等离子体增强化学气相沉积设备的研制_安其
PECVD设备介绍
PECVD设备介绍PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）即等离子体增强化学气相沉积技术，是一种常用于制备薄膜的工艺方法。
该方法利用等离子体激活气体分子，使其在室温下与固体表面反应，形成薄膜。
PECVD设备是实现PECVD技术的关键设备之一，本文将对PECVD设备的工作原理、主要组成部分和应用领域进行详细介绍。
【工作原理】PECVD设备主要由气体输送系统、真空系统、等离子体激发系统、基底加热系统和反应室组成。
其工作原理是将气体通过气体输送系统进入反应室，然后通过真空系统将反应室抽成高真空状态，再利用等离子体激发系统将气体分子激发形成等离子体，最后将等离子体中的活性物种沉积在基底上，形成薄膜。
【主要组成部分】1.气体输送系统：由气体缸、气体流量计和气体控制阀等组成，用于控制和输送反应气体。
2.真空系统：由机械泵和分子泵等组成，用于将反应室抽成高真空状态，以保证薄膜质量。
3.等离子体激发系统：主要包括高频电源、等离子体发生器和电极等，用于产生等离子体并激发气体分子。
4.基底加热系统：由加热源和温度控制器等组成，用于加热基底，提供合适的反应条件。
5.反应室：是进行气体反应的空间，通常采用石英制成，具有良好的耐高温、耐腐蚀性能。
【应用领域】1.半导体器件制备：PECVD设备可用于生长SiO2、SiNx等材料，用于制备MOSFET等半导体器件的绝缘层和通道层。
2.光伏电池制备：PECVD设备可用于制备非晶硅、多晶硅等薄膜，用于制备光伏电池的光吸收层和透明导电层。
3.平板显示器制备：PECVD设备可用于制备低温多晶硅薄膜，用于制备薄膜晶体管面板的薄膜电晶体。
4.光学涂层制备：PECVD设备可用于制备SiO2、Si3N4等材料，用于制备抗反射膜、硬质涂层、光学滤波器等光学涂层。
5.纳米材料合成：PECVD设备可用于合成纳米碳管、纳米颗粒等纳米材料，应用于传感器、催化剂等领域。
等离子体增强化学气相沉积技术
等离子体增强化学气相沉积技术
等离子体增强化学气相沉积技术（PECVD）是一种利用等离子体反应来制备薄膜的技术。
该技术可以在低温下制备高质量的薄膜，具有广泛的应用前景。
PECVD技术的基本原理是将气体通过电场加热，使其形成等离子体，然后将等离子体沉积在基底上形成薄膜。
等离子体反应可以使气体分子发生化学反应，从而形成所需的化合物。
PECVD技术可以制备多种材料的薄膜，如氮化硅、氧化硅、碳化硅等。
PECVD技术具有许多优点。
首先，它可以在低温下制备高质量的薄膜，这对于一些温度敏感的基底非常重要。
其次，PECVD技术可以制备大面积的薄膜，这对于工业生产非常有利。
此外，PECVD技术可以制备多种材料的薄膜，这使得它在许多领域都有广泛的应用。
PECVD技术在半导体、光电子、涂层等领域都有广泛的应用。
在半导体领域，PECVD技术可以制备氮化硅、氧化硅等材料的薄膜，用于制备晶体管、电容器等器件。
在光电子领域，PECVD技术可以制备氮化硅、氧化硅等材料的薄膜，用于制备LED、太阳能电池等器件。
在涂层领域，PECVD技术可以制备碳化硅、氮化硅等材料的薄膜，用于制备防护涂层、耐磨涂层等。
等离子体增强化学气相沉积技术是一种非常重要的制备薄膜的技术。
它具有许多优点，可以制备多种材料的薄膜，应用领域广泛。
随着
科技的不断发展，PECVD技术将会在更多的领域得到应用。
化学气相沉积CVD设备种类特点及应用领域
化学气相沉积CVD设备种类特点及应用领域化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）是一种常用的薄膜制备方法，通过反应气体在高温条件下直接在基底表面生成固态产物。
CVD设备根据不同的工艺条件、反应策略和基底材料可以分为多种类型，每种设备都有其独特的特点和应用领域。
