磁控溅射沉积氢化非晶硅薄膜及其结晶过程研究（可编辑）

磁控溅射沉积氢化非晶硅薄膜及其结晶过程研究（可编辑） 摘要 论文题目:磁控溅射沉积氢化非晶硅薄膜及其结晶过程的研究 学科专业:材料学 研究生:苗启林 签名: 指导教师:蒋百灵教授 签名: 摘 要 非晶硅薄膜广泛应用在太阳能电池的生产中,但因为其光电转换效率低,且会出现光 致退现象;所以关于非晶硅改性研究得到普遍的重视,本文采用磁控溅射沉积氢化非晶硅 薄膜,通过射线衍射仪、透射电子显微镜、探针、紫外.可见 分光光度计等分析 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ,研究了氢分压和溅射功率对系等离子体、硅薄膜结构和性 能以及其退火晶化结构和性能的影响。 研究结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明:随着氢分压的增大,气体压强增加,使得气体分子间的碰撞几率增大, 导致离子密度和离子流通量均增大:沉积得到氢化非晶硅薄膜,在其非晶结构中弥散分布 着少量的纳米晶颗粒,降低了缺陷密度,从而降低了薄膜的光透过率;氢化非晶硅薄膜退 火后结构转变为微晶态,平均晶粒尺寸为~;晶化率为~%;可见光 透过率大幅 度降低。 随着溅射功率的增大,离子密度和离子流通量增加,轰击靶材的离子能量增大,所以 溅射出的靶材原子在基体上能够更充分的扩散,使得非晶硅薄膜组织中的纳米晶比例增 大,相同退火温度下需要晶化的时间随之减少,晶粒尺寸和晶化率随之增大;当直流溅射 功率为时,沉积的非晶硅退火后转变为微晶结构,平均晶粒尺寸为, 晶化率为%。 与相同功率的直流溅射对比,射频溅射是离子和电子交替轰击靶材,使得溅射出的部 分靶材原子动能较小,不足以输运至基体,导致沉积速率较小;但是低的沉积速率导致到 原子能够充分扩散,增加了非晶硅薄膜组织中的纳米晶比例,所以相同退火温度下需要的 晶化时间短,得到的微晶硅薄膜晶粒尺寸和晶化率较高,可见光光透过率小。 在靶基距为时,基体表面的离子密度处于峰值,由于基片偏压的作用,使得 基体也会承受大量高能离子的轰击,产生反溅射作用,使得硅薄 膜的沉积速率降低;但是 低的沉积速率有利于硅薄膜的晶化,使得非晶硅薄膜退火后转化 为非晶态,平均 晶粒尺寸为.,晶化率为%。 关键词:磁控溅射:非晶硅薄膜;退火晶化;晶化率;晶粒尺寸西安 理工大学硕士学位论 :.腥 : : :堡垒:坠 :. :座五型.. , ? ,, . , , ,, ; , ’ : ; ,% , , %: . ,:,; ,; . %. .; 伍 . , , ..西安理工大学硕士学位论 也 , ; , ? ;, ,, ,. %. . : ; ;; ; 、,目录 目录 摘 要?..?.. 目录??.. ‘前言??刖吾.引言 .太阳能电池的发展..太阳能发展历史? ..薄膜系太阳能电池. .非晶硅薄膜概况??.. ..非晶硅的结构?.. ..非晶硅基薄膜材料的光学性能 .非晶硅光致退化及改善途径??. ..非晶硅基薄膜材料的光致衰减 ..非晶硅基薄膜光致衰减的抑制途径?.. .微晶硅及纳米晶硅薄膜材料??. .磁控溅射技术. ..磁控溅射技术的原理及发展.. ..磁控溅射镀膜的控制参数? .磁控溅射沉积硅薄膜与薄膜晶化.. ..薄膜生长理论?. ..薄膜的晶体结构.. ..非晶硅薄膜退火结晶??. .选题目的及实验 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 ? 实验部分. .实验材料及试样预处理. ..试样基材材料?. ..试样预处理.硅薄膜制备过程??. .硅薄膜的分析与测试? .. 探针等离子体分析 .. 及退火分析.. .. 微观结构分析 ..光透过率分析?. 氢分压对硅薄膜沉积和晶化过程的影响.. .氢分压对硅薄膜沉积的影响??. ..不同氢分压下等离子体探针分析..不同氢分压下硅薄膜的分 析..不同氢分压下硅薄膜的分析..不同氢分压下硅薄膜的可见光透 过率分析??. .