[发明专利]一种制备nc-Si/SiOx薄膜MIS结构器件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种nc-Si/SiOx薄膜MIS结构器件的方法。

背景技术

纳米晶硅(nc-Si)因量子限制效应而具有一系列独特的光电性能, 在全色显示和光伏器件等领域具有诱人的应用前景,通常nc-Si材料采 用以SiO₂或SiO_X为介质的镶嵌结构,相比于SiO₂，SiO_X作为镶嵌结构具 有很多优点，比如有更低的表面态密度，更高的介电常数，而且SiO_X带隙可以通过X值调节。这些优点使得nc-Si/SiO_x薄膜在异质结中具 有更广泛的应用前景。

PECVE法沉积SiO_X薄膜通常采用SiH₄和N₂O作为气体源。X值的调 节通过改变SiH₄和N₂O的馈入比例即可实现。当N₂O和SiH₄被电离后硅 烷与氧离子的动能基本保持一致，容易结合形成SiOx，而氮离子动能 均比氧离子和硅烷衰减快，加之大量氮离子已经在N2O开始电离产生 的氧离子重新结合生成一氧化氮(NO)挥发气体被排除，因此氮离子再与 硅烷发生碰撞反应的概率较低。但是还会残存一部分N离子进入到SiOx 薄膜。残存的这部分N会对薄膜的性质产生影响，使得薄膜缺陷增加， 影响其电输运，最终导致薄膜光电效率减弱。因此，消除N原子掺入是 提高nc-Si/SiOx薄膜质量关键的环节。

发明内容

鉴于现有技术中的上述问题，提出了本发明,本发明的目的在于以 SiH₄和N₂O为反应源用PECVD法生长nc-Si/SiOx薄膜过程中，通过加 衬底负偏压控制等离子体的能量和离子流密度。增大了N₂O分解的氧 离子和Si结合速率同时抑制了氮粒子和Si的结合，避免和衬底上的硅 活性基团生成Si-N键，减少膜中载流子陷阱的形成，从而提高薄膜的 载流子输运效率。

根据本发明的一方面，提供一种制备nc-Si/SiOx薄膜MIS结构器件的 方法，其中，MIS结构器件的M层为电极层，I层为nc-Si/SiOx薄膜， S层为P型晶体硅，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)样品制 备步骤：将双面抛光的P型(100)晶相单晶硅片裁成3cm×3cm见方 小片，作为待生长薄膜的衬底，所述单晶硅的电阻率为5-10Ω·cm； (2)样品准备步骤：将单晶硅片先用丙酮和甲醇混合液浸泡3分钟， 然后烘干，再用体积比为1:2:5的NH₄OH:H₂O₂:H₂O混合液浸泡5分钟， 经去离子水处理后，再放入体积比为1:10的HF:H₂O溶液中1分钟，然 后取出，用去离子水清洗，最后烘干；(3)抽真空步骤；将单晶硅片 衬底放在下电极上，进行抽真空，腔内真空度达到10^-4pa时加热下电极， 加热温度为200-500℃；(4)通气步骤：通入纯度为99.9999％的SiH₄气体、纯度为99.999％的H₂气体和纯度99.999％的N₂O气体的混合气体， 其中SiH₄、H₂和N₂O总流量90sccm-150sccm，流量比为2:98:2-2:98:10， 反应气压为100-300pa；(5)射频发生步骤：开启射频电源，调节最佳 匹配，其中射频电源频率为13.56Mz，功率为80-200w；(6)加偏压步 骤：开启下电极偏压源，直流负偏压，电压值为10-100v；(7)薄膜生 长步骤：生长nc-Si/SiOx薄膜，生长时间为1-2小时，膜厚为 200nm-300nm；以及(8)将生长有nc-Si/SiOx薄膜的单晶硅片取出， 放入高真空电阻蒸发镀膜机，并将铝条放入所述镀膜机，打开机械泵腔 内压强先抽到5.5pa然后打开分子泵和冷却水将压强抽到10^-4帕，再继 续抽1小时后开始镀电极膜层，蒸发电压1.45V，镀膜时间为5分钟， 镀膜完成后，将nc-Si/SiOx薄膜MIS结构器件取出，测量器件的电学 性质。

作为优选的方案，在所述抽真空步骤中，下电极的加热温度为 350℃。