1. 热CVD设备（Thermal CVD）热CVD设备是最早被广泛应用的CVD方法之一、该方法通过在高温下热分解反应气体从而生成固态沉积物。
热CVD设备可以分为低压热CVD、大气压热CVD和液相热CVD等。
热CVD设备适用于制备金属、合金、氧化物和硅等材料，并广泛应用于电子器件、光电器件、化学传感器和纳米材料等领域。
2. 感应耦合等离子体增强CVD设备（Inductively Coupled Plasma Enhanced CVD，ICPECVD）ICPECVD设备利用感应耦合等离子体的高能量电子和离子来激发反应气体分子并增强反应速率，从而实现高质量、高速度的薄膜沉积。
该方法具有高沉积速率和低制备温度的优势，适用于制备金属、合金、氧化物、氮化物和碳化物等材料，并广泛应用于半导体器件、涂层和光学薄膜等领域。
3. 低压化学气相沉积设备（Low Pressure Chemical Vapor Deposition，LPCVD）LPCVD设备以低压和较低的温度进行气相反应，利用热分解或化学反应生成固态沉积物。
LPCVD设备适用于制备金属、合金、氧化物、硅和碳等材料，并广泛应用于半导体器件、光电器件和太阳能电池等领域。
4. 金属有机化学气相沉积设备（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD）MOCVD设备利用金属有机前体和气相反应生成金属、合金、氮化物、磷化物和砷化物等复杂化合物，以制备高质量的光电器件材料。
MOCVD设备适用于制备光电材料、半导体器件和光学薄膜等领域。
PECVD原理及设备结构
蓝绿色 浅绿色 橙黄色 红 色
黄褐色 红 色
深蓝色 蓝 色
橙 黄 色 红 色
淡蓝色
深 红 色
PECVD的原理
物理性质和化学性质：
结构致密，硬度大 能抵御碱、金属离子的侵蚀 介电强度高 耐湿性好
PECVD的原理
Si3N4膜的作用:
减少光的反射:良好的折射率和厚度可 以促进太阳光的吸收。 防氧化:结构致密保证硅片不被氧化。
判断PECVD 的产出硅片的质量
亮点 色斑
镀膜时 间太短
色斑
色差
水纹 印
影响PECVD的工艺参量
（1） 工作频率、功率 PECVD工艺是利用微波产生等离子体实现氮化硅薄膜沉积。微波一般工作频率为 2.45GHz，功率范围为2600W—3200W。高频电磁场激励下，反应气体激活，电离 产生高能电子和正负离子，同时发生化学沉积反应。功率，频率是影响氮化硅薄膜生 长的重要因素，其功率和频率调整不好，会生长一些有干涉条纹的薄膜，片内薄膜的 均匀性非常差。 ①. 工作频率是影响薄膜应力的重要因素。薄膜在高频下沉积的薄膜具有张应力，而在 低频下具有压应力。绝大多数条件下，低频氮化硅薄膜的沉积速率低于高频率薄膜， 而密度明显高于高频薄膜。所有条件下沉积的氮化硅薄膜都具有较好的均匀性，相对 来说，高频薄膜的沉积均匀性优于低频氮化硅薄膜。 在低频下等离子体的离化度较高，离子轰击效应明显，因此有助于去除薄膜生长中的 一些结合较弱的原子团，在氮化硅薄膜沉积中，主要是一些含氢的原子团，因此，低 频氮化硅薄膜中的氢含量相对较低，薄膜的沉积速率也较低，同时，离子轰击使薄膜 致密化，使薄膜密度较大并表现出压应力。在高频下，由于离子轰击作用较弱，薄膜 表现为张应力。 近期的研究发现，氮化硅薄膜的腐蚀速率与应力有密切的关系，压应力对应于较低的 腐蚀速率，而张应力对应于较高的腐蚀速率。（消除应力的一种方法是采用两套频率 不同的功率源交替工作，使总的效果为压缩应力和舒张应力相互抵消，从而形成无应 力膜。但此方法局限性在于它受设备配置的限制，必须有两套功率源；另外应力的变 化跟两个频率功率源作用的比率的关系很敏感，压应力和张应力之间有一个突变，重 复性不易掌握，工艺条件难以控制）。 ②. 功率对薄膜沉积的影响为：一方面，在PECVD工艺中，由于高能粒子的轰击将使 界面态密度增加，引起基片特性发生变化或衰退，特别是在反应初期，故希望功率越 小越好。功率小，一方面可以减轻高能粒子对基片表面的损伤，另一方面可以降低淀 积速率，使得反应易于控制，制备的薄膜均匀，致密。另一方面，功率太低时不利于 沉积出高质量的薄膜，且由于功率太低，反应物离解不完全，容易造成反应物浪费。 因此，根据沉积条件，需要选择合适的功率范围。