氢分压对硅薄膜晶化过程的影响.. ..不同氢分压下硅薄膜退火后的分析 ..不同氢分压下硅薄膜退火后的分析 ..不同氢分压下硅薄膜退火后的可见光透射光谱分析??..西安 理工大学硕士学位论 .本章小结?. 溅射功率对硅薄膜沉积和晶化过程的影响 .溅射功率对硅薄膜沉积的影响?.. ..不同溅射功率下等离子体探针分析?. ..不同溅射功率下硅薄膜的分析一.. ..不同溅射功率下硅薄膜的分析?. .溅射功率对硅薄膜晶化过程的影响 ..不同溅射功率下硅薄膜退火后的分析??. ..不同溅射功率下硅薄膜退火后的分析??. ..不同溅射功率下硅薄膜退火后的可见光透射光谱分析.靶基距对氢化非晶硅薄膜晶化过程的影响? ..不同靶基距下等离子体探针分析..不同靶基距下硅薄膜退火后的分析 ..不同靶基距下硅薄膜退火后的分析 .本章小结?. 结论?.. 致谢参考文献? 附录??.前言 前言 .引言 能源是人类文明发展的一个关键,利用能源水平的高低和能源材料开发技术直接体现 着一个时代文明科技的水平。在现代世界,随着科学技术的进步,生产力和生产效率的提 高,各个领域都离不开电能,热能等能源利用形式,也对能源的分配和利用提出了新的要 求。在工业制造,日常生活中的耗能越来越大,人类对能源的需求飞速增长。目前我们依 赖的传统能源,主要是煤炭和石油,这一类资源是不可再生的,并且已经经过长时间无节 制的开发利用,在可预见的未来就会枯竭,这也造成了部分地区由于能源危机产生的战争 和冲突,而且直接关系到全球经济发展的稳定。另一方面,尽管现代科技十分发达,但是 石油和煤炭的利用还是会带来对环境的污染,例如汽车尾气和温室效应,在经济不发达地 区,污染往往更加严重,这些问题已经困扰人们许久。在储存量危机和环境问题的双重压 力下,进行可持续性的,绿色新型能源的开发是刻不容缓的。因此,符合这两个要求的太 阳能成为了研究的热点。 每年地表吸收的太阳能大约相当于燃烧于万亿吨 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 煤产生的能量,这说明了太阳 能发展的巨大潜力。而相对风能,核能等,太阳能又有不受地域限制,采集容易,其产业 化对环境危害小,维护费用低等优点。经过几十年的发展,研究人员在太阳能转化技术方 面已经取得一定成果。目前主要发展出四种转化形式:太阳能转 换成热能、太阳能转换成 热电能、光电太阳能转换和化学太阳能转化?。其中,因为光电太阳能转换将太阳能直接 转换为电能,所以是光伏产业研究的基础。 太阳能产业有着光明的前景,而且近些年来由于能源问题引起的冲突,经济动荡等, 使得太阳能领域的研究具有特殊的战略意义,已经在全球掀起一股开发太阳能的热潮。我 国作为一个能源消耗大国,而且正处在经济快速发展时期,对能源的需求与日俱增。面对 逐渐消耗殆尽的煤炭和石油产量,每年必须进口大量能源材料,更甚至部分地区由于电能 供给的匮乏直接掣肘了经济的发展,例如在东莞工业集中的地区每周在生产用电高峰期都 要进行错峰断电,部分企业必须停止生产,造成一些经济损失。且由于光伏产业是环境友 好型产业,符合我国长期提倡的可持续发展原则,所以我们已经加快了光伏研究和产业方 面的研究步伐。在年,我国的太阳能电池产能首次超过印度,目前成为仅次于日本和 德国的第三大光伏电池生产国,并且国家计划至年使可再生能源的应用水平达至 万吨标准煤,相当于我国能源总消费的%,将极大促进我国包括太阳能为主的可再生能 源的发展。虽然我国在光伏产业方面的发展有了一定的进展和阶段性成果,但是我们的光 伏技术还很薄弱,很多关键环节,例如电池的光电转化效率,单片电池的面积和国外相比, 均还有一定的差距。而由于国外的技术垄断,我们购买一条先进的太阳能电池生产线往往 要花费数亿人民币,所以迫切需要我国的科学技术人员加快研究步伐,为国家的光伏能源 产业发展更新做出更多的贡献。西安理工大学硕士学位论 .太阳能电池的发展 ..太阳能发展历史 作为太阳能电池运作的理论基础一光伏效应,早在年已被发现。