專利名稱：一種制備非晶氫硅薄膜的裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及制備非晶氫硅薄膜的裝置。
技術(shù)背景非晶氫硅(a-Si:H)是種能實現(xiàn)可控摻雜的半導體薄膜材料，在太陽能電池、 肖特基勢壘半導體器件、光電探測、平面顯示、節(jié)能玻璃等領域早已得到廣泛 應用。目前的a-Si:H薄膜制備方法大多沿襲1986年的美國專利4631198 (Kakinuma,etal.)，采用射頻放電等離子體化學氣相沉積(PECVD)技術(shù)，以氫氣 和硅烷作為反應先驅(qū)體，在加熱基板上沉積薄膜。也有采用常壓化學氣相沉積 (APCVD)技術(shù)制備非晶硅薄膜晶體三極管，應用于LCD，見1999年美國專利 5,930,657 (Kim，etal.)。迄今為止，PECVD技術(shù)仍然是a-Si:H薄膜研究和大規(guī)模 工業(yè)應用所普遍采用的制備方法。常規(guī)的PECVD技術(shù)采用固定頻率為13.56MHz的射頻電源產(chǎn)生能量激勵形 成等離子體，促進化學氣相沉積反應的進行。然而，這種射頻放電模式所要求 的工作氣壓較低(約100Pa左右)，使得反應先驅(qū)體的氣體流量受到限制，a-Si:H 薄膜的沉積速度偏低(約5 10nm/min)。另外，射頻放電所提供的電子平均能量 較低(<leV)，使得沉積a-Si:H薄膜時的基板溫度至少需要20(TC以上，這一方 面限制了多種低熔點基板材料的選用，另一方面使得基板上的碳、重金屬等雜 質(zhì)有可能在加熱過程中擴散到已形成的薄膜中，對半導體器件性能產(chǎn)生損害。因此，探索使a-Si:H薄膜能在常溫或50 100"C的低溫下快速沉積，具有較 高的應用價值。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種在多種基材表面于室溫或50 10(TC的低溫 下快速制備非晶氫硅薄膜的裝置。本實用新型的制備非晶氫硅薄膜的裝置，包括絕緣陶瓷制的反應窒，反應 室的相對兩壁設有對稱的平面狹縫式進氣通道和出氣通道，反應室內(nèi)有兩塊上 下平行的電極，上電極與高壓脈沖電源相連，其下表面覆蓋厚度2mm以下的陶 瓷板，下電極固定在加熱器上并接地，加熱器與反應室外的加熱溫控裝置相連。上述裝置中的高壓脈沖電源，以電壓5 20kV、頻率5 20kHz、脈沖上升 沿20kV/)iS、脈沖寬度2)iS的參數(shù)為好。應用本實用新型的裝置制備非晶氫硅薄膜，其步驟如下
將清冼后的基板置于反應室中，反應室抽真空到至少10_3Pa，以純氮氣為 載氣，通入氫氣稀釋的體積濃度為20 50%的硅烷反應氣體，反應室壓強為 100 1000Pa，基板在室溫或加熱至50 100°C，開啟高壓脈沖電源，調(diào)整電壓 5 20KV，頻率5 20kHz，脈沖上升沿20kV爾S，脈沖寬度2pS，氣體放電沉積薄膜。上述的基板可以是玻璃、硅片等傳統(tǒng)基材，也可以是塑料、鋁材等低熔點基材。通過調(diào)整高壓脈沖電源的參數(shù)、反應溫度等條件，可以調(diào)整非晶氫硅薄膜 的沉積速率和膜基結(jié)合狀況。本實用新型的裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，應用該裝置可以實現(xiàn)在多種傳統(tǒng) 基板或低熔點基板上于常溫或低溫(50 100°C)快速沉積，非晶氫硅薄膜的最 大沉積速率可達20nm/min，比常規(guī)的PECVD非晶硅薄膜沉積速率(約 5 10nm/min)提高了約兩倍。所制備的非晶氫硅薄膜的禁帶寬度1.92 2.18eV, 光、暗電導比大于兩個數(shù)量級，有望在太陽能電池、建筑節(jié)能玻璃等領域獲得 應用。

圖1為本實用新型的制備非晶氫硅薄膜的裝置。
具體實施方式
