hdy 发表于 2025-7-29 22:53

LPCVD沉积本征硅的有效硼掺杂


电池结构向BC方向发展掺硼的polySi可以用到哪里?硼polySi的沉积方式和掺杂源LPCVD沉积温度-实验参数
不同温度条件沉积的 i-Si薄膜系列实验

退火前表面粗糙度随着温度升高,i-Si薄膜的的晶化率逐渐增加,560℃时i-Si薄膜处于完全未结晶状态,表面光滑,RMS=0.6 nm;580 ℃时i-Si薄膜表面开始析出一些小晶粒,表面开始变得粗糙,RMS=2.8 nm;585 ℃时小晶粒数量变多,表面变得更加粗糙,RMS=3.8 nm;590℃时小晶粒数量多到连接成面,表面变成了凹凸不平的一个面,RMS=2.6 nm。



晶化率测试i-Si薄膜随着温度的升高,沉积速率变快、晶化率变高,通过Arrhenius equation计算得到在300mTorr条件下,SiH4分解生成 i-Si薄膜的激活能为1.04 J/mol,i-Si薄膜在300mTorr条件下结晶的突变温度为585℃。界面和结晶特性560 ℃条件下大部分为非晶相,晶体内部没有观察到晶粒;600 ℃条件下的i-Si薄膜在垂直方向产生枝状晶粒,析出的晶粒尺寸大约为10-15 nm左右;i-Si薄膜的结晶态会对隧穿层的均匀性、致密性及厚度产生影响:所做氧化层的厚度约为2-2.5 nm之间,且非晶态的i-Si薄膜下的隧穿层较为均匀、平整,结晶态的i-Si薄膜内部的隧穿层凹凸不平,同一截面处厚度差异较大。电性能以及晶体的形成未掺杂的i-Si薄膜暗态电导率极低,随着温度的升高,电导率有降低的趋势,但是不是很明显;随着温度的升高,晶化率变高,i-Si薄膜内部的SiH1键和SiH2键被破坏,H原子逃逸,对应的1990, 2090cm-1峰逐渐消失。掺杂特性不同温度条件下i-Si薄膜硼扩散后的方阻及电导率变化趋势 扩散示意图,为什么不同温度沉积的i-Si薄膜硼扩散后方阻会变高?电导率会下降?沉积过程是否对i-Si薄膜的扩散有影响?退火后结晶特性非晶态的i-Si薄膜在850/930℃退火及硼扩后几乎完全结晶,部分结晶的i-Si薄膜在850/930℃退火及硼扩后仍然保留了部分非晶态。非晶态的存在使p-poly内部保留了大量的缺陷,从而增加了晶界散射概率;不同结晶状态的i-Si薄膜是否影响掺杂浓度?硼掺杂曲线不同温度沉积的i-Si薄膜硼扩散浓度曲线 不同温度条件下i-Si薄膜硼扩后霍尔测试不同晶体状态的i-Si薄膜扩散后不会对扩散浓度产生影响;掺杂半导体体内载流子浓度=掺杂浓度,p-poly体内载流子浓度降低,体内一部分B原子并未成为受主杂质,而是在内部形成了缺陷,从而增加散射概率,降低空穴迁移率,降低p-poly电导率;p-poly内缺陷密度不同温度条件下沉积的i-Si薄膜扩散后其内部缺陷态密度随着i-Si薄膜沉积温度的升高而增加;p-poly内部晶体的晶界势垒高度随着i-Si薄膜沉积温度升高而增加。掺杂硼polySi退火特性i-Si薄膜的结晶程度会对硼扩散后的p+poly-Si触点的隧穿层产生影响;560 ℃条件下的氧化硅显示出较好的均匀性和致密性,且多晶硅层显示出较好的晶格衍射。600℃条件下的氧化硅显示出较差的均匀性和致密性,在c-Si和poly-Si截面接触处显示出较为明显的过渡区,在界面中间有较明显的疏松区域,这对表面处的钝化是及其不利的,并且多晶硅层有较多的位错缺陷。
扩散退火后形貌i-Si薄膜的结晶情况会对p+poly-Si的结晶产生影响,以非晶态沉积扩散的p+ poly-Si大晶粒之间是微晶,以多晶态沉积扩散的p+ poly-Si大晶粒之间是非晶。因为原有的结晶形式会对非晶态的近一步结晶产生阻碍;以非晶态沉积扩散的晶粒是直接在非晶基础上形核结晶,但是以多晶态沉积扩散的晶粒是在原有晶粒基础上继续长大,以至于部分晶粒越长越大,在内部形成247 nm的大晶粒。非晶态沉积扩散的晶粒的生长方式主要是横向生长,多晶态沉积扩散的晶粒生长方式主要是纵向生长。
接触电阻
生长-非晶硅扩散后的接触电阻始终小于生长-结晶硅扩散后的接触电阻,并且随着i-Si薄膜沉积温度升高而降低;内部的缺陷直接造成了载流子的复合,导致了1E15注入浓度下少子寿命的下降,影响了p-poly的场钝化效果,增加了饱和电流密度J0,τeff 的降低和J0的增加导致了双面p+poly-Si对称结构的i-Voc和i-FF降低LPCVD沉积硼的有效掺杂结论未掺杂的i-Si薄膜暗态电导率极低,随着温度的升高,电导率略微降低,这主要与内部的Si-H含量有关;
i-Si薄膜的结晶态会对隧穿层的均匀性、致密性及厚度产生一定的影响;
在硼扩散后生长-非晶硅膜的电导率始终高于生长-多晶硅膜;
只有薄膜沉积在非晶相,其硼扩散后的p+ poly-Si薄膜才能表现出优异的钝化性能和较低的接触电阻;

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