但是由于技术水 平的限制,其实现一直停留在图纸上。一直到上个世纪初,随着科学水平的进步,在研究 人员的努力下终于研制出了第一块硒基太阳能电池,但是这块电池只能达到实验水平,距 离真正的投入应用还有很大差距。在发明晶体管以后,固态电子学得到极大的发展。终于 在年,世界上第一块实用的半导体太阳能电池问世了,随后其应 用于人造卫星的能源 供给。随后,经过科学家和技术人员持续的投入和努力,太阳能电池的制备手段和大规模 生产取得可喜成就。近几十年,光伏产业进入快速发展期,电池的性能的不断改善,光电 转化效率数次突破性提高。随着光伏研究理论的不断完善,加上数年的生产经验,催生了 薄膜太阳能电池,标志着太阳能电池发展进入新的篇章。薄膜太阳能电池并被普遍认为可 以大幅度降低生产成本,推进光伏电池的普及。现在,硅系薄膜太阳能电池已经实现大规 模生产和应用,并且成为光伏产业内一个研究的热点。 ..薄膜系太阳能电池 太阳能电池是一种光电能量转化器件,对其研究涉及到的电子,光子和声子都是能量 的载体【,其中研究的重点则是电子与光子之间的相互作用,以及声子对在转化过程中的 参与。这里涉及到的相互作用通常发生在太阳能电池材料表面数微米的范围之内,这就给 制备薄膜系太阳能电池提供了可以实现的理论基础。 太阳光具有弥散性,所以实用的大功率太阳能电池需要数平方米面积才能保证实用效 果,导致生产结晶系太阳能电池生产过程中原材料较大的消耗量,和复杂的制备工艺,阻 碍了光伏产业的进一步发展。为了降低制造成本,简化工艺,大面积的薄膜微米量级 太阳能电池的研制成为一种必然趋势。薄膜系太阳能电池拥有很多优点,其中包括节省制 备原料、沉积温度低、制造工艺简单等,一般是将材料直接沉积在廉价的衬底之上,如玻 璃、不锈钢带、塑料薄膜等。可以大幅度的降低成本。然而,以此种方式制备的薄膜材料 通常具有多晶、微晶、纳米晶或非晶的结构,因而迁移率低且少子寿命。所以不适合用来 制备高速度、高密度的微电子器件。然而对于太阳能电池来说,由于它对光电转换的速 度没有特殊要求,组件结构又相对简单,只需要一个或数个大型结构成,因此利用上 面提到的制备方法是适合用来制备薄膜系太阳能电池的。经过科学家和研究人员多年的努 力,已经研制出几种投入实际应用的薄膜太阳能电池,其中主要包括硅基薄膜太阳能电池、 碲化镉薄膜太阳能电池和铜铟镓硒薄膜电池。 在过去的数十年内,因为原材料获取容易,制备手段相对成熟,光 电转换效率较高, 硅系薄膜电池成为发展最成熟的薄膜系电池,占据了大部分的市场份额。硅基薄膜太阳能 电池包括非晶硅、纳米晶硅、微晶硅和多晶硅薄膜电池。其中非晶硅薄膜电池因为制备工前言 艺简单,成本低廉而占据光伏市场大部分份额。但是由于其结构不稳定,光电转换效率较 低等原因,发展受到束缚。所以非晶硅薄膜电池目前主要的研究方向集中于提高转化效和 结构稳定性。 .非晶硅薄膜概况 硅基薄膜材料是包括硅与其他元素构成合金的各种晶态如纳米晶、微晶、多晶和 非晶态薄膜的总称。作为目前最具发展潜力的光电能量转化材料之一,硅基薄膜材料的研 究历史可以回溯至世纪年代,英国标准通讯实验室用辉光放电法制备出氢化非晶硅 :薄膜,发现有一定的掺杂效应。年,.。等人在氢化非晶硅材料中实 现了替位式掺杂,做出了结。同时研究得出渗入硅薄膜中的氢具有补偿硅悬挂键的作 用,而且氢化非晶硅的缺陷密度较低而光敏性能优越。年时美国 的.. 等研制出了.结构的非晶硅太阳能电池,光电转化效率达到.%【】,随后在全球范围 内非晶硅材料及其光伏器件成为研究的热点。年,通过研究使非晶硅电池的 光电转化效率提高到%,这使得非晶硅电池产业化成为可能。随后日本三洋公共的 实现了非晶硅电池在实际产品的大规模制造。而在此之前生产的非晶硅薄膜,由 于技术的不成熟,其缺陷密度过高没有实际应用价值。 在理论研究方面,年,..发表了开创性的论文《扩散在一定的无规网 络中的消失》,第一个提出在无序体系中电子态定域化的概念【。随后,在定域 化理论的基础之上,.在非晶态材料能带中引入了迁移率边和定域化带尾态的概 念。