脉冲磁控溅射沉积微晶硅薄膜工艺研究
磁控溅射的原理及应用
磁控溅射的原理及应用1. 什么是磁控溅射磁控溅射是一种常用的薄膜沉积技术，通过利用磁场将材料原子或离子从靶材表面释放出来，形成一个薄膜层，沉积在基底表面上的一种方法。
这种方法可以在真空环境中进行，可以用于各种材料包括金属、合金、氧化物等。
2. 磁控溅射的原理磁控溅射的原理基于带电粒子在磁场中的运动规律。
溅射系统通常由一个靶材和一个基底组成，它们被放置在真空室中。
磁控溅射的过程包括以下几个步骤：1.靶材表面被离子轰击，其中的原子或离子被释放出来。
2.磁场控制离子在真空室中的运动轨迹。
3.基底表面上的原子或离子吸附并形成一个薄膜层。
这个过程中，磁场是十分重要的。
磁场会引导离子沿着特定的轨迹运动，使得离子沉积在基底的特定位置上。
磁场还可以控制离子的能量和方向，从而影响薄膜的性质和微结构。
3. 磁控溅射的应用磁控溅射是一种多功能的薄膜沉积技术，广泛应用于各种领域。
3.1 表面涂层磁控溅射可以用于向基底表面沉积各种薄膜层。
这些薄膜层可以具有不同的功能，如防腐、耐磨、导电等。
它们可以用于改善材料的性能和外观。
3.2 光学薄膜磁控溅射可以制备高质量的光学薄膜。
这些薄膜可以应用于光学器件，如镜片、滤光片、反射镜等。
因为磁控溅射是在真空环境中进行的，所以这些光学薄膜可以具有良好的光学性能。
3.3 金属薄膜磁控溅射可以制备金属薄膜。
这些薄膜可以具有高导电性和优良的机械性能，可用于电子器件、导电材料等领域。
3.4 磁性材料磁控溅射还可以制备磁性材料薄膜。
这些薄膜可以具有特定的磁性性能，如高矫顽力、高饱和磁感应强度等。
它们可以应用于磁存储器件、传感器等领域。
4. 总结磁控溅射是一种重要的薄膜沉积技术，通过利用磁场控制离子运动和沉积位置，可以制备各种功能薄膜。
它在表面涂层、光学薄膜、金属薄膜和磁性材料等领域有着广泛的应用。
磁控溅射技术的发展，为材料科学和工程领域提供了新的可能性，为各种应用提供了高性能的薄膜材料。
富硅氮化硅薄膜的制备及其光学带隙研究
富硅氮化硅薄膜的制备及其光学带隙研究林娟;杨培志;化麒麟【摘要】Silicon nitride ( SiN,) thin films were deposited by bipolar pulse reactive magnetron sputtering technique with different experiment parameters. Digital microscope and UV-Vis spectroscopy were used to study the surface structure and optics band gaps of the films. Confocal microscopy Raman spectrometer was used to study the Raman spectra of the silicon substrate, the as-deposited films and the annealed films. It is found that the films are Si-rich SiN, films and the most important influence factor on optics band gaps is the flow of nitrogen. The results of the Raman investigation show that the amorphous and crystalline silicon peaks appear in the film. After annealing, the amorphous silicon peaks were weakened or disappeared. It indicates that the crystallization appears in the film apparently. The shift of crystalline silicon peaks shows that silicon nanocrystals appear in the film, and the average size is about 6. 