光电薄膜的制备及其光电性质的研究(6)
时间:2017-02-16 17:01 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
早期的溅射镀膜技术主要用于薄膜电路，如制备电阻、电容器电极、以及制造金属氧化物电容器介质的原材料等。随着溅射工艺的不断发展，溅射技术在微电子、光学、表面处理、纳米技术等领域得到了越来越广泛的应用。 2.1.2蒸发镀膜 蒸发镀膜是在真空室中，加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸气流，入射到衬底表面，凝结成固态薄膜的方法。该方法的主要物理过程是通过加热蒸发材料而产生，所以又称热蒸发法。与溅射镀膜技术相比，蒸发镀膜的设备比较简单、操作容易、成膜速率快、效率高，其缺点则是不容易获得晶体结构，而且薄膜与基底的附着力较小。蒸发装置通常由真空室、蒸发源、蒸发加热装置以及衬底等组成。蒸发加热方法有电阻加热、高频感应、电子束轰击、激光蒸发等。蒸发通常在 Pa或更高的真空下进行，平均自由程较由蒸发源到衬底的距离大的多，蒸发粒子与残余气体分子的碰撞可以忽略不计，因而蒸发粒子会沿直线前进。大多数材料要求在1000-2000℃的蒸发加热装置温度下蒸发，因此采用钨丝或钨舟作为加热源就可以满足这一条件。相比于溅射原子，蒸发原子的能量通常较低，约0.2 eV。 大多数蒸发材料的蒸发属于液相蒸发，也有一部分材料属于固相蒸发。实际蒸发镀膜过程大致可以分为三个步骤：被蒸发材料的气化过程；蒸发粒子从蒸发源到衬底的迁移过程；蒸发粒子在衬底上的凝结、成核、长大、成膜。 2.1.3 热氧化 半导体材料的氧化方法有多种，包括热氧化、电化学阳极氧化、等离子体氧化等，其中热氧化是硅半导体工艺中最重要的氧化法，因为热氧化二氧化硅膜具有最佳的电学性质。热氧化的装置一般由电阻加热炉和熔凝石英管组成。氧化时，将硅片放入石英舟槽内，然后将石英舟置于石英管中，气源用高纯干燥氧气（干氧法）或氧和高纯水蒸气混合（湿氧法），自动升温至氧化温度（一般控制在800-1000℃），并在氧化结束时自动降温。通过控制氧化的时间来调整氧化层的厚度。 2.1.4 阴极电弧沉积 真空阴极电弧沉积是相对较新的一种薄膜沉积技术，通常被称为阴极（或真空）电弧蒸发，它在很多方面类似于离子镀技术。它的主要优点在于，发射的粒子流中离化率较高，而且这些离化的离子具有较高的能量（40-100 eV）。在真空阴极电弧沉积法沉积过程中，沉积材料是受真空电弧的作用而得到蒸发，在电弧系统中源材料作为阴极。大多数电弧的基本过程皆发生在阴极区电弧点，电弧点的典型尺寸为几微米，并具有非常高的电流密度。 阴极电弧通常由作为阴极的源材料、阳极、电弧触发器和其它限制阴极表面起弧的装置组成。电弧限域可以由限域环或磁场来实现。应用阴极电弧沉积技术沉积得到的薄膜具有高沉积率、黏附性好、致密等特点。 2.2 硅基薄膜的制备 本论文涉及硅基薄膜的制作部分是利用真空镀膜设备在一透明玻璃片上进行蒸镀，从而得到均匀的薄膜。如前所述，蒸镀是一种比较简单实用的方法，蒸镀的部分工作是采用螺旋丝状金属钨（蒸发舟）加热蒸发高纯铝丝，在薄膜的表面或背面沉积一层金属铝电极薄膜。在其它实验条件固定的情况下，通过调整蒸发铝的含量来控制薄膜的厚度。蒸镀实验在高真空室中进行，采用机械泵与分子泵相结合获取高真空环境，蒸镀时的本底蒸发室真空度为 Pa。 制造硅基光电薄膜太阳能电池，首先要对经过清洗的硅片，在高温石英管扩散炉对硅片表面作扩散掺杂，一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等。目的是在硅片上形成P/N结。然后采用丝网印刷法，用精配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂覆减反射膜 ，单晶硅太阳电池的单体片就制成了。单体片经过检测，即可按所需要的规格组装成太阳电池组件（太阳电池板），用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流。最后用框架和装材料进行封装，组成各种大小不同太阳电池阵列。目前大规模生产的单晶硅太阳电池的光电转换效率为14-15％左右，实验室成果也有20％以上的。 (责任编辑：qin) |