年,.和..一起凭借在非晶态理论方面的贡献获得诺贝尔物理 学奖。与此同时,..和..等提出了非晶态半导体的.能带模型, 为非晶硅基薄膜材料和期问理论研究提供了良好的基础。 年..等观察到非晶硅薄膜在经过长时间光照后,其光电导率和暗电导 率均下降,通过。以上温度退火后又可以恢复至光照前的现象【】。 他们指出产生这种 可逆的光致衰减效应.效应的原因可能是光导致了非晶硅薄膜带隙中的亚稳态缺陷。 此后,研究光致衰减的微观机理和其拟制方法一直是非晶硅领域的焦点。 经过多年的努力,在改进非晶硅薄膜材料和太阳能电池器件性能,以及产业化技术方 面取得了重大的进展。例如,发现在等离子增强化学气相沉积氢化非晶硅薄膜的过程中, 利用通入氢气稀释硅烷可以显著改善非晶硅材料的稳定性。这种氢稀释技术已经广泛的应 用于改善非晶硅薄膜材料和太阳能电池的微结构和稳定性,大量的氢稀释甚至可以促进氢 化纳米硅.:和氢化微晶硅肛.:的形成。并发现.。或??型氢化非晶硅 电池的最佳本征层可以在增加氢稀释以邻近非晶到微晶相变阈的模式下获得【。 ..非晶硅的结构 非晶硅是相对于晶体硅而言的。晶体硅结构中硅原子的键合为共价键,其原子排 列为正四面体结构,具有严格的晶格周期性和长程有序性。非晶硅中原子之间的西安理工大学硕士学位论 键合也是以共价键形式存在,原子的排列基本上保持键结构,但是键长和键角出现了 变化,使得非晶硅结构中原子的排列在具有短程有序的情况下,丧失了严格的周 期性和长程有序性。 从晶体结构研究来区分,晶体硅包括单晶硅和多晶硅。其中单晶硅的射线衍射谱和 电子衍射谱呈现明亮的点状,多晶硅的呈现环状。而非晶硅的射线衍射谱和电子衍射谱 呈现两圈模糊的晕环,这表明非晶硅中短程有序的保持范围大体在最近邻和次近邻的原子 之间。从非晶硅的短程有序到晶体硅的长程有序之间,还存在着一个过渡尺寸范围,被称 作中程有序,大体上相当于埃。通常在制备非晶硅薄膜过程中会引入氢气, 从而得到的是氢化非晶硅薄膜,这种沉积方式可以改善非晶硅薄膜的性能。但是其结构有 别于非晶硅薄膜,随着氢含量的增加,氢化非晶硅的密度和表观配位数降低,其网络结构 得到弛豫。从拉曼散射谱的结构可以得知,氢化非晶硅的键角偏差下降,表明氢的引入使 得非晶硅的短程有序得到改善。同时引入适量的氢原子具有弥补 非晶硅结构中的悬挂键; 打破弱的.键:产生压应力促使成核等作用,能够促进非晶硅薄膜的晶化?。。 ?联 飘 图氢化非晶硅的结构不恿图. 氢化非晶硅材料中大部分的悬挂键被氢补偿,形成硅氢键,如图.所示,从而改善 了非晶硅薄膜的结构,使得其微观结构中部分晶化,即出现细小的晶粒。非晶硅半导体材 料的电学、光学性质及其他参数灵敏地依赖于制备条件,因此性能重复性较差,结构也十 分复杂。 经过大量的实验结果论证,实际的非晶硅基半导体材料结构是含有一定量的结构缺 陷,如悬挂键、断键、空洞等。这些悬挂键、断键等缺陷有很强的补偿作用,并造成费米 能级的钉扎,使非晶硅没有杂质敏感效应。因此尽管对非晶硅的研究早在世纪年代即 以开始,但很长时间未进行实际应用。年,等人利用硅烷的制备出氢化非晶硅 材料,开始了非晶硅应用的新时代。 ..非晶硅基薄膜材料的光学性能前言 本征非晶硅的光吸收谱可分为三个区域,即本征吸收、尾带吸收和次带吸收区吗,下 面分别介绍: 本征吸收区是由电子吸收能量大于光学带隙的光子从价带跃迁到导带而引起的吸收。 本征吸收的长波限,也称吸收边,就是光学带隙,器件质量非晶硅的为.~., 比由电导激活能确定的迁移率带隙稍小些,因为迁移率边位于更高态密度的能量位置。内 光点发射测量表明两者的差值约为.】。 本征氢化非晶硅的光吸收系数,在其吸收边处为~一,以后随光子能量增大 而增加。在可见光谱范围内,非晶硅的本征光吸收系数要比晶体硅的大很多高个数 量级,所以有人称非晶硅为准直接带隙材料。因为晶体硅的本征光吸收存在严格的选择 定则,除了能量守恒外,还必须遵守准动量守恒定律,而晶体硅是间接带隙约. 。