6 nm.%采用双极脉冲磁控反应溅射法在不同参数条件下制备了一系列氮化硅薄膜.利用数字式显微镜和紫外-可见光光谱仪研究了沉积薄膜的表面形貌及其光学带隙,利用共焦显微拉曼光谱仪比较了硅衬底、氮化硅薄膜退火前后的拉曼光谱.结果表明,氮气流量对薄膜的光学带隙影响较大,制备的薄膜主要为富硅氮化硅薄膜.原沉积薄膜的拉曼光谱存在明显的非晶硅和单晶硅峰,退火处理后非晶硅峰减弱或消失,表明薄膜出现明显的结晶化；单晶硅峰出现频移现象,表明薄膜中出现硅纳米颗粒,平均尺寸约为6.6 nm.【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2012(033)006【总页数】5页(P596-600)【关键词】富硅氮化硅薄膜;磁控溅射;紫外-可见光光谱;拉曼光谱;光学带隙【作者】林娟;杨培志;化麒麟【作者单位】可再生能源材料先进技术与制备教育部重点实验室,云南昆明650092;云南师范大学太阳能研究所,云南昆明650092;可再生能源材料先进技术与制备教育部重点实验室,云南昆明650092;云南师范大学太阳能研究所,云南昆明650092;可再生能源材料先进技术与制备教育部重点实验室,云南昆明650092;云南师范大学太阳能研究所,云南昆明650092【正文语种】中文【中图分类】TK51氮化硅薄膜是一种多功能材料，在许多领域有着广泛的应用。
磁控溅射和电弧离子镀技术和应用介绍
薄膜/涂层制备技术 (磁控溅射和电弧离子镀)及应用雷浩薄膜/涂层的概念与特点 概念：薄膜/涂层是一类用特殊方法获得的，依 靠基体支撑并具有与基体不同的结构和性能的 二维材料。
薄膜(Films)：厚度 < 1m,如光电功 能薄膜等；涂层(Coatings)：厚度 ≥ 1m,如硬质 涂层、防护涂层等。
薄膜/涂层特征： 1）厚度 （纳米，微米，毫米） 2）有基体支撑（不是单独存在的） 3）特殊的结构和性能（与块体材料相区别） 4）特殊的形成方式薄膜/涂层的概念与特点与分类 应用： 光学薄膜、微电子薄膜、光电子学薄膜、集成电路薄 膜、防护功能薄膜。
• 种类：（1）以材料种类划分：金属、合金、陶瓷、半导体、化 合物、高分子薄膜等。
（2）以晶体结构划分：单晶、多晶、纳米晶、非晶 （3）以厚度划分：纳米薄膜，微米薄膜和厚膜。
（4）以薄膜组成结构划分：多层薄膜，梯度薄膜，复合 薄膜。
薄膜/涂层的种类及应用• 电子工业：电极、电阻膜、电介质膜、绝缘膜、 透明导电膜、超导膜等。
• 光学工业：荧光膜、反射膜、增透膜、干涉膜 等。
• 机械工业：硬化膜、耐热膜、耐腐蚀膜等。
• 能源工业：聚热膜、防反射膜、透射膜等。
• 传感器：热敏、气敏、压敏、氧气传感器、红外线传感器等。
• 其它：装饰膜等。
薄膜和涂层的制备方法湿式成膜 干式成膜电镀 化学镀 微弧氧化 溶胶-凝胶膜涂敷法（喷涂、甩胶、浸涂）热浸渗（化学热处理）、热扩散法 电阻热蒸发物理气相沉积 （PVD）真空蒸发镀 溅射沉积电子束蒸发 激光蒸发电弧离子镀化学气相沉积 （CVD）等离子体增强CVD(PECVD) 辉光CVD，热丝CVD薄膜和涂层的制备方法热 蒸 发磁 控 溅 射电 弧 离 子 镀物理气相沉积(PVD)定义：薄膜材料通过物理方法输运到基体表面 代表技术：蒸发镀膜、溅射沉积、电弧离子镀、 离子束辅助沉积、脉冲激光沉积、离子束沉积、 团簇沉积等。
磁控溅射膜方法
磁控溅射膜方法磁控溅射膜方法是一种常用的薄膜制备技术，它利用高能离子轰击靶材表面，使靶材表面的原子或分子离开靶材并沉积在基底上，形成薄膜。
这种方法具有膜质量高、膜厚均匀、成膜速度快等优点，因此在微电子、光电子、材料科学等领域得到了广泛应用。
磁控溅射膜方法的基本原理是利用磁场将离子束聚焦在靶材表面，使离子轰击靶材表面并将其原子或分子溅射出来，然后沉积在基底上形成薄膜。
磁控溅射膜方法的主要设备包括离子源、磁控溅射室、基底旋转台等部分。
离子源是产生离子束的关键部件，它通常由靶材和离子源装置组成。
磁控溅射室是离子束与靶材相互作用的场所，它通常由真空室、磁场系统、离子束控制系统等部分组成。
基底旋转台是控制基底旋转的部件，它可以使基底均匀地沉积薄膜。