微波等离子体化学气相沉积系统研究
微波等离子体化学气相沉积系统研究摘要：本文通过微波等离子产生原因，以及分析了我国气相沉积技术的内容与优点，并且，通过实验详细的阐述了微波等离子体化学气相沉积系统，为我国的化学气相沉积技术得以更好的发展，并能很好的解决微波等离子体遇到的问题，提供资料借鉴。
关键词：微波等离子体；化学气相沉积；系统；研究一、微波等离子产生原因人们日常生活见到的物质基本上以气态、固态或液态中的任一种形态存在。
在一定的温度下，某物质的分子间作用力和无规则的热运动这两种因素的相互作用决定了这一物质的存在状态。
当温度升高时，分子的无规则运动加剧，将使得分子间的作用力不足以将分子束缚在固定的平衡位置附近做微小的振动，当温度继续升高时，构成分子的原子也能够获得足够的动能，开始彼此分离，这一过程叫做离解，如果温度进一步提高，原子的外层电子将摆脱原子核的束缚而成为自由电子，而由于电子和离子的热运动，也会使气体发生电离，这样物质就变成了由自由电子和正离子组成的物质的第四种形态，即等离子体。
二、我国气相沉积技术的内容与优点气相沉积是近二三十年来迅速发展的新技术。
它是物质从气态向固态转化的结果。
其过程包括物质气化、气相输运和离子沉积成膜或涂层三个基本过程，化学气相沉积简称CVD，CVD是在相当高的温度下，利用混合气体与基体材料的相互作用，从而在其表面形成一层固态薄膜或涂层的技术。
这类技术包括常规化学气相沉积，金属有机化合物化学气相沉积，等离子体强化化学气相沉积或等离子体辅助化学气相沉积，激光化学气相沉积等方法。
目前气相沉积技术已经受到国内外的普遍重视，发展迅速。
该技术具有沉积速率快、涂层均匀致密、附着性好、涂层材料广、对环境无污染等特点，运用这种技术可以改善金属材料及其零部件表而的抗蚀性、耐磨性和抗氧化性等性能。
三、实验及分析（一）概述3KW微波等离子体化学气相沉积系统上开展了实验，对金刚石薄膜的沉积工艺进行了研究，基片台采用石英玻璃基片台，基片为取向的单晶硅片。
等离子增强型化学气相淀积系统
等离子增强型化学气相淀积系统等离子增强型化学气相淀积系统（PECVD）是一种常用于制备薄膜材料的技术。
它通过将气体化合物引入等离子体中，利用化学反应在衬底表面上沉积出所需的薄膜。
PECVD系统在微电子、光电子、能源和材料科学等领域具有广泛的应用。
一、PECVD系统的工作原理PECVD系统主要由等离子源、气体供给系统、电源系统和反应室等组成。
其工作原理是通过施加高频交变电场或射频电场，使气体分子在等离子体中发生电离，生成活性离子和自由基。
这些活性离子和自由基在表面上发生化学反应，生成所需的薄膜材料。
二、PECVD系统的优势1. 高沉积速率：PECVD系统能够实现高速的薄膜沉积，提高生产效率。
2. 低沉积温度：与其他沉积技术相比，PECVD系统可在较低的温度下进行沉积，有利于对温度敏感的衬底材料进行加工。
3. 沉积均匀性好：PECVD系统能够实现较高的沉积均匀性，保证薄膜在整个衬底表面上的均匀沉积。
4. 多功能性：PECVD系统可以通过调节气体组分和工艺参数，实现多种不同材料的沉积，满足不同应用的需求。
三、PECVD系统的应用1. 微电子领域：PECVD系统可以用于制备硅氮化物薄膜、二氧化硅薄膜等，用于制备晶体管、电容器等微电子器件。
2. 光电子领域：PECVD系统可以用于制备氮化硅薄膜、氧化锌薄膜等，用于制备太阳能电池、光电传感器等光电子器件。
3. 能源领域：PECVD系统可以用于制备氮化硅薄膜、碳化硅薄膜等，用于制备锂离子电池、燃料电池等能源器件。
