1,2 1Санкт-Петебрургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова-Ленина. 2НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике при ФТИ имени А.Ф. Иоффе Целью работы: являлось исследование зависимости фазового состава тонких пленок микрокристаллического кремния от технологических параметров осаждения. Актуальность: подбор оптимальных параметров осаждения тонких пленок микрокристаллического кремния, полученных методом PECVD может увеличить показатель КПД для солнечных элементов. Принцип работы установки LabRam HR800 Спектры КРС регистрировались на спектрометре LabRam HR800.В качестве источников возбуждения использовались вторая гармоника Nd:YAG-лазера (длина волны излучения 532 nm). Лазерный луч фокусировался в пятно диаметром ~ 1–2 μm на поверхности образца. Типичная плотность мощности не превышала 5 kW/cm2, чтобы избежать влияния лазерного воздействия на структуру исследуемых объектов. (1) Лазерный луч возбуждает образец (2) Луч рассеивается во всех направлениях (3) Частично свет падает на детектор который регистрирует спектр (4) Получаемый спектр исследуемого образца. Пример расчета параметра кристалличности. Для того чтобы получить данные из Рамновских спектров необходимо произвести деконволюцию спектра на 3 гаусса с положениями максимума для трёх длин волн 480 cm-1,505 cm-1-515 cm-1 и 514 cm-1-520 cm-1 отвечающих аморфному, микрокристаллическому и кристаллическому состоянию вещества соответственно. Значения полуширины максимума, высоты и интеграла кривой для спектра КР микрокристаллического кремния (mc-Si:H) Полуширина Название кривой Центр максимума Высота Интеграл кривой a-Si 380 60 74.0305 4328.18 mc-Si 509.668 29.2128 143.42 4459.79 c-Si 517.615 9 526.136 5040.49 Для расчета параметра кристалличности необходимы значения Amc,Aa и Ac. Спектр Рамановского рассеяния на примере микрокристаллического кремния. С помощью Рамановской спектроскопии были исследованы плёнки микрокристаллического гидрогенизированного кремния (mc-Si:H) Рост плёнок сопровождался изменением различных параметров в реакционной камере, а именно: 1) Температура, 2) Давление, 3) Отношение газов моносилана и водорода ,4) Мощность разряда Распределение параметра кристалличности по поверхности образца (833) Таблица сопоставляющая параметр кристалличности с различными параметрами роста плёнок полученных при PECVD. номер образца 394 406 831 429 423 409 833 364 430 393 413 422 422 413 436 789 828 Rc 50,9 52,1 56,17 56,2 57 58,6 63,38 64,4 64,8 65,9 66,9 66,9 66,9 67 67,4 68,25 69,83 Мощность Давление, , Вт мбар 3550 3,1 3000 3,1 3550 3,5 3100 3,1 3550 3,1 3200 3,1 3550 2,2 3550 3,1 3400 3,1 3300 3,1 3550 3,1 3550 3,1 3550 3,1 3550 3,1 3550 3,1 3550 3,1 3550 2,5 поток SiH4,slm 500 410 410 410 485 410 410 450 410 410 410 410 410 410 410 410 410 Температура,C 160 160 160 160 160 160 160 160 160 160 160 160 160 160 170 180 160 RC RC RC RC 68,4 70 68,2 68 68 68 66 66 64 68,0 66 64 62 62 67,6 60 RC 64 RC RC RC 67,8 58 62 60 58 67,4 56 60 56 54 67,2 58 54 52 67,0 56 160 165 170 175 180 52 50 2,0 T, C График зависимости параметра кристалличности от температуры подложки. 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 50 400 pressure График зависимости параметра кристалличности от давления в камере. 420 440 460 480 500 SiH4 График зависимости параметра кристалличности (RC) от потока моносилана. 3000 3100 3200 3300 3400 3500 3600 Power График зависимости параметра кристалличности (RC) от мощности разряда в плазме. Результаты исследования показали, что при увеличении температуры подложки происходит увеличение степени кристалличности пленки. Атомы водорода встраиваются в напряженные Si-Si связи, образуя SiHn (n=1,2), а при превышении определенной пороговой концентрации SiHn, формируется микрокристаллический кремний. При увеличении давления в камере значение параметра кристалличности полученных слоев изменяется нелинейно. Максимум достигается при давлении 2.5 мбар, а минимум при 3.5 мбар. При увеличении давления до 2,5мбар, в плазме возрастает концентрация ионов и радикалов, способных образовать микрокристаллический кремний, а при повышении давления, процесс формирования пленки переходит в процесс травления. Увеличение потока SiH4 ведёт к линейному снижению кристалличности плёнки, вследствие снижения концентрации водорода, способствующего образованию кремниевых нано- и микрокристаллов. Увеличение мощности разряда при осаждении ведёт к увеличению кристалличности, так как рост пленки начинается не с формирования аморфной сетки, а непосредственно с образования нанокристаллов различных размеров формирующихся в плазме.