The SiH3 radical is generally considered to be the dominant radical in a-Si:H growth [78, 79]. Since most of the growing substrate is terminated by hydrogen [80], the SiH3 radical does not readily bond to the growing film but diffuses over the surface until it encounters a dangling bond. By bonding to the dangling bond, the SiH3 radical contributes to the growth. Bonding of the SiH3 to the growing surface requires available dangling bonds, which are created when hydrogen is removed from the surface. Hydrogen can be removed by thermal excitation or by abstraction by a SiH3 radical, in which a dangling bond and a SiH4 molecule are formed [78]. Though other radicals contribute much less to the growth, they do play an important role in determining the properties of the film. The SiH2 and higher silane radicals have higher sticking coefficients than SiH3 and can be incorporated directly into the hydrogen terminated surface [26]. However, the contribution of these radicals to the growth results in poor quality films, and therefore the presence of these radicals in the plasma should be avoided. Ions have been estimated to be able to contribute 10 % to the growth of a-Si:H [81].
Concluding, the deposition process is a complex phenomenon of gas and surface reactions that are controlled by deposition parameters such as the gas composition, flows and pressure, the power density and frequency, the substrate temperature, the electrode geometry, etc. The textbook by Luft and Tsuo discusses in detail the deposition conditions of hydrogenated amorphous silicon alloys [82]. Additional information is to be found in reference [79]. Typical deposition parameters to obtain uniform films of device quality a-Si:H in a laboratory rf PECVD deposition system are: silane flow 20-50 sccm1, process pressure 0.5-0.7 mbar, substrate temperature 200-250 °C, rf power density 20-50 mW cm-2, electrode distance 1-3 cm. A typical deposition rate is 1-2 A s-1. One can easily calculate that using these conventional [23] conditions, depositing a 300 nm thick a-Si:H absorber layer in a solar cell takes from 25 to 50 minutes. For high volume mass production this is too long, and a deposition rate of 10-20 A/s is required. Considerable research is therefore being devoted to increasing the deposition rate of a-Si:H without deteriorating the material quality.
The central parameter governing the deposition rate is the power absorbed by the plasma. Higher power results in a higher electron density and electron temperature in the plasma [79], which facilitates the dissociation of SiH4 molecules. The resulting higher concentrations of SiH3 and other radicals contribute to a higher deposition rate. However, increasing power leads to deposition conditions which favor the generation of higher silane radicals and eventually powder formation. These deposition conditions result in films with an inferior quality characterized by an increased concentration of H and SiH2 bonds in the film [83]. In order to facilitate the formation of a compact Si network under high deposition rate conditions, the suppression of formation of SiH2 bonds is desired [84]. This can be achieved by lowering the electron temperature in the plasma and/or by increasing the deposition temperature. A lower electron temperature in the plasma can be achieved by using a higher plasma excitation frequency. A high deposition temperature of up to 350 °C is required at high deposition rates to promote the diffusion of higher silanes onto and the elimination of hydrogen from the growing surface. However, such a high deposition temperature for absorber layers causes thermal damage to the underlying layers in solar cells [75].