4. 材料科学领域：PECVD系统可以用于制备金刚石薄膜、氮化硼薄膜等，用于提高材料的硬度、耐磨性等性能。
四、PECVD系统的发展趋势1. 高效节能：未来的PECVD系统将进一步提高能源利用率，实现更高效的薄膜沉积，减少能源消耗。
2. 柔性加工：未来的PECVD系统将实现对柔性衬底的加工，满足可弯曲、可折叠等新型器件的制备需求。
3. 多功能一体化：未来的PECVD系统将实现多种功能的一体化，提高设备的多样性和灵活性。
等离子体增强化学气相沉积原理
等离子体增强化学气相沉积（PECVD）原理引言等离子体增强化学气相沉积（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD）是一种常用的薄膜制备技术，广泛应用于半导体、光电子、显示器件等领域。
PECVD利用等离子体的激活作用，通过化学反应在基底表面沉积出薄膜。
本文将详细解释PECVD的基本原理，包括等离子体的产生、等离子体与气相反应物的相互作用以及薄膜的沉积过程。
等离子体的产生在PECVD中，等离子体的产生是实现薄膜沉积的关键步骤。
等离子体是一种带电的、部分电离的气体，其产生需要在低压条件下施加外加电场。
常见的等离子体产生方式有射频（Radio Frequency，RF）放电、微波（Microwave，MW）放电和电子回旋共振（Electron Cyclotron Resonance，ECR）放电。
以射频放电为例，其原理如下： 1. 在真空室中放置两个电极，其中一个电极作为基底（或称为工作电极），另一个电极作为对电极。
2. 将反应气体充入真空室，使压力降至较低的范围（通常在几十帕至几百帕之间）。
3. 施加射频高频电场，使得工作电极上的反应气体电离，形成等离子体。
4. 等离子体中的电子和正离子在电场的作用下不断加速，与气相反应物发生碰撞。
等离子体与气相反应物的相互作用等离子体与气相反应物的相互作用是PECVD中的核心过程。
等离子体中的电子和正离子与气相反应物发生碰撞，引发一系列化学反应，最终形成沉积在基底上的薄膜。
等离子体与气相反应物的相互作用过程主要包括： 1. 电子碰撞电离：等离子体中的高能电子与气相反应物发生碰撞，将其电离成正离子和电子。
2. 电子激发：等离子体中的电子通过与气相反应物碰撞，将其激发到高能态。
3. 电子复合：等离子体中的电子与正离子发生复合反应，释放出能量。
4. 离子轰击：等离子体中的正离子与气相反应物发生碰撞，将其激发或电离。
等离子体增强化学的气相沉积法
等离子体增强化学的气相沉积法等离子体增强化学的气相沉积法是一种新兴的纳米材料制备技术，它结合了化学气相沉积与等离子体技术的优点，具有高效、灵活、可控的特点，是目前制备纳米材料的一种重要方法。
气相沉积法是一种在高温下利用气态化学反应使粒子沉积在基底上的技术，它具有简单、易于控制沉积物成分和结构、可以制备大面积、均匀度高等优点。
然而，气相沉积法仅能在接近常压或低压下进行，沉积物质的化学反应速度较缓，造成掺杂杂质的可能较大，同时，如果直接用气相反应来制备有机/无机材料，容易受到氧气和水分的干扰。
等离子体技术是一种将气体通过能量转化成等离子体，使其具有高能离子、自由基、激发态粒子等特性的技术。
等离子体反应是表面处理、涂层制备和纳米材料制备等领域的重要方法，由于等离子体处理过程中离子能量高、化学反应速率快，还存在电子、电磁场等多种物理化学特性，使得该技术精度高、可重复性好。
等离子体增强化学气相沉积法将气相沉积法和等离子体技术相融合，通过从等离子体中提取活性化学物质，使沉积物质分解产生自由基和激发态粒子来对气相物质进行化学反应，从而实现粒子的沉积和纳米材料的制备。
等离子体增强化学气相沉积法的优点是多方面的，一方面通过等离子体技术的作用，激发出活性化学物质，提高沉积物质的反应速率，降低了杂质的产生。
另一方面，利用等离子体体积充电电流的特征可以有选择性地匹配粒子气体离子，从而控制粒子的成分和形状。