磁控溅射膜方法的优点在于膜质量高、膜厚均匀、成膜速度快等方面。
首先，磁控溅射膜方法可以制备高质量的薄膜，因为离子束轰击靶材表面时，可以使靶材表面的原子或分子离开靶材并沉积在基底上，形成薄膜。
其次，磁控溅射膜方法可以制备均匀的薄膜，因为离子束可以被磁场聚焦在靶材表面，使得离子束的能量和密度均匀分布在靶材表面上。
最后，磁控溅射膜方法可以快速制备薄膜，因为离子束的能量和密度可以被调节，从而控制薄膜的成膜速度。
磁控溅射膜方法在微电子、光电子、材料科学等领域得到了广泛应用。
在微电子领域，磁控溅射膜方法可以制备金属、合金、氧化物等材料的薄膜，用于制备电极、导线、电容器等器件。
在光电子领域，磁控溅射膜方法可以制备透明导电膜、反射膜、滤波器等光学器件。
在材料科学领域，磁控溅射膜方法可以制备多层膜、纳米薄膜等材料，用于研究材料的结构、性质和应用。
总之，磁控溅射膜方法是一种常用的薄膜制备技术，具有膜质量高、膜厚均匀、成膜速度快等优点，因此在微电子、光电子、材料科学等领域得到了广泛应用。
随着科学技术的不断发展，磁控溅射膜方法将会在更多的领域得到应用，并不断发挥其重要作用。
磁控溅射薄膜电阻变化
磁控溅射薄膜电阻变化
磁控溅射薄膜是一种广泛应用于电子、光学、材料等领域的薄膜制备技术。
在磁控溅射过程中，离子轰击薄膜表面会造成表面晶体结构的改变和微观缺陷的形成，从而影响薄膜的电学性质。
其中，电阻率是一个重要的参数。
近年来，研究人员发现，磁控溅射膜中的电阻率会随着薄膜制备条件的改变而发生变化。
例如，改变溅射功率、沉积时间、气氛压力等参数都会影响薄膜的电阻率。
这一现象可以通过薄膜中的微观结构和缺陷来解释。
具体来说，磁控溅射薄膜中的微观缺陷主要包括晶格缺陷、表面粗糙度、界面反应等。
这些缺陷会在电子输运中产生散射，进而影响薄膜的电阻率。
此外，薄膜中的晶体结构也会影响电阻率。
例如，氧化物薄膜中的氧化态、配位数等参数都会影响晶体结构和电学性质。
因此，研究磁控溅射薄膜中电阻率的变化对于优化制备条件、改进薄膜性质具有重要意义。
未来的研究将会继续探索薄膜中微观结构与电学性质之间的关系，开展更为深入的研究。
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pecvd淀积sio2薄膜工艺研究
pecvd淀积sio2薄膜工艺研究PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）是一种常用的薄膜制备技术，其在半导体、光电子和微电子领域有广泛应用。
本文将以PECVD淀积SiO2薄膜工艺为研究对象，探讨其工艺原理、参数对薄膜性能的影响以及优化方法等方面内容。
一、工艺原理PECVD是一种在低压和高频电源激励下进行的化学气相沉积技术。
其原理是通过电离的等离子体将前驱体气体分解成活性物种，然后在衬底表面发生化学反应，最终形成所需的薄膜。
二、工艺参数1. 前驱体气体：常用的SiO2前驱体气体有TEOS（四乙氧基硅烷）和SiH4（硅烷）等。
不同的前驱体气体会影响薄膜的化学组成和物理性质。
2. 气体流量：控制前驱体气体的流量可以调节沉积速率和薄膜厚度。
3. 气体比例：混合气体中各种气体的比例会对薄膜的化学组成和性质产生影响。
4. 沉积温度：温度对薄膜的致密性、结晶度和附着力等性能有重要影响。
5. 沉积压力：沉积压力是控制沉积速率和薄膜致密性的重要参数。
三、薄膜性能1. 厚度均匀性：PECVD技术可以实现较好的均匀性，通过调节沉积参数可以进一步改善薄膜的均匀性。
2. 化学组成：前驱体气体的选择和混合比例会影响薄膜的化学组成，从而影响其介电性能、光学性质等。
3. 结晶度：沉积温度和沉积压力对薄膜结晶度有重要影响，高温和高压可以提高薄膜的结晶度。
4. 压电性能：SiO2薄膜具有压电效应，可以应用于传感器、压电驱动器等领域。
四、优化方法1. 参数优化：通过调节沉积温度、沉积压力、气体流量等参数，可以获得理想的薄膜性能。
2. 前处理：在沉积前对衬底进行清洗和表面处理，可以提高薄膜的附着力和致密性。
3. 薄膜后处理：对沉积后的薄膜进行退火、氧化等处理，可以改善薄膜的性能和稳定性。