而因为非晶硅是短程有序长程无序,电子态已经没有确定的波失,电子在吸收光 子从价带跃迁到导带的过程中,也就不受准动量守恒的限制;或 者也可以理解为,在非晶 硅中,由于电子的运动在晶格长度范围就会受到散射,按照测不准原理,其动量的测不准 将有较大范围的延伸,从而准动量守恒限制大大放宽。 然而,氢化非晶硅的光吸收系数伐随光子能量办的变化关系在吸收便附近遵循规 律: . 似“地一 式中,是一个与带尾密度相关的参数。这是一个典型的间接带隙半导体材料的本征 吸收关系式,所以从这个意义上来说,氢化非晶硅仍然保持着间接带隙半导体材料的特征。 实验上,常利用光透射谱来导出氢化非晶硅的复折射率,由式.计算出光学带 隙。 带尾吸收区相应于电子从价带扩展到导带带尾或从价带尾态到导带扩展态的跃 迁。在这一区域,~,与呈指数关系,【/,所以也称指数吸收 区。这一指数关系来源于带尾态的指数分布,特征能量。与带尾结构有关,它标志着带 尾的宽度和结构无序的程度,越大,带尾越宽,结构越无序。也称 为能量, 而指数分布的带尾也称为带尾。这是因为.在年首先发现,无序固体中 电子从价带尾跃迁到导带尾的光吸收系数随光子能量呈指数变化,并指出它起源于电子带 尾态密度的指数分布【】。 次带吸收区:~,相应于电子从价带到带隙态或从带隙态到导带的跃迁。 这部分光吸收能提供关于带隙态的信息。在区,若材料的在 一下,则表示该材料 具有很高的质量。 .非晶硅光致退化及改善途径 年..等首先发现,用辉光放电法制备的氢化非晶硅薄膜经过光照后 光强为/,波长为.~.,其暗电导率和光电导率随时间而逐渐减小,并西安理工大学硕士学位论 趋向于饱和,但是经过?以上的温度退火处理~后,光暗电导又可恢复。这种非晶 硅光致亚稳的变化后来被称为光致衰减效应,亦称.效应。光致衰减是氢化非晶硅薄膜 的一种本征的体效应,并非由杂质引起或表面能带弯曲所致。经过电子自旋共振和次带吸 收谱等技术测定,光照在氢化非晶硅材料中产生了亚稳态悬键缺陷,其饱和缺陷浓度约为 ,这些缺陷态的能量位置靠近带隙中部,主要起复合中心的作用。导致氢化非晶 硅材料的光电性质和太阳能电池性能的退化,限制了氢化非晶硅电池可以达到的最高稳定 效率。 ..非晶硅基薄膜材料的光致衰减 对于.效应导致氢化非晶硅亚稳悬键产生的微光机制,提出过很多模型,目前被多 数人认可的主要有三个: .弱键断裂模型】 在氢化非晶硅中存在着~。的弱.键,这些弱键就是带尾态的来源。光 照时,产生了电子.空穴对,电子.空穴的直接无辐射复合提供的能量会使.弱键的断裂。 但是这样产生的两个彼此相对的悬键很容易重构而消失,是不稳定的。在氢含量约为% 的氢化非晶硅薄膜中,会有/的弱键与氢相邻,邻近的.键有可能同新生的悬挂键交 换位置转换方向而使两个悬挂键分离。 电荷转移模型负相关能模型 在前面曾提到过,悬挂键获得第二个电子比获得第一个电子需要更多的能量,这种能 量差就是电子的相关能,这时的相关能是正的。.认为,由于氢化非晶硅网络的不 均匀和无序性,有些区域可能比较松弛,当悬键捕获第二个电子时,伴随发生的晶格弛豫, 会使总能量降低,从而使电子的有效相关能成为负值。在这些区域内,带有两个电子的悬 键态比带有一个电子的悬键态能量要低,因而,稳定存在的将不是带有一个电子的中性悬 键,而是带正电的空悬键态和带负电的双占据悬键态。当光照激发载流子时,这些带电悬 键可能捕获电子或空穴转变为亚稳的中性悬键。 氢碰撞模型州 年.提出了一个新的模型来解释.效应的微观机制。他认为,光生载流 子的非辐射复合施放能量打断.弱键,形成一个悬键和一个可运动的氢。氢在运动过 程中,不断的打断.键形成?键合悬键,氢跳走时每个被打断的.键又恢复到打 断之前的状态,因此运动的氢可以看成是一个运动的.键伴随着一个运动着的悬键, 运动的氢最后会形成稳定的.键。这里有两种方式,一种方式是运动的氢又重新陷落在 一个不懂的悬键缺陷中,形成?键,这个过程不产生亚稳态变化,大部分运动的都 属于这种方式。第二种方式是,两个运动的在运动过程中相遇或发生碰撞,最后形成一 个亚稳态的复合体,用.表示。这个过程发生的概率要远远小于前一种过程,但它 却是产生.