还可以根据不同的离子束特性，控制不同的沉积效应，实现对粒子的组装和排列。
在气相沉积方法中，常用的等离子体技术有辉光放电等离子体、微波放电等离子体、射频等离子体和电弧等离子体等。
其中，强耗散、体积充电和离子轰击能量密度大的电弧等离子体通常是利用最为广泛的。
等离子体增强化学气相沉积法利用等离子体技术放电形成空气中的活性分子和离子，再通过一定的反应，使它们与计量电弧等离子体中的离子或有机分子形成复合体沉积在膜基底上，从而制备出需要的材料。
等离子增强化学气相沉积法
等离子增强化学气相沉积法引言等离子增强化学气相沉积法（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition，简称PECVD）是一种常用的薄膜制备技术，通过在气相中引入等离子体来增强沉积过程，以提高薄膜的质量和性能。
本文将对PECVD的原理、应用和发展进行全面详细的介绍。
1. 原理PECVD是一种在低压下进行的化学气相沉积技术，其基本原理是利用等离子体对气相中的前驱物进行激活，使其发生化学反应，并在基底表面形成薄膜。
PECVD过程中，气体在电场作用下形成等离子体，激发气体中的原子和分子，使其具有较高的能量，使其更容易反应。
PECVD的原理可以通过以下步骤进行描述：1.前驱物供应：将适当的前驱物气体引入反应室中。
2.等离子体激发：通过加入电场或射频电源，在反应室中形成等离子体。
3.化学反应：等离子体中的高能粒子与前驱物发生碰撞，激活并分解前驱物，使其发生化学反应。
4.沉积薄膜：反应生成的物种在基底表面沉积形成薄膜。
2. 应用PECVD广泛应用于半导体、光电子器件和薄膜涂层等领域。
以下是PECVD在不同领域的应用示例：2.1 半导体制备PECVD可以用于制备半导体薄膜，如多晶硅、非晶硅和氮化硅等。
这些薄膜广泛应用于太阳能电池、平板显示器和集成电路等器件中。
2.2 光学涂层PECVD可以用于制备光学涂层，如抗反射膜、光学滤波器和光学增透膜等。
这些涂层可以提高光学器件的性能和稳定性。
2.3 保护涂层PECVD可以用于制备保护涂层，如氮化硅和二氧化硅等。
这些涂层可以提高器件的耐热性、耐腐蚀性和机械强度。
2.4 生物医学应用PECVD可以用于制备生物医学材料，如生物陶瓷和生物可降解聚合物等。
这些材料可以用于人工骨骼、人工关节和组织工程等领域。
3. 发展趋势随着科学技术的不断发展，PECVD技术也在不断改进和创新。
以下是PECVD的发展趋势：3.1 高效能源材料随着能源需求的增加，对高效能源材料的需求也越来越大。
氮化硅的制备方法
氮化硅的制备方法一、传统高温合成法。
1.1 直接氮化法。
这可是一种挺“实在”的方法呢。
就是直接把硅粉放在氮气氛围里，然后加热到高温，让硅和氮发生反应，生成氮化硅。
就像两个人面对面，直来直去地打交道一样。
不过这方法也有点小脾气，它对温度要求特别高，一般要1300℃ 1400℃左右。
温度低了，反应就像个懒虫，进行得慢吞吞的，生成的氮化硅质量也不咋地。
而且这个过程就像一场精细的舞蹈，硅粉的纯度、氮气的纯度、反应的时间等因素都得配合好，不然就容易出岔子。
1.2 碳热还原氮化法。
这个方法有点像找了个“中间人”来帮忙。
以二氧化硅为原料，加入碳粉，在氮气氛围下加热。
这里面碳就像个热心肠的媒婆，在高温下帮助二氧化硅和氮气牵手成功，最后生成氮化硅。
这个方法的好处是原料比较容易得到，成本相对低一些。
但是呢，就像生活中找了中介办事得给中介费一样，这个过程会产生一些杂质，像一氧化碳之类的，后续还得费些功夫把这些杂质去除干净，有点麻烦得很呢。
二、化学气相沉积法。
2.1 低压化学气相沉积。
这是一种比较“高大上”的方法。
把含有硅元素和氮元素的气体，比如说硅烷和氨气，放到一个低压的环境里。
然后通过加热或者等离子体激发这些气体，让它们发生化学反应，在基底上沉积出氮化硅薄膜。