PECVD淀积SiO2薄膜工艺是一种重要的薄膜制备技术，其工艺参数和薄膜性能之间存在着密切的关系。
磁控溅射原理详细介绍课件
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控制系统
用于控制溅射过程， 包括真空度、电流、 电压等参数的监测和 控制。
磁控溅射的工作原理
气体放电
在真空室内，通过施加 高压电场，使气体产生 电离，产生等离子体。
粒子轰击
等离子体中的离子在电 场作用下加速飞向阴极 靶材，对靶材表面进行
轰击。
溅射
轰击导致靶材表面原子 或分子从表面射出，形
成溅射粒子。
沉积
溅射粒子在基片上沉积 形成薄膜。
磁控溅射的优缺点
高沉积速率
由于高密度的等离子体，使得溅射速 率较高。
低温沉积
可在较低的温度下实现沉积，适用于 某些热敏材料。
磁控溅射的优缺点
• 广泛的应用范围：可应用于金属、非金属、化合物等多种 材料的沉积。
磁控溅射的优缺点
需要高真空环境
需要建立高真空环境，增加了设备成本和运行成本。
特性
高沉积速率、低基材温度、高附着力、大面积成膜等。
磁控溅射的物理过程
气体放电
在阴极和阳极之间施加高压直 流电或射频电场，使气体产生 电离产生等离子体。
靶材溅射
高速离子轰击靶材表面，将靶 材原子从表面溅射出来。
真空环境建立
通过机械泵和分子泵等设备将 真空室内气压降低到10^-5Pa 以下。
磁场控制电子运动
工作气体
选择适当的工作气体，如氩气、氮气等，以 获得所需的薄膜性能。
薄膜结构与性能表征
成分分析
通过光谱分析技术确定薄膜的元素组 成。
晶体结构
采用X射线衍射技术分析薄膜的晶体 结构。
表面形貌
通过扫描电子显微镜视察薄膜的表面 形貌。
物理性能
测量薄膜的硬度、弹性模量、热导率 等物理性能。
磁控溅射技术原理、现状、发展及应用实例
磁控溅射技术原理、现状、发展及应用实例（薄膜物理大作业论文）班级：1035101班学号：1101900508姓名：孙静一、前言镀膜玻璃是一种在玻璃表面上镀一层或多层金属氧化物薄膜，使其具有一种或多种功能的玻璃深加工产品。
自七十年代开始，在世界发达国家和地区，传统的单一采光材料—普通建气琳璃，已逐步为具有节能、控光、调温、改变墙体结构以及具有艺术装饰效果的多功能玻璃新产品所替代，如茶色玻璃、中空玻璃、镀膜玻璃等，其中又以镀膜玻璃尤汐引人注目，发展也颇为迅速，如欧洲共同体国家在1985年建筑玻璃总量的三分之二用的是镀膜玻璃，美国镀膜玻璃的市场在八十年代就已达5000万平方米/年，在香港、新加坡、台湾等经济崛起的东南亚国家和地区，镀膜玻璃的使用也日渐盛行。
镀膜玻璃作为一种新型的建筑装饰材料已得到了人们普遍的肯定和喜爱。
目前生产镀膜玻璃所采用的方法大体上可分为浸渍法、化学气相沉积法、真空蒸发法、磁控溅射法以及在线镀膜等五种方法。
浸渍法是将玻璃浸人盛有金属有机化合物溶液的槽中，取出后送人炉中加热，去除有机物，从而形成了金属氧化物膜层。
由于浸渍法使玻璃两边涂膜，且低边部膜层较厚，同时可供水解盐类不多，因而在国内未得到很好推广。
化学气相沉积法是将金属化合物加热成蒸汽状，然后涂到加热后的玻璃表面上。
这种方法由于受到所镀物质的限制，且在大板上也难真空蒸发法是在真空条件下，通过电加热使镀膜材料蒸发，由固相转化为气相，从而沉积在玻璃表面上，形成稳定的薄膜。
此法的不足之处是所镀膜层不太均匀、有疵点、易脱落。
只能生产单层金属镀膜玻璃，颜色也难以控制。
磁控溅射法是在真空条件下电离惰性气休，气体离子在电场的作用下，轰击金属靶材使金属原子沉积到玻璃表面上。
在线镀膜一般是在浮法玻璃生产线上进行，如电浮法、热喷涂等方法，目前我国较少使用。
在这些方法中，磁控溅射镀膜法是七十年代末期发展起来的一种先进的工艺方法，它的膜层由多层金属或金属氧化层组成，允许任意调节能量通过率、能量反射率，具有良好的外观美学效果，它克服了其它几种生产方法存在的一些缺点，因而目前国际上广泛采用这一方法。
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脉冲磁控溅射沉积微晶硅薄膜工艺研究＊梁凤敏，周灵平，彭 坤，朱家俊，李德意（湖南大学材料科学与工程学院，长沙４１００８２）摘要 采用脉冲磁控溅射法制备氢化微晶硅薄膜，利用Ｘ射线衍射、拉曼光谱、扫描电子显微镜和四探针测试仪对薄膜结构和电学性能进行表征和测试，研究了衬底温度、氢气稀释浓度和溅射功率对硅薄膜结构和性能的影响。