效应的关键。综合这两种过程,光照最后的结果是产生了一个亚稳复合体 .和在氢开始激发的位置留下一个悬键。前言 前面.弱键断裂模型和电荷转移模型基本上都具有局域的性质,都只是考虑了个 别键结构的变化,而对硅网络结构本身是否有变化尚未引起注意。而在氢碰撞 模型中,硅悬键的产生不只是孤立地由某种键构型转化而来,还伴随着和结 构缺陷的长程输运。 将氢化非晶硅光致亚稳态悬键密度的产生与其他物性质的光致亚稳变化相联系时,发 现它们之间并不存在确切的对应关系。而且,许多物理性质的光致亚稳态变化的幅度太大, 不可能仅用所观测到的亚稳态键密度的产生来解释。这预示着,氢化非晶硅在光照下不仅 产生了亚稳悬键密度的变化,而且整个无序网络结构可能都发生了变化。氢化非晶硅作为 一种无序固态材料是处于非平衡态的,在外界条件的扰动下容易发生结构的亚稳态变化, 是其固有的特性。 前面介绍的氢化非晶硅光致衰减产生机制说明,亚稳悬键的产生总是与光生电子.空 穴对通过带尾态无辐射复合所释放的能量有关。每对光生电子.空穴通过带尾态复合所释 放的能量大约为.,这一能量将传递给周围的硅原子,可将它们加热到很高的温度。 例如,传递给周围个硅原子,可将它们加热到。这样高的温度范围足以使它们的 原子结构发生改变,偏离其退火的平衡态,并将其热量扩散到更远的晶格范围。在前面提 到的光照条件下,非晶硅光致衰减效应所实际的光生电子.空穴对复合时间大约可以达到 黔七,这么对电子.空穴对复合事件的总和,很可能使氢化非晶硅的整个网络结构发生 光致变化。而相应所产生的亚稳悬键密度,很可能使氢化非晶硅 的整个网络结构发生光致 变化。而相应所产生的亚稳悬键密度,在饱和情况下,仅大约,因此,光致亚 稳悬键的产生是一个与光致结构变化相伴生的效率很低的过程【】。 后来报道的许多氢化非晶硅光致衰减的实验结果,都需要凭借光致结构变化才能得到 说明。这些实验结果都表明,在非晶硅的光致衰减过程中,不仅有亚稳态悬键的产生,还 有.键以及非晶硅网络结构的光致变化,而前者正是后者的后续效应。 ..非晶硅基薄膜光致衰减的抑制途径 总体上说,非晶硅的光致亚稳变化与非晶硅的无序网络结构和氢的运动有关。因此, 氢化非晶硅薄膜稳定性的改进应当从无序网络的改善和优化氢含量入手。 在现在的研究中,在备氢化非晶硅过程中的,增加硅烷或乙硅烷 的氢气流量可以增强原子态氢与生长表面的反应,选择腐蚀掉一些能量较高的缺 陷结构,或者使反应基团在生长表面的迁移率增加,从而容易找到低能量的生长位置;甚 至一些原子态氢可以扩散到薄膜体内,增强钝化效果。总之,其结 果是改善了非晶硅薄膜 的网络结构【 ,降低了缺陷密度和光致衰减幅度,从而氢稀释技术在制备氢化非晶硅薄 膜材料和电池器件方面得到了广泛的应用。 从热力学的观点看,无序网络结构的改善最终将导致结构的微晶化,所以应在非晶到 微晶的相变区去寻求稳定优质的非晶硅薄膜【 。非晶到微晶的相变不是突变的,不仅存 在非晶相和微晶相共存的复相区,而且在微晶晶粒出现于非晶硅基之前,非晶硅网络虽仍西安理工大学硕士学位论 然是长程无序的,但其短程序和中程序均逐渐有所改善。可以说,这时的材料是一种邻近 , 非晶到微晶相变阈、而处于非晶一侧的材料,即所谓初晶态硅 或.。随着网络结构的进一步改善,在其非晶网络中开始形成一些微晶晶粒,这种 含晶粒非晶 ,具有复相结构,其晶相比低于逾渗阈值 ‘,非晶相的电导输运仍然占据支配地位。近年来,国际上关于初晶态硅与 含晶粒非晶硅在作为太阳能电池本征吸收层方面的孰优孰劣虽存争议,但有一点是它们是 共同的,即同属于相变域或结晶边缘 的材料。 氢稀释是一种改善非晶硅的微结构和形成微晶硅的有效手段,但是还有其他很多方法 也很有发展潜力,除氢稀释外,反应室的几何结构,沉积的诸多参数,如功率密度、激发 频率、沉积温度、气体压力、气体流量等都对氢化非晶硅薄膜的微结构有直接影响。还有 就是前面提过的通过对氢化非晶硅进行再结晶处理,得到非晶硅和微晶硅混合态薄膜从而 降低薄膜的光致衰退。