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热丝化学气相沉积微晶硅薄膜结构及性质研究
热丝化学气相沉积微晶硅薄膜结构及性质研究
摘要：
微晶硅（μc-Si）薄膜是一种具有广泛应用前景的大带隙半导体材料。本文以热丝化学气相沉积（hot-wirechemicalvapordeposition,HWCVD）制备的μc-Si薄膜为研究对象，通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、拉曼光谱等手段对其结构与性质进行了详细研究。结果表明，HWCVD法制备的μc-Si薄膜具有较高的晶体质量和结构均匀性，其结构特征对其光学和电学性能起到了重要影响。
关键词：热丝化学气相沉积；微晶硅薄膜；结构；性质
1.引言
微晶硅薄膜是一种由具有晶体结构的纳米晶体组成的非晶态硅薄膜，其具有较高的光吸收系数和导电性能，使其在光电子器件（如太阳能电池、薄膜晶体管等）中具有广泛应用潜力。热丝化学气相沉积是一种成本低、生产效率高、可扩展性好的制备方法，被广泛应用于微晶硅薄膜的制备。
2.实验方法
2.1材料制备
采用热丝化学气相沉积法制备微晶硅薄膜，以H2稀释的SiH4气体作为硅源，通过控制沉积温度、硅源浓度等参数来调控沉积速率和薄膜结构。制备的样品分别沉积于玻璃基片和硅衬底上，以研究不同基底对薄膜结构的影响。
2.2结构表征
通过扫描电子显微镜观察薄膜表面形貌和横截面结构，透射电子显微镜对薄膜晶体质量进行分析。拉曼光谱分析对薄膜的晶格结构和应变进行表征。
3.结果与讨论
3.1表面形貌
SEM观察结果显示，HWCVD法制备的微晶硅薄膜表面比较平整，无明显的颗粒状物质。样品间表面形貌的差异主要与沉积温度和硅源浓度有关，沉积温度较高、硅源浓度较低时，薄膜表面更加均匀。
3.2结构分析
TEM观察结果显示，HWCVD法制备的微晶硅薄膜具有纳米尺度的晶体，晶界分布较为均匀，无晶界扩散或聚集现象。观察到的微观结构与晶格缺陷及应变状态有关，这可能与较高的沉积温度和较低的硅源浓度导致了晶体生长的失稳性有关。
3.3光学性质
拉曼光谱分析表明，HWCVD法制备的微晶硅薄膜具有典型的μc-Si特征峰，主要包括双共振峰（D峰）和骨架振动峰（G峰）。通过对D峰和G峰的强度比值进行分析，可以得到杂质浓度和晶体质量的信息。此外，拉曼谱还显示了晶格缺陷引起的局部应变情况。
4.结论
本研究通过HWCVD法制备的微晶硅薄膜的结构与性质进行了详细研究。结果表明，HWCVD法制备的微晶硅薄膜具有较高的晶体质量和结构均匀性。薄膜的表面形貌和晶体结构与沉积温度、硅源浓度等工艺参数密切相关。这些研究结果对于微晶硅薄膜的应用和性能优化具有重要意义。
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