这个过程就像是在一个精心布置的舞台上，各种气体分子是演员，在特定的条件下表演出一场生成氮化硅的好戏。
这种方法能制备出高质量的氮化硅薄膜，纯度高、性能好，就像精心雕琢出来的艺术品。
不过呢，设备要求比较高，成本就像坐火箭一样往上蹿，不是一般人能轻易玩得起的。
2.2 等离子体增强化学气相沉积。
这是在化学气相沉积法的基础上又加了个“小助手”——等离子体。
通过等离子体来增强反应活性，让反应进行得更顺利。
这个方法可以在相对较低的温度下进行，就像走了个捷径一样。
而且沉积的速度还比较快，就像开了加速器。
但是呢，等离子体这个东西就像个调皮的小鬼，不好控制，反应过程中的参数需要精心调整，不然制备出来的氮化硅薄膜质量就会像坐过山车一样，忽上忽下不稳定。
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沉积室尺寸 1190mm×1190mm×1850mm (长×宽×高)
极 限 压 力 3 .0 × 10-4 Pa
抽气时间 从大气状态抽至 6.6×10-3Pa 不超过 55min (热态 )
工件架 可装载 48 片 1245mm×635mm×3mm 玻璃基板
Development of the plasma enhanced chemical vapor deposition system
AN Qi
(Beijing BeiYi Innovation Technology Co., LTD, Beijing 102600, China)
Abstract: The plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) system was introduced which is the core equipment of
收 稿 日 期 ：2011 - 12 - 09 作者简介：安 其(1958-），女，北京市人，高级工程师。
第1期
安 其:离子体增强化学气相沉积设备的研制
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放 缓 ，但 由 于 其 成 本 低 、能 量 返 还 周 期 短 、弱 光 响 应性好和易于大面积自动化生产等优点使得非 晶硅太阳能电池的发展越来越受到人们的重视。
Key words: amorphous silicon; solar cell; PECVD
近年来，在常规能源（煤、石油）供给的有限性 和环境污染日益严重的双重压力下，可再生能源 在未来人类能源结构中占有越来越重要的地位。 太阳能以其无污染、无运输、无垄断、维护简单、运 行安全和永不枯竭等特点，被公认为是解决能源 与环境两大问题的最佳选择之一。很多国家都制 定了中长期的发展计划，将太阳能光伏发电作为 近中期主要替代能源和中长期的主体能源，太阳 能光伏发电已成为世界发展最快的产业。
工 作 压 力 102 Pa~103 Pa
工作温度
200℃± 5％管状加热器加热； 室外加热功率：220V/32kW，PID 连续可调 共 2 套，见图 3：
（a）扩散泵系统：K- 400T 扩散泵 1 台；ZJB- 600 罗 真空系统
茨泵 1 台；MVP5.4K 机械泵 1 台
（b） iH1000 无油罗茨泵机组 升 压 率 ≤ 8 × 10-1 Pa /h
1.2 主要规格及技术参数
HLX- 1200 PECVD 系 统 的 主 要 规 格 及 技 术 参数详见下表 1。
· 54 ·
真空
表 1 HLX-1200 PECVD 系统的主要规格及技术参数 Table 1 Main specifications and technical parameters of
自 20 世纪 50 年代发明硅太阳能电池以来， 人 们 为 太 阳 能 电 池 的 研 究 、开 发 与 产 业 化 做 出 了 很 大 努 力 。 到 目 前 为 止 ，太 阳 能 光 电 工 业 基 本 是