Suppression of higher silane radicals and short lifetime radicals in the gas phase at a high deposition rate has become a general approach for depositing a-Si:H with sufficient material quality. In order to achieve higher deposition rates, two approaches have been taken. In the first, the operating conditions of the PECVD technique were further investigated, which resulted in a high pressure high power rf PECVD [85], a PECVD with very high plasma excitation frequency (vhf) [86], and microwave PECVD [87]. The second approach has concentrated on the investigation and development of novel deposition techniques, such as the hot wire CVD (HWCVD) technique, known also as catalytic CVD [88] and the expanding thermal plasma CVD (ETPCVD) technique [89].
อนุมูล SiH3 โดยทั่วไปถือว่าเป็นการรุนแรงในที่โดดเด่น-Si:H เติบโต [78, 79] เนื่องจากส่วนใหญ่ของพื้นผิวเติบโตถูกยกเลิก โดยไฮโดรเจน [80], SiH3 รุนแรงไม่ผูกพันพร้อมกับฟิล์มเติบโต แต่ชิ้นบนพื้นผิวจนพบพันธบัตรห้อย โดยพันธะเพื่อห้อย SiH3 รุนแรงก่อให้เกิดการเจริญเติบโต พันธะของ SiH3 ผิวเติบโตต้องการพันธบัตรห้อยอยู่ ซึ่งสร้างขึ้นเมื่อไฮโดรเจนจะถูกเอาออกจากพื้นผิว ไฮโดรเจนสามารถถูกเอาออก โดยการกระตุ้นความร้อน หรือนามธรรมโดย SiH3 ที่รุนแรง การที่พันธบัตรห้อยและ SiH4 โมเลกุลจะเกิดขึ้น [78] แม้อนุมูลอื่น ๆ มีส่วนร่วมน้อยมากในการเจริญเติบโต พวกเขาเล่นบทบาทสำคัญในการกำหนดคุณสมบัติของฟิล์ม SiH2 และอนุมูลไซเลนสูงมีสัมประสิทธิ์การยึดติดสูงกว่า SiH3 และสามารถติดตั้งโดยตรงในพื้นผิวไฮโดรเจนยกเลิก [26] อย่างไรก็ตาม ผลงานของอนุมูลเหล่านี้ให้ผลการเจริญเติบโตในภาพยนตร์คุณภาพที่ไม่ดี และดังนั้นการปรากฏตัวของอนุมูลเหล่านี้ในพลาสม่าควรหลีกเลี่ยง ไอออนมีการประมาณเพื่อให้สามารถมีส่วนร่วม 10% การเติบโตของการ-Si:H [81]สรุป กระบวนการสะสมเป็นปรากฏการณ์ซับซ้อนของปฏิกิริยาก๊าซและพื้นผิวซึ่งควบคุม โดยพารามิเตอร์สะสมเช่นองค์ประกอบก๊าซ กระแส และแรงดัน ความหนาแน่นของพลังงาน และความถี่ อุณหภูมิพื้นผิว อิเล็กโทรดเรขาคณิต ฯลฯ ตำราเรียน โดยลัฟท์และ Tsuo กล่าวถึงในรายละเอียดเงื่อนไขสะสมของไฮโดรเจนฟัสซิลิคอนโลหะผสม [82] ข้อมูลเพิ่มเติมจะพบได้ในเรท [79] พารามิเตอร์ทั่วไปสะสมเพื่อขอรับฟิล์มชุดอุปกรณ์คุณภาพ-Si:H ในห้องปฏิบัติการ rf PECVD ระบบสะสม: ไซเลนไหล 20-50 sccm1 กระบวนการความดัน 0.5-0.7 mbar พื้นผิวอุณหภูมิ 200-250 ° C, rf พลังงานความหนาแน่น 20-50 mW ซม.-2 ไฟฟ้าใกล้ 1-3 ซม. อัตราทั่วไปสะสมเป็นรายการ s-1 1-2 A หนึ่งสามารถคำนวณได้ง่าย ๆ ที่ใช้ทั่วไป [23] เงื่อนไข ฝากเป็น 300 นาโนเมตรหนา-ชั้นดูดซับ Si:H ในเซลล์แสงอาทิตย์ใช้เวลาจาก 25 นาที สำหรับการผลิตปริมาณสูง เป็นเวลานานเกินไป และมีอัตราการสะสมของ a/s 10-20 ที่จำเป็น วิจัยมากดังนั้นการทุ่มเทเพื่อเพิ่มอัตราการสะสมตัว-Si:H โดยไม่เสื่อมคุณภาพวัสดุพารามิเตอร์ศูนย์กลางควบคุมอัตราการสะสมคือ พลังดูดซึม โดยพลาสม่า พลังงานสูงผลในความหนาแน่นของอิเล็กตรอนที่สูงขึ้นและอุณหภูมิอิเล็กตรอนในพลาสม่า [79], ที่ dissociation SiH4 โมเลกุลของ ความเข้มข้นสูงเป็นผลลัพธ์ของ SiH3 และอนุมูลอื่น ๆ นำไปสู่อัตราสะสมสูงขึ้น อย่างไรก็ตาม เพิ่มพลังงานนำไปสู่เงื่อนไขของสะสมที่ชอบการสร้างอนุมูลไซเลนที่สูงขึ้น และในที่สุดฝุ่นก่อตัว เงื่อนไขสะสมเหล่านี้ส่งผลในภาพยนตร์ ด้วยคุณภาพด้อยกว่าโดยเพิ่มความเข้มข้นของ H และ SiH2 พันธบัตรในภาพยนตร์ [83] เพื่อดำเนินการจัดตั้งเครือข่ายศรีกะทัดรัดภายใต้เงื่อนไขอัตราสะสมสูง ปราบปรามการก่อตัวของพันธะ SiH2 เป็นที่ต้องการ [84] นี้สามารถทำได้ โดยการลดอุณหภูมิอิเล็กตรอนในพลาสม่า หรือ โดยการเพิ่มอุณหภูมิสะสม อุณหภูมิอิเล็กตรอนต่ำในพลาสม่าสามารถทำได้ โดยใช้ความถี่ไฟฟ้าพลาสมาสูงขึ้น อุณหภูมิสะสมสูงถึง 350 ° C ถูกต้องอัตราสะสมสูงเพื่อส่งเสริมการแพร่ของไซเลนสูงลงและกำจัดไฮโดรเจนจากผิวเจริญเติบโต อย่างไรก็ตาม ดังกล่าวมีอุณหภูมิสะสมสูงชั้นดูดซับทำให้เกิดความเสียหายต่อความร้อนที่ชั้นในเซลล์แสงอาทิตย์ [75]ปราบปรามของอนุมูลไซเลนสูงและอายุการใช้งานสั้นอนุมูลในเฟสก๊าซในอัตราสูงสะสมได้กลายเป็น แนวทางทั่วไปฝาก-Si:H กับคุณภาพวัสดุที่เพียงพอ เพื่อให้บรรลุอัตราสะสมสูง นารีได้รับการถ่าย ในครั้งแรก เงื่อนไขการปฏิบัติของเทคนิค PECVD ถูกตรวจเพิ่มเติม ซึ่งส่งผลให้ความดันสูงสูงพลังงาน rf PECVD [85], PECVD กับความถี่กระตุ้นพลาสม่าสูงมาก (vhf) [86], และไมโครเวฟ PECVD [87] วิธีสองมีความเข้มข้นในการสืบสวนและพัฒนาเทคนิคสะสมนวนิยาย เช่นลวดร้อนเทคนิค CVD (HWCVD) ยังเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา CVD [88] และพลาสม่าความร้อนขยายเทคนิค CVD (ETPCVD) [89]
การแปล กรุณารอสักครู่..
