一种制备nc-Si/SiOx薄膜MIS结构器件的方法技术

本发明专利技术提供一种制备nc-Si/SiOx薄膜MIS结构器件的方法，所述方法包括：样品制备步骤、样品准备步骤、抽真空步骤、通气步骤、射频发生步骤、加偏压步骤、薄膜生长步骤等。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种nc-Si/SiOx薄膜MIS结构器件的方法。
技术介绍
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SiOX为介质的镶嵌结构,相比于SiO2，SiOX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SiOX带隙可以通过X值调节。这些优点使得nc-Si/SiOx薄膜在异质结中具有更广泛的应用前景。PECVE法沉积SiOX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。
技术实现思路
鉴于现有技术中的上述问题，提出了本专利技术,本专利技术的目的在于以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。根据本专利技术的一方面，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℃。作为优选的方案，在所述通气步骤中，SiH4、H2和N2O总流量为104sccm。作为优选的方案，在所述通气步骤中，SiH4、H2和N2O的流量比为2:98:4。作为优选的方案，在所述通气步骤中，所述反应气压为230pa。作为优选的方案，在所述加偏压步骤中，直流负偏压的电压值为65v。作为优选的方案，在所述射频发生步骤中，射频电源的功率为120w。作为优选的方案，在所述生长步骤中，氢化纳米晶硅薄膜的厚度控制为200纳米，生长时间为1小时。附图说明图1为制备nc-Si/SiOx薄膜MIS结构器件的装置的结构示意图。具体实施方式现在，参照附图详细说明本专利技术的示例性实施例。应当指出，除非另外具体说明，在这些实施例中描述的部件、数字表示和数值的相对配置不限制本专利技术的范围。首先，参照图1说明本专利技术的制备nc-Si/SiOx薄膜MIS结构器件的方法。附图标记说明如下：1射频阴极；2下电极；3进气口；4出气口；5样品；6金属反应腔本专利技术制备设备包括射频阴极1、下电极2、进气口3、排气口4、样品5和金属反应腔6。将SiH4、H2和N2O的混合气体从进气口3通入金属反应腔，未反应完的SiH4、H2和N2O及中间产物N2,NO等气体，从排气口5排出。射频阴极1与下电极2之间的距离为5cm，样品5放置于下电极2上。直流偏压源为下电极2提供直流偏压。偏压为直流负偏压，电压值为10-100v，优选65v。样品5为单晶硅片，表面积3cm×3cm，厚度0.1mm。在制备nc-Si/SiOx薄膜时，在射频阴极1和下电极2之间形成等离子放电区，样品5位于等离子放电区内。接下来，说明nc-Si/SiOx薄膜的形成过程。首先笑气N2O在等离子体中被分解，产生氧原子或氧自由基，被激活的氧基或者与SiH反应，生成(SiH3)2O，或者参与表面形成氧化物。反应过程为：N2O+X*→NO+N*NO+X*→O*+N*SiH4+O*→(SiH3)2O+H2(SiH3)2O+O*→SiO2+H2+H2O其中，X*表示等离子体中的自由基或电子。下面具体说明本专利技术的制备nc-Si/SiOx薄膜MIS结构器件的方法，其中M层为电极层，优选为银电极层，I层为nc-Si/SiOx薄膜，S层为P型晶体硅。该方法包括以下步骤：(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：将单晶硅片衬底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，本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。...

【技术特征摘要】
1.一种制备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，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐艳梅，张贵银，赵占龙，王永杰，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北;13