建立在硅材料的基础上，晶体硅 （单晶硅 / 多晶 硅） 作为太阳能电池材料一直保持着统治地位， 但 受 原 材 料 供 给 和 市 场 需 求 的 影 响 ，成 本 居 高 不 下 ，使 其 应 用 受 到 限 制 。 这 种 情 况 使 得 新 型 薄 膜 太 阳 能 电 池 发 展 尤 为 迅 速 。随 着 薄 膜 技 术 越 来 越 成 熟 ，在 未 来 的 市 场 份 额 中 将 大 比 例 提 升 。 非 晶 硅 薄 膜 太 阳 能 电 池 （其 结 构 如 图 1 所 示）是 Carlson 和 Wronski 在 20 世纪 70 年代中期发展起 来的，80 年代其生产曾达到高潮，约占全球太阳 能电池总量的 20％左右，虽然非晶硅太阳能电池 存 在 光 致 衰 减 效 应 的 缺 点 ：光 电 转 换 效 率 会 随 着 光 照 时 间 的 延 续 而 衰 减 ，其 发 展 速 度 曾 一 度 逐 步
针对上述重点及难点本文将分三个专题进 行分类阐述。
1 非晶硅电池薄膜沉积系统— ——PECVD 设备的原理、性能和特征
PECVD 系统是利用 等 离 子 体 增 强 化 学 气 相 沉 积（PECVD）技 术 ，借 助 于 辉 光 放 电 等 离 子 体 使 含 有 薄 膜 组 成 的 SiH4、H2、TMB、PH3 等 气 态 物 质 发 生 化 学 反 应 ，从 而 在 透 明 导 电 玻 璃 上 实 现 非 晶 硅 太 阳 能 电 池 层 生 长 的 一 种 新 的 制 备 技 术 。该 设 备 采 用 单 室 多 片 沉 积 技 术 ， 单 次 可 制 备 48 片 1245 mm×635 mm×3 mm 基片。
目前国内的非晶硅太阳能电池生产线主要 依 赖 进 口 ，设 备 采 购 周 期 长 ，价 格 高 昂 ，并 且 会 带 来 设 备 维 护 维 修 不 便 ，备 品 备 件 采 买 困 难 等 一 系 列 问 题 ，因 此 非 晶 硅 太 阳 能 电 池 生 产 线 的 国 产 化 迫 在 眉 睫 。 在 这 种 情 况 下 ，北 京 北 仪 创 新 公 司 从 2006 年 3 月起，开始自主研发非晶硅薄膜太阳能 电 池 生 产 线 ，成 为 我 国 非 晶 硅 薄 膜 太 阳 能 生 产 主 攻 项 目 之 一 。 其 中 核 心 设 备— ——PECVD 系 统 （HLX- 1200）的 研 制 ，填 补 了 国 内 的 空 白 ，适 应 国 内迅速发展的太阳能产业的需求。
电功率 380 V、70 kW
VACUUM
第 49 卷σFra bibliotek=0.5B2P 水 （S - C）2
≤ 0 . 9σs
(3)
式中 S— ——壳体实际壁厚，cm
S0 — —— 壳 体 计 算 壁 厚 ，cm
键结构 P、I、N 硅薄膜层。本文阐述了该设备的结构特点、技术指标、工作原理及工艺过程，对沉积室的结
构和配置进行了详细设计计算，非晶硅太阳能电池稳定后的转化效率可达 6%。
关 键 词 ：非 晶 硅 ；太 阳 能 电 池 ；PECVD
中 图 分 类 号 : TN304 ; TB43
文献标识码:B
文 章 编 号 ：1002 - 0322（2012）01 - 0052 - 05
图 1 非晶硅太阳能电池结构示意图 Fig.1 Schematic of the amorphous silicon thin film solar cell
非 晶 硅 太 阳 能 电 池 整 套 生 产 线 主 要 包 括 ：清 洗设备、非晶硅电池薄膜沉积系统— ——PECVD 系 统 、磁 控 溅 射 镀 膜 设 备 、激 光 刻 线 设 备 、电 池 测 试 系 统 、组 件 封 装 系 统 及 其 他 辅 助 设 备 。
1.1 PECVD 的反应原理
