放电功率对VHF- PECVD沉积微晶硅薄膜的生长特性的仿真模拟
甚高频等离子体增强化学气相沉积技术是当前高速制备优质微晶硅(μc-Si:H)薄膜的主流方法，其生长机理也一直是研究的热点和难点。本文采用Comsol软件中的等离子模块和Chemkin软件中的AUROR模块相结合的方法，对H2和SiH4混合气体等离子体放电、气相反应和表面生长过程进行了数值模拟，研究了沉积功率对μc-Si:H薄膜沉积速率和结构特性的影响。首先，通过一维的放电模型，获得电子温度和电浓度等等离子体参数。随后，将该参数带入气相和表面反应模型，得到各种粒子的气相浓度和薄膜的特性参数。模拟过程涉及24个电子碰撞反应、42个气相反应和43个表面反应。同时利用光发射谱对实验过程中等离子辉光特性进行了在线检测，并制备了实验样品。将模拟的SiH3基团、H原子的气相浓度以及它们的比值，生长速率，薄膜中的氢含量和薄膜生长取向等同实验进行了对比，发现能够较好的吻合。
氢化微晶硅(μc-Si:H)溥膜具着高的光、电动态平衡性，和非晶硅溥膜一致的准备的工艺，较好的长波积极地响应性等长处;特别的是会和非晶硅溥膜相切合具叠层锂手机电池组，进三步提生锂手机电池组的转变率。微晶硅溥膜发育基本原理的探讨方案在溥膜的准备教学环节中互换控微设计、调整锂手机电池组优点等角度具着最最重要最重要性。然而 主要是因为μc-Si:H溥膜的发育是个繁多的教学环节，且对等阴铁铁亚铁铁化合物体检测的机器设备花销高端，为此须要的定期较长，为此如能切合算起机仿真模仿的策略分折其他成型性能指标对溥膜成型教学环节的的影响，将对實驗具着最最重要的检查指导最重要性。Bhandarkar等和Bleecker等对硅烷等阴铁铁亚铁铁化合物广州中山大学分子式色谱团簇的成型主要原因实施仿真模仿，Nienhuis等主要包括一维气流力学仿真对模型对SiH4-H2等阴铁铁亚铁铁化合物体蓄电池击穿实施了仿真模仿，Zhang等主要包括二维气流力学仿真对模型探讨方案了微晶硅的等阴铁铁亚铁铁化合物蓄电池击穿教学环节和溥膜成型教学环节。但等等仿真模仿大多个对着成型教学环节的相应个教学环节，且与實驗的是比较仅能于溥膜的成型效率，不论述成型性能指标与溥膜优点间的相互关系。Satake等对等阴铁铁亚铁铁化合物体明显增强生物色谱成型(PECVD)法成型μc-Si:H溥膜的整教学环节实施了仿真模仿，并对溥膜优点实施了分折，缺憾的是并没有详情的實驗报告单承载。李艳阳主要包括Comsol小手机软件对H2气蓄电池击穿实施了仿真模仿，其报告单和實驗报告单能有效的接触。应用场景此，本诗首要主要包括Comsol小手机软件对氮气和硅烷混合法有害气体实施等阴铁铁亚铁铁化合物体特证仿真模仿，求得電子温度因素和電子份量等参数，然后呢使用Chemkin中的AURORA输出模块，在腔体色谱影响和界面发育角度对甚高频率生物色谱成型微晶硅溥膜的发育教学环节实施了仿真模仿，求得影响教学环节中各影响基团的份量、溥膜成型效率、溥膜中氢的份量等;主要包括SR-500型光发送谱(OES)仪对色谱影响教学环节实施同屏在线检测，并将准备的微晶硅溥膜与仿真模仿报告单实施相对。1、模型和实验
1.1、模特和主要参数 率先主要包括Comsol游戏中的CCP模快，按照微网络与H2、H原子核、SiH4的多种黏性汽车碰撞、激活、电离等断面，保持一维建模 对硅烷和氮气结合其他气体等铝离子发出电去仿真模拟系统，建模 中针对的目标24个反映式子。在求得均匀微网络体温、微网络溶度的核心上，充分利用Chemkin中的AURORA模快去气相色谱仪和外层反映具体步骤的仿真模拟系统。在气相反应中，充分考虑了薄膜生长前驱物在表面的吸附反应、H原子的脱附与插入反应、表面吸附基团间的键连反应、以及刻蚀反应等对薄膜生长的重要作用和对薄膜质量的影响，涉及多种分子(SiH4H2，Si2H6，SI3H8，Si4H10，SI5H12，SI6H14)和中性基团(SiH3，SiH2，SiH，H3SiSiH，Si2H5，Si3H7，Si4H9，H)。采用的衬底为硅衬底，Si(100)和Si(111)面的面密度分别为1.12×10-9 mol/cm2和1.3×10-9 mol/cm2。表面反应过程中性基团在硅衬底上吸附生成11种表面吸附基团，例如SiH3(s)、SiH2(s)、SiH(s)等，在软件中表示为SHHH(s)，SSHH(s)、SSSH(s)。生长表面的Si悬挂键可分为单键SSSD(s)和双键SSDD(s)。体相基团包含Si、SiH和SiH2，表示为SSSS(B)，SSSH(B)，SSHH(B)三种。基于上述，共选择了42个气相反应[6，10]和43个表面反应方程，其中气体温度为400K，表面温度固定在493K。
1.2、实验报告在薄膜沉积实验中，频率固定在75MHz，流量为100ml/min(标准状态)，硅烷浓度为3%，表面温度为493K，极板间距为1.5cm，反应极板面积为78.5cm2，反应压强为2.66×102Pa，功率的变化范围为30～70W。所有样品都是在沈阳科学仪器厂研制的高真空四室连续PECVD系统的本征室制备的，高频电源为英国CoaxialPowersystems公司RFA300Wb系列。反应气体为硅烷和高纯氢气的混合气体;衬底为普通玻璃;用分光光度计(日本岛津UV23100)测量微晶硅薄膜的厚度;用拉曼光谱仪(Renishaw2000)表征材料的结晶状况，并对谱线进行了三峰高斯拟合来估算晶化率;XRD(PhilipsPANAlyticalX'pertwithCuKα，λ=0.1540598nm)分析沉积膜不同面的峰值强度，从而估计不同面的生长速度。在沉积过程中，采用SR-500型OES仪对反应的气相过程进行在线检测，其波长范围为200～800nm，扫描步长为0.05nm，分析不同放电条件下峰位在656，486和414nm附近的Hα、Hβ和SiH*发光强度。