结果表明：在一定范围内，通过控制合适的衬底温度、增大氢气稀释浓度及提高溅射功率，可以制备高质量的微晶硅薄膜。
在衬底温度为４００℃、氢气稀释浓度为９０％及溅射功率为１８０Ｗ的条件下制备的微晶硅薄膜，其晶化率为７２．２％，沉积速率为０．４８ｎｍ／ｓ。
关键词 脉冲磁控溅射 微晶硅薄膜 结晶性能 沉积速率中图分类号：ＴＫ５１４；ＴＢ３２１ 文献标识码：ＡＳｔｕｄｙ ｏｎ Ｐｕｌｓｅｄ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ Ｐｒｅｐａｒｉｎｇ ＭｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＳｉｌｉｃｏｎ Ｔｈｉｎ ＦｉｌｍｓＬＩＡＮＧ Ｆｅｎｇｍｉｎ，ＺＨＯＵ Ｌｉｎｇｐｉｎｇ，ＰＥＮＧ Ｋｕｎ，ＺＨＵ Ｊｉａｊｕｎ，ＬＩ Ｄｅｙｉ（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８２）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｅｄ ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ（μｃ－Ｓｉ∶Ｈ）ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｗｅｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｐｕｌｓｅｄ ｍａｇｎｅｔｒｏｎｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ．ＸＲＤ，Ｒａｍａｎ ｓｐｅｃｔｒｕｍ，ＳＥＭ ａｎｄ ｆｏｕｒ－ｐｏｉｎｔ ｐｒｏｂｅ ｗｅｒｅ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｔｏ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｅｌｅｃ－ｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｌｍｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｐｏｗｅｒｏｎ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｗｉｔｈｉｎ ａ ｃｅｒｔａｉｎｒａｎｇｅ，ｈｉｇｈ ｑｕａｌｉｔｙ ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｃａｎ ｂｅ ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｂｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｈｙｄｒｏｇｅｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｐｏｗｅｒ．Ｂｙ ａｄｏｐｔｉｎｇ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ４００℃，ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ９０％ａｎｄ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｐｏｗｅｒ １８０Ｗ，ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｗｉｔｈ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｖｏｌｕｍｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｕｐ ｔｏ ７２．