常用的方法有固相晶化技术,其中包括常规高温炉退火, 金属诱导晶化和快速热退火;区域熔化再结晶,从得到微晶硅和 非晶硅混合态结构的薄膜来实现,这也是目前非晶硅薄膜发展的主要方向。 .微晶硅及纳米晶硅薄膜材料 习惯上,氢化微晶硅即.:或简称微晶硅”.是划归为非晶硅基薄膜材料 一类的。这有其历史的渊源。世纪年代初发现,在辉光放电分解硅烷制备非晶硅的过 程中,适当增加硅烷的氢稀释度和等离子体的功率,可以制得一种电导率高很多的薄膜, 其电子衍射谱呈现一些结晶的环状特征,故称之为微晶硅。它是由晶粒尺寸在数纳米至数 十纳米的硅晶粒镶嵌于氢化非晶硅基质中构成的。 纳米尺度的晶硅 或者纳米硅 ,.一词出现于世纪年代中期,原指从氢等离子体化学输运沉积的多晶硅 或微晶硅薄膜。.等提出,为了与金属和陶瓷领域相关于纳米材料的定义相吻合, 在那里纳米尺寸涵盖了~的整个范围。他们把这种硅薄膜称为纳米硅薄膜。随着纳 米技术的兴起,“纳米硅”的概念使用愈来愈广泛。近年来国际上有奖微晶硅统称为纳米硅 的趋势。这时,硅晶粒尺寸可以同其电子的德布罗意波长相比拟,从而可以从中观测到明 显的量子尺寸限制效应和量子输运现象。 微晶硅薄膜的缺陷密度较低,光致衰减较之非晶硅薄膜得到极大的抑制;而光吸收范 围因为其结构含有非晶相又优于晶体硅薄膜,是目前薄膜硅系太阳能电池的一个研究热 点。 .磁控溅射技术 ..磁控溅射技术的原理及发展 磁控溅射 .属于物理气象沉积的范畴,发明于二十世纪 年代初期,随后快速发展并得到广泛应用。上世纪末我国的磁控溅射技术有了很大进步,前言 已经可以制造大型磁控溅射装置和生产镀膜制品。现在,磁控溅射技术已经广泛地应用到 微电子、光伏、半导体、等各个领域【。】。 溅射镀膜是指利用高能粒子轰击靶材,从而激发出大量靶材原子,随后沉积在待镀基 体表面形成薄膜的过程。一般是通过气体放电生成等离子体,其中的正离子在外电场作用 下,高速飞向作为阴极的靶材,轰击出的靶材粒子溅射至被镀基体表面沉积成薄膜。而磁 控溅射是在普通溅射阴极靶面之上施加磁场,通过磁场控制二次电子的运动轨迹,延长其 在靶面附近的运动距离,从而提高二次电子与气体分子之间的碰撞几率,使更多的气体原 子被碰撞电离,最终达到提高等离子密度的目的,因此能够大大提高靶材的溅射速率和沉 积速率【四】;同时经过多次碰撞的粒子能量降低,当沉积时能降低衬底的温度,如图. 所示: 嚣 图.磁控溅射原理示意图 .上世纪年代,发展出在工件架上连接偏置电源,利用几十伏至数百伏的偏压吸引高 能量的离子轰击被镀工件表面,达到明显改善成膜质量的目的。这种改进的磁控溅射镀膜 法被称为磁控溅射离子镀。 随着技术的进步,在上世纪末发展出了非平衡磁控溅射,它的特点是在溅射系统之中, 对磁场控制的等离子区进行约束,使得等离子体不仅只局限在靶面附近,而是扩展到基片, 可以使大量离子轰击基片并影响溅射成膜过程,从而很大程度上改善薄膜的性能【】。当 沉积化合物和介质薄膜时,为了提高薄膜沉积速率和精确控制膜层结构与组分,必须用高 密度的离子流轰击基片,进而干预膜层沉积的过程,非平衡磁控溅射就是针对这一类型生 产的需要发展出来的。 非平衡磁控溅射克服了传统磁控溅射的部分缺点。传统磁控溅射镀膜时,等离子体区 被限制在靶表面附近,形成约的等离子密集区;只有当衬底浸入到这个区域内的时 候,才能使得离子轰击衬底,干预成膜过程。而非平衡磁控溅射具有附加的磁场,可以将 靶面的附近等离子体扩展到靶前的范围内,使得基片可以完全浸入等离子 西安理工大学硕士学位论 体内【?,同时,等离子体内部分电子能够沿着附加磁场的磁力线向外运动到基体,增强 离子对基体的轰击作用,改善传统平衡磁控溅射过程 ‘,从而提高了沉积膜层的质量和 性能。当轰击出来的原子和粒子沉积在基片表面形成薄膜时,另一方面,在磁场约束下, 等离子体中的粒子能以一定的能量轰击基片,从而达到离子束辅助沉积的效果,可以极大 改善薄膜的质量。非平衡磁控溅射的溅射系统中具有高密度、高能量的等离子体;粒子加 速距离远;沉积速率高,可以广泛地应用于功能薄膜制备的研究和应用【粥引,在其技术基 础之上后来又发展出闭合磁场的非平衡磁控溅射离子镀。 