• 注意：在600oC以上沉积时，硅中的氢很容易外扩散，导 致硅薄膜中的悬挂键增多，因此，高温工艺制备的多晶硅 薄膜常还需要第二次低温处理。这样只含有多晶硅晶粒， 没有非晶硅相，而且相对尺寸较大，约大小100nm.
• 在低温制备的多晶硅薄膜中，含有一定量的非晶硅，而且 晶粒的尺寸较小，约为20-30nm左右，通常又称为微晶硅。
第 十章 多晶硅薄膜
• 多晶硅薄膜材料：指在玻璃、陶瓷、廉价硅等低成本衬底 上，通过化学气相沉积等技术，制备成一定厚度的多晶硅 薄膜。
• 根据多晶硅晶粒的大小，部分多晶硅薄膜又可称为微晶硅 薄膜（uc-Si，其晶粒大小在10-30nm纳米硅（nc-Si,其晶 粒在10nm左右）薄膜。
• 多晶硅薄膜主要分为两类：一类是晶粒较大，完全由多晶 硅颗粒组成；另一类是由部分晶化、晶粒细小的多晶硅镶 嵌在非晶硅中组成。
左右。
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§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.3 多晶硅薄膜的晶界和缺陷
• 多晶硅薄膜的中的晶界可以引入势垒，引起能带的弯曲。
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§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
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§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.2 多晶硅薄膜的制备技术
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§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.2 多晶硅薄膜的制备技术
• 化学气相沉积技术直接制备多晶硅薄膜时，可以分为高温 工艺（衬底温度高于600oC）和低温工艺（衬底温度低于 600oC），这主要由衬底材料的玻璃化温度决定。
气相条件下分解，然后在加热（300-1200oC)的衬底上沉 积多晶硅薄膜。
• 根据化学气相沉积条件的不同，可分为以下几种：
• 等离子增强化学气相沉积
• 低压化学气相沉积
• 常压化学气相沉积
• 热丝化学气相沉积
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§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.2 多晶硅薄膜的制备技术
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§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.3 多晶硅薄膜的晶界和缺陷
• 多晶硅薄膜的缺陷包括晶界、位错、点缺陷等。 • 由于多晶硅薄膜由大小不同的晶粒组成，因此晶界的面积
较大，是多晶硅的主要缺陷。 • 在制备过程中，由于冷却速速率快，晶粒内含有大量的位
错等微缺陷。 • 在实验室中，多晶硅薄膜的最高光电转换效率也仅在13%
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§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.2 多晶硅薄膜的制备技术
• 一般认为，利用高温工艺可以使硅原子很好的结晶，通常 衬底温度越高，多晶硅薄膜的质量越好。
• 但是，高温对衬底材料提出了高的要求： • 1）要求衬底材料有高的玻璃化温度； • 2）要求衬底材料在高温时与硅材料有好的晶格匹配； • 3）要求衬底材料相对高纯，在高温时不能向多晶硅薄膜
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第 十章 多晶硅薄膜
• 多晶硅薄膜主要有两种制备途径： 1）通过化学气相沉积等技术，在一定的衬底材料上直接制
备； 2）首先制备非晶硅薄膜，然后通过固相晶化、激光晶化和
快速热处理晶化等技术，将非晶硅薄膜晶化成多晶硅薄膜。
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第 十章 多晶硅薄膜
• 10.1 多晶硅薄膜的基本性质 • 10.2 化学气相沉积制备多晶硅薄膜 • 10.3 非晶硅晶化制备多晶硅薄膜
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§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
• 10.1.1 多晶硅薄膜的特点 • 10.1.2多晶硅薄膜的制备技术 • 10.1.3 多晶硅薄膜的晶界和缺陷 • 10.1.4多晶硅薄膜的杂质
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§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.1 多晶硅薄膜的特点
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§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.2 多晶硅薄膜的制备技术
• 真空蒸发、溅射、电化学沉积、化学气相沉积、液相外延 和分子束外延等。
• 液相外延 • 化学气相沉积技术
迁移率仅次于晶体硅；应用在高效率的薄膜太阳电池。 • 缺点 • 生长速率慢；生产速率效低，不适于大规模工业化生产
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§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.2 多晶硅薄膜的制备技术
• 化学气相沉积技术 • 利用SiH4、SiH2Cl2 、 SiHCl3等和H2的混合气体，在各种
• 化学气相沉积制备多晶硅薄膜主要有两个途径： • 1）是与制备非晶硅薄膜一样，利用加热、等离子体、光
辐射等能源，通过硅烷或其它气体的分解，在不同的衬底 上一步工艺直接沉积多晶硅薄膜； • 2）是利用化学气相沉积技术首先制备非晶硅薄膜，然后 利用其亚稳的特性，通过不同的热处理技术，将非晶硅晶 化成多晶硅薄膜。
扩散杂质。
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§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.2 多晶硅薄膜的制备技术
• 为了防止在高温工艺中杂质自衬底向硅薄膜中扩散，目前 一般采用“缓冲层”技术。
• 高温工艺制备多晶硅薄膜的生长速率很高。一般认为，随 着衬底温度的升高，沉积速率增加。
• 薄膜的厚度一般为20-50um.需要衬底材料。
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§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.2 多晶硅薄膜的制备技术
• 液相外延: 将衬底浸入低溶点的硅的金属合金熔体中，通 过降低温度使硅在合金中处于过饱和状态，然后作为第二 相析出在衬底上，形成多晶硅薄膜。
• 优点 • 晶体质量好；缺陷少；晶界的复合能力低；少数载流子的
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§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.1 多晶硅薄膜的特点
• 1）晶粒尺寸一般为几百纳米到几十微米 • 2）具有晶体硅的性质 • 3）具有非晶硅薄膜的低成本、制备简单和可以大面积制
备的优点 • 4）大晶粒的多晶硅薄膜具有与单晶硅相似的高迁移率，
可以做成大面积、具有快响应的场效应薄膜晶体管、传感 器等光电器件，在大阵列液晶显示领域也广泛应用。 • 5）对长波长光线具有高敏性，而且对可见光有很高的吸 收系数。