等离子体增强化学气相沉积技术是借助辉 光放电产生的等离子体使气体分解并发生反应， 从 而 实 现 薄 膜 生 长 的 技 术 。当 在 系 统 的 两 个 电 极 之 间 加 上 电 压 时 ，由 阴 极 发 射 出 的 电 子 在 电 场 的 作 用 下 被 加 速 获 得 能 量 ，通 过 与 反 应 室 中 气 体 原 子 或 分 子 碰 撞 ，使 其 分 解 、激 发 或 电 离 ，一 方 面 产 生辉光，另一方面在反应室内形成很多电子 、离 子 、活 性 基 团 以 及 亚 稳 的 原 子 核 分 子 等 ，组 成 等 离子体的这些粒子，经过一个复杂的物理 - 化学 反 应 过 程 ，在 衬 底 上 形 成 薄 膜 。 一 般 来 说 ，采 用 PECVD 技 术 制 备 薄 膜 材 料 时 ，主 要 有 以 下 三 个 基 本 过 程 ： ① 电 子 与 反 应 气 体 发 生 初 级 反 应 ，使 得反应气体发生分解，形成离子和活性基团的 混合物；②各种活性基团向薄膜生长表面和管 壁扩散输运，同时发生各反应物之间的次级反 应；③到达衬底表面的各种初级反应和次级反 应 物 被 吸 附 并 与 表 面 发 生 反 应 ，同 时 伴 有 气 相 分子物的再放出。
第 49 卷第 1 期 2012 年 1 月
真 空 VACUUM
Vol. 49, No.1 Jan. 2012
等离子体增强化学气相沉积设备的研制
安其
(北京北仪创新真空技术有限责任公司，北京 102600)
摘 要 : 本 文 介 绍 非 晶 硅 薄 膜 太 阳 能 电 池 生 产 线 的 核 心 设 备 —— —等 离 子 体 增 强 化 学 气 相 沉 积（PECVD，
图 2 非晶硅太阳能电池生产线核心设备 —— —HLX- 1200 PECVD 系统
Fig.2 The core equipment of amorphous silicon thin film solar cell production line—— —HLX- 1200 PECVD system
amorphous silicon thin film solar cell production line, and its importance was described. The preparation of amorphous silicon thin film is the key technology for manufacturing the amorphous silicon solar cell, and the PECVD is the most common method of preparation. The technology of PECVD is developed rapidly with the advantages of deposition in relatively low temperature, large area and uniform film, etc. The silicon film layer of P, I, N which is the key structure of amorphous silicon solar cell is produced by the PECVD system. The structure characteristics, technology index, working principle and technical process were analyzed. The structure and configuration of deposition chamber were designed and calculated. The conversion efficiency of the amorphous silicon solar cell can reach 6%.