２％ｃａｎ ｂｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｉｓ ０．４８ｎｍ／ｓ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｐｕｌｓｅｄ ｍａｇｎｅｔｒｏｎ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ，ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ，ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｉｔｙ，ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｒａｔｅ ＊湖南科技计划项目（２０１１ＧＫ４０５０） 梁凤敏：女，１９８７年生，硕士生，主要从事微晶硅薄膜材料方面的研究 Ｅ－ｍａｉｌ：８７０２０８ｌｆｍａｂ＠１６３．ｃｏｍ 周灵平：通讯作者，男，１９６４年生，教授，主要从事薄膜制备及电子封装材料方面的研究 Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｐｚｈｏｕ＠ｈｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 硅薄膜作为薄膜太阳能电池的核心材料越来越引起人们的重视，非晶硅薄膜太阳能电池由于存在转换效率低和由Ｓ－Ｗ效应引起的效率衰退等问题［１］，其推广应用受到了限制。
微晶硅薄膜具有较高电导率、较高载流子迁移率的电学性质及优良的光学稳定性，可以克服非晶硅薄膜的不足，已经成为光伏领域的研究热点［２－５］。
硅薄膜的结晶性能是制备高质量微晶硅薄膜的重要参考指标，直接影响硅薄膜太阳能电池的转化效率和稳定性。
目前微晶硅薄膜的制备方法主要有等离子体增强化学气相沉积法、热丝化学气相沉积法和磁控溅射法，相比于化学气相沉积法，采用磁控溅射法沉积硅薄膜不需要使用ＳｉＨ４等有毒气体及相应的尾气处理装置，有利于降低设备成本，且工艺参数容易控制，逐渐成为制备硅薄膜的重要方法。
Ｊｕｎｇ Ｍ Ｊ等［６］研究发现磁控溅射制备硅薄膜过程中，对衬底施加偏压有利于薄膜晶化，但施加偏压需要在绝缘衬底上镀上导电层，有可能引起金属离子扩散到薄膜中。
ＴａｂａｔａＡ等［７］的研究结果表明，只有控制合适的靶偏压才能制备结晶良好的硅薄膜，只要偏压发生较小的波动就会对薄膜的结晶性能产生明显影响。
尽管研究者已采用磁控溅射法制备出微晶硅薄膜，但其研究还处于摸索阶段，对于制备工艺缺乏系统研究，薄膜晶化率与沉积速率难以兼顾，因此，研究在较高沉积速率下获得高晶化率硅薄膜的制备方法对硅基薄膜太阳能电池的应用具有重要推动作用。
本研究在较高沉积速率下制备了结晶性能良好的微晶硅薄膜，考察了衬底温度、氢气稀释浓度和溅射功率对硅薄膜结晶性能的影响。
１ 实验利用ＭＩＳ８００型多功能离子束磁控溅射复合镀膜设备沉积微晶硅薄膜。
本底真空为１０－５ Ｐａ数量级，靶材采用纯度为９９．９９９％的多晶硅靶，工作气体为氢气和氩气的混合气体，其中氢气稀释浓度为７０％～９０％，溅射功率为６０～·７４·脉冲磁控溅射沉积微晶硅薄膜工艺研究／梁凤敏等１８０Ｗ，衬底温度为３００～５００℃，沉积气压为４Ｐａ，在经丙酮和无水乙醇超声清洗后的玻璃衬底上沉积微晶硅薄膜。
利用Ｘ射线衍射仪（型号为Ｓｉｅｍｅｎｓ Ｄ５０００，Ｃｕ Ｋα，λ＝０．１５４ｎｍ）、拉曼光谱（型号为ＬＡＢＲＡＭ－０１０的激光共焦拉曼光谱仪，６３３ｎｍ氦氖激光器，光谱分辨率小于等于３ｃｍ－１）分析薄膜的结晶性能；采用四探针测试仪测试样品电导率；利用场发射扫描电镜（型号为ＪＳＭ－６７００Ｆ）观察薄膜截面形貌，测量薄膜厚度，进而计算出薄膜沉积速率。
２ 结果与讨论２．１ 衬底温度的影响采用控制变量法，保持氢气稀释浓度为９０％、溅射功率为１８０Ｗ、工作气压为４Ｐａ，在一系列不同衬底温度下制备硅薄膜，图１为所得硅薄膜的拉曼光谱。
