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2026-04-22 22:24本頁面

　　

【正文】薄膜的特征和基本性質多晶硅（ polycrystalline silicon， polySi）薄膜是指在玻璃、陶瓷、廉價硅等低成本襯底上，通過化學氣相沉積等技術，制備成一定厚度的晶體硅薄膜，它是由眾多大小不一和晶向不同的細小硅晶粒組成，直徑一般在幾百納米到幾十微米。它具有晶體硅的基本性質，同時，它又具有非晶硅薄膜的低成本、制備簡單和可以大面積制備等優點，因此，多晶硅薄膜在大規模集成電路、液晶顯示和太陽能光伏領域有著廣泛的應用。因此，在制備多晶硅薄膜時，要調整工藝參數，使得多晶硅的晶粒盡量大，晶界盡量少，而且晶粒盡量垂直于襯底表面，以降低晶界對多晶硅性能的影響；同時，要盡量減少晶界內的位錯、層錯等微缺陷。多晶硅薄膜的制備多晶硅薄膜可以通過化學氣相沉積直接制備，也可以通過固相晶化、激光晶化和快速熱處理晶化等技術，將非晶硅薄膜晶化而制備；無論哪種技術，制備的多晶硅薄膜應該具有晶制備多晶硅薄膜的技術多種多樣，凡是制備固態薄膜的技術，如真空蒸發、濺射、電化學沉積、化學氣相沉積和分子束外延等，都可以用來制備多晶硅薄膜。但是，由于化學氣相沉積（ CVD）技術具有設備簡單、工業成本低、生長過程容易控制、重復性好、便于大規模工業生產的優點，被工業界廣泛常用的多晶硅薄膜的制備方法主要有兩個，一個是利用化學氣相沉積直接制備多晶硅薄膜，利用加熱、等離子體、光輻照等能源，通過硅烷或其他氣體的分解，在不同的襯底上采用一步工藝直接制備多晶硅薄膜；另一個方法是非晶硅晶化制備多晶硅薄膜，這是利用化學氣相沉積技術，首先制備非晶硅薄膜，然后利用其亞穩的特性，通過不同的熱處理技術，將非晶硅晶化成多晶硅薄膜，又稱為兩步工藝法。圖 76 在玻璃襯底上的多晶硅薄膜的掃描電鏡照片圖 77 低壓化學氣相沉積（ LPCVD）系統的示意圖快速熱處理晶化不僅可以制備本征多晶硅薄膜，而且可以制備重摻雜薄膜，使得制備的多晶硅薄膜可以在太陽能光電、集成電路的多晶硅發射極和場效應管等器件上得到應用。多晶硅薄膜的性能主要受晶界和晶粒內部的缺陷影響，為了提高多晶硅薄膜的性能，必須增大晶粒尺寸和減少多晶硅薄膜的缺陷態密度。（ 1）固相晶化制備多晶硅（ 2）激光晶化制備多晶硅（ 3）快速熱處理晶化制備多晶硅薄膜多晶硅薄膜的晶界和缺陷多晶硅薄膜的缺陷包括晶界、位錯、點缺陷等。到目前為止，它們對材料性能的影響還未完全清楚，但是多晶硅薄膜由大小不同的晶粒組成，因此晶界的面積較大，是多晶硅薄膜的主要缺陷。晶界引入的結構缺陷會導致材料電學性能的大幅度降低；同時，在制備過程中，由于冷卻快，晶粒內含有大量的位錯等微缺陷，這些微缺陷也影響多晶硅薄膜性能的提高就多晶硅薄膜在太陽電池方面的應用而言，正是這些缺陷制約著多晶硅薄膜在產業上的大規模應用。目前，多晶硅薄膜缺陷的許多物理機理還沒有完全清楚，也還沒有很好地解決，但是缺陷對太陽電池的負面作用已經被公認。因此，在制備多晶硅薄膜時，要調整工藝參數，使得多晶硅薄膜的晶粒盡量大，晶界盡量少，而且晶粒盡量垂直于襯底表面，以降低晶界等缺陷對多晶硅性能的影響。多晶硅薄膜既具有單晶硅的電學特性，又具有非晶硅薄膜成本低、設備簡單，可以大面積制備等優點，在集成電路和液晶顯示領域已經廣泛應用，同時也是最具有前景的新型太陽電池材料之一。多晶硅薄膜太陽電池已成為目前世界上光伏領域中最活躍的研究方向，人們期待研究工作獲得突破，以大大降低太陽電池的成本，為解決能源和環境問題作出貢獻。

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