參照圖1，本實用新型的制備非晶氫硅薄膜的裝置包括絕緣陶瓷制的反應窒 5，反應室的相對兩壁設有對稱的平面狹縫式進氣通道6-l和出氣通道6-2，反應 室內(nèi)有兩塊上下平行的電極，上電極1與高壓脈沖電源7相連，髙壓脈沖電源 的電壓5 20kV、頻率5 20kHz、脈沖上升沿20kV/pS，脈沖寬度2pS。上電 極1的下表面覆蓋厚度2mm以下的陶瓷板4，下電極2固定在加熱器9上并接 地，加熱器9與反應室外的加熱溫控裝置8相連。圖中3為固定在下電極上的 基板。采用平面狹縫式進、出氣通道，可以使反應室的反應氣流穩(wěn)定均勻。以下為利用上述裝置制備非晶氫硅薄膜實施例。 實施例1將玻璃基板經(jīng)過表面清洗，置于反應室的下電極，反應室抽真空至10_3Pa， 以純氮氣為載氣，通入氫氣稀釋的體積濃度為20%的硅垸(SiH4)反應氣體， 反應室壓強為200Pa，基板加熱至10(TC，開啟高壓脈沖電源，調(diào)整電壓12KV、 頻率20KHz，脈沖上升沿20kV小S，脈沖寬度2pS，氣體放電沉積薄膜。本例制得的非晶氫硅薄膜，厚度均勻、膜基結(jié)合牢固。經(jīng)臺階儀膜厚測算， 薄膜的最大沉積速率為20nm/min。經(jīng)紫外一可見光透射光譜測算，其光學帶隙 寬度為1.92eV，大于PECVD方法制備的非晶氫硅薄膜的光學帶隙(約1.8eV)。 實施例2將鋁板經(jīng)過表面清洗，置于反應室的下電極，反應室抽真空至10—3Pa，以 純氮氣為載氣，通入氫氣稀釋的體積濃度為50%的硅烷(SiH4)反應氣體，反 應室壓強為100Pa，基板加熱至50。C，開啟高壓脈沖電源，調(diào)整電壓20KV、頻 率10KHz，脈沖上升沿20kV小S，脈沖寬度2pS，氣體放電沉積薄膜。本例制得的非晶氫硅薄膜，厚度均勻、膜基結(jié)合牢固。經(jīng)臺階儀膜厚測算， 薄膜的最大沉積速率為15nm/min。經(jīng)拉曼光譜分析，480cm'1處出現(xiàn)非晶氫硅的 特征拉曼峰，表征得到了典型的非晶氫硅薄膜。 實施例3將塑料基板經(jīng)過表面清洗，置于反應室的下電極，反應室抽真空至10—3Pa， 以純氮氣為載氣，通入氫氣稀釋的體積濃度為40%的硅垸(SiH4)反應氣體， 反應室壓強為1000Pa，室溫下，開啟髙壓脈沖電源，調(diào)整電壓5KV、頻率5KHz, 脈沖上升沿20kV/)iS，脈沖寬度2nS，氣體放電沉積薄膜。本例制得的非晶氫硅薄膜，厚度均勻、膜基結(jié)合牢固。經(jīng)臺階儀膜厚測算， 薄膜的最大沉積速率為12nm/min。經(jīng)拉曼光譜分析，480cm"處出現(xiàn)非晶氫硅的 特征拉曼峰，表征得到了典型的非晶氫硅薄膜。
權(quán)利要求1.. 一種制備非晶氫硅薄膜的裝置，其特征是包括絕緣陶瓷制的反應窒(5)，反應室的相對兩壁設有對稱的平面狹縫式進氣通道(6-1)和出氣通道(6-2)，反應室內(nèi)有兩塊上下平行的電極，上電極(1)與高壓脈沖電源(7)相連，其下表面覆蓋厚度2mm以下的陶瓷板(4)，下電極(2)固定在加熱器(9)上并接地，加熱器(9)與反應室外的加熱溫控裝置(8)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備非晶氫硅薄膜的裝置，其特征是高壓脈沖電 源的電壓為5 20kV、頻率5 20kHz、脈沖上升沿20kV S、脈沖寬度2)iS。
專利摘要本實用新型公開的制備非晶氫硅薄膜的裝置，包括絕緣陶瓷制的反應室，反應室的相對兩壁設有對稱的平面狹縫式進氣通道和出氣通道，反應室內(nèi)有兩塊上下平行的電極，上電極與高壓脈沖電源相連，其下表面覆蓋厚度2mm以下的陶瓷板，下電極固定在加熱器上并接地，加熱器與反應室外的加熱溫控裝置相連。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，應用該裝置可以實現(xiàn)在多種傳統(tǒng)基板或低熔點基板上于常溫或低溫快速沉積，所制備的非晶氫硅薄膜的禁帶寬度1.92～2.18eV，光、暗電導比大于兩個數(shù)量級，有望在太陽能電池、建筑節(jié)能玻璃等領域獲得應用。
文檔編號C23C16/50GK201080495SQ200720110408
公開日2008年7月2日 申請日期2007年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月5日
發(fā)明者張溪文, 李敏偉 申請人:浙江大學