图１ 不同衬底温度下所得样品的Ｒａｍａｎ光谱Ｆｉｇ．１ Ｒａｍａｎ ｓｐｅｃｔｒａ ｏｆ ｓａｍｐｌｅｓ ｐｒｅｐａｒｅｄａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ由图１可以看出，衬底温度为３００℃时，拉曼光谱在类ＴＯ模４８０ｃｍ－１处出现弥散的峰，说明样品为非晶态结构；衬底温度升高到３５０℃时，峰型尖锐化且谱峰位于５２０ｃｍ－１，显著移向高波数（晶体硅ＴＯ模），表明样品结晶性能有较大提高，这与Ｂｅｎ Ａｂｄｅｌｍｏｕｍｅｎ Ａ等［８］报道的在衬底温度为３５０℃时样品中出现晶相成分相吻合；衬底温度升高到４００℃时，拉曼光谱谱峰继续向高波数方向移动，峰强度增大，半高宽明显变窄，故硅薄膜结晶性能进一步提高；衬底温度升高至５００℃时，谱峰强度减弱，半高宽变宽，说明薄膜晶化程度反而减小。
对不同衬底温度下所得样品的拉曼光谱进行高斯分峰拟合，采用式（１）［９］计算样品晶化率： Ｘｃ＝Ｉ５１０＋Ｉ５２０Ｉ４８０＋Ｉ５１０＋Ｉ５２０（１）式中：Ｉ４８０、Ｉ５１０、Ｉ５２０分别表示峰位在４８０ｃｍ－１、５１０ｃｍ－１、５２０ｃｍ－１处的高斯峰的积分强度，以４８０ｃｍ－１为中心的高斯峰代表样品的非晶成分，以５１０ｃｍ－１、５２０ｃｍ－１为中心的高斯峰代表样品的晶化成分。
将衬底温度为４００℃时所得样品的拉曼光谱分解成３个高斯曲线，如图２所示，其中４７７ｃｍ－１和５０７ｃｍ－１分别相对于４８０ｃｍ－１和５１０ｃｍ－１有一定的频移，这很可能是量子尺寸效应［１０］或薄膜内部应力［１１］作用的结果。
根据式（１）计算得到衬底温度为３５０℃、４００℃和５００℃条件下所得薄膜的晶化率分别为５４．４％、７２．２％和５９．６％，表明衬底温度在４００℃附近时能实现微晶硅薄膜的优化生长。
图２ 拉曼光谱分峰拟合成３个高斯曲线Ｆｉｇ．２ Ｆｉｔｔｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ｒａｍａｎ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｗｉｔｈ ｔｈｒｅｅＧａｕｓｓｉａｎ ｍｏｄｅｓ衬底温度较低时，由于沉积到生长表面的粒子能量较低，迁移能力不足，生长的薄膜为非晶态结构。
衬底温度的升高提高了沉积粒子的能量，增强了粒子在表面的迁移能力，有助于其扩散到能量较低的位置，促进了硅薄膜的形核结晶；但衬底温度升高的同时也会使覆盖于表面的氢原子与等离子体中大量存在的氢原子直接反应发生脱附［１２］，使表面悬挂键增多，导致沉积粒子在生长表面未充分扩散就与附近硅原子键合而进行薄膜生长，不利于薄膜晶化。
因此，在衬底温度从３００℃上升到４００℃的过程中，沉积到表面的粒子获得的能量不断增加，故晶化程度增大。
由于衬底温度为４００℃时，沉积的粒子已经具有了足够的能量进行表面扩散迁移，因而硅薄膜得以充分晶化。
当衬底温度继续上升到５００℃时，氢原子的脱附阻碍了粒子在表面的迁移，此时衬底温度过高，薄膜结晶性能反而降低。
２．２ 氢气稀释浓度的影响保持工作气压为４Ｐａ、溅射功率为１８０Ｗ、衬底温度为４００℃，分别在７０％、８０％和９０％的氢气稀释浓度条件下制备硅薄膜，图３为８０％氢气稀释浓度下制备的硅薄膜的截面ＳＥＭ图。
根据测量的厚度及沉积时间可得到薄膜的沉积速率为０．６４ｎｍ／ｓ，同理可得７０％和９０％氢气稀释浓度下薄膜的沉积速率分别为０．７２ｎｍ／ｓ和０．４８ｎｍ／ｓ。
图３ ８０％氢气稀释浓度下所得样品的截面ＳＥＭ图Ｆｉｇ．３ Ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ ＳＥＭ ｐｈｏｔｏ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ｐｒｅｐａｒｅｄｗｉｔｈ ａ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ８０％·８４·材料导报Ｂ：研究篇 ２０１２年１１月（下）第２６卷第１１期图４为不同氢气稀释浓度条件下所得样品的ＸＲＤ谱和Ｒａｍａｎ光谱，可以看出氢气稀释浓度对薄膜的晶化有着明显的调节作用。
从图４（ａ）可以看出，氢气稀释浓度为７０％条件下所得样品为典型的非晶态结构，氢气稀释浓度８０％和９０％对应的ＸＲＤ谱出现了硅的三强线，表明薄膜已经产生形核结晶。