闭合场非平衡磁控溅射镀膜是近年来发展出的最先进的磁控溅射技术。本课题采用的 闭合场非平衡磁控溅射设备在等离子体区和粒子流密度两个方面是普通磁控溅射的多 倍,还具有可重复性好、稳定高效、制备出的薄膜均匀、沉积温度低、灵活性高,可溅射 化合物和合金靶材、能沉积梯度型镀层和多元复合薄膜等优点。 ..磁控溅射镀膜的控制参数 一般磁控溅射镀膜工艺运行条件的获得并不困难,本底真空度需求为弓数量级, 溅射运行真空度为数量级,都是比较容易获得的。溅射过程中电压一般控制在 ,空载电压控制在~,都处于常规电压区间。溅射的工作电流设置在 几安到数百安之间,也属于一般的工业适用范围。而且其工艺控制简单,薄膜性能重复性 好。但是磁控溅射也有缺点,例如靶材利用率较低,一般只有%%,为了防止靶表 面开裂和变形,溅射功率不能过大,而且由于粒子能量大,使得沉积膜层易出现损伤。 磁控溅射制备薄膜伴随着放电、溅射、电离和沉积等过程,涉及到的因素很多,包括 工艺的参数、设备结构、靶材以及衬底材料等【】。而这些因素都是通过调节沉积过程中 的沉积速率、粒子流密度、溅射粒子能量、溅射粒子的离子原子比来影响膜层的结构。 在溅射设备层面,工艺参数是镀膜的主要的影响因素,主要包括基体偏压、沉积功率、频 率和脉宽等。如在沉积过程中通入其它活性气体,必须考虑所通入气体的流量等。 调节沉积功率的主要作用是控制粒子流密度和沉积速率,从而能够增加膜厚和膜基结 合力等,但是溅射功率过高的话也会导致过高的基体温度,降低膜层质量。基体偏压能够 改善镀层的结合力和膜层组织结构,同时会使得衬底温度增高。另外一个影响因素是靶基 距,即靶面和基体之间的距离。靶基距的增加会导致膜厚和基体温度的减小,当靶基距增 大,靶电流对衬底温度的影响减弱,而偏压对衬底温度的效应反而增强。同时较高的真空 度可以使得膜层纯净、组织致密、针孔少、附着力好,但是会引起基体的升温,所以过高 的真空度反而会损害膜层的质量。 基体偏压的主要作用是吸引离子向基体运动,使得衬底在沉积过程中一直受到粒子的 轰击,一方面使得薄膜在沉积时产生更多的表面缺陷,从而以提供形核功的形式增大形核 率,提高致密度;同时通过改变偏压的大小,可以调节轰击基体粒 子的能量大小,得到不 同能量粒子的轰击,包括实现离子清洗的作用,在此过程中,薄膜的致密度会再一次提高, 但是膜层最表面会出现微小的反溅射现象,会使得薄膜沉积速率略微地下降。前言 脉冲偏压中有两个可以控制的参数频率和脉宽。频率是单位时间内在基体上施加的脉 冲偏压的次数,脉宽则是单次脉冲偏压作用在基体上的时间,它们的乘积定义为占空比, 是单位时间内脉冲偏压施加在基体上的时间与总时间的比值。通过控制这些参数,可以改 变沉积过程离子的离化率等,从而间接控制膜层的沉积、生长环境等,最终达到控制镀层 的微观组织结构的目的。 从上面的内容可以看出,系统研究磁控溅射沉积薄膜过程中的每个参数,以及这些参 数之间的互相关系,是很有价值和意义的,一方面能够加深对磁控溅射技术原理等的进一 步了解,有利于开发新的电参数与镀层组织结构之间的对应工艺,另一方面可以为将来磁 控溅射工艺和技术的改进提供理论依据。 .磁控溅射沉积硅薄膜与薄膜晶化 ..薄膜生长理论 薄膜的形核生长是及其复杂的,包含一系列动力学和热力学的过程,其中有:溅射原 子飞行到基体;从基体再蒸发;在基体、晶核生长表面和界面处互扩散、形核包括形成 各种不同体积、数量渐渐增多的亚稳晶核、临界晶核和稳定晶核及核长大的过程。薄膜 的形核生长是一个非平衡过程,但是如果溅射环境内温度足够高,沉积速率足够小,就可 以把它看成平衡过程。在这种条件下,飞行中的和基体上的粒子同时沉积和再蒸发,从而 接近平衡状态,基体上的晶核也可通过聚合和分解接近平衡状态。然而,在这种近似平衡 的状态下,薄膜生长地非常缓慢完全平衡时膜层不生长,实际情况中不会出现。当处 于一般的溅射环境的时候,经过气相沉积到基体上的原子会在基体上互相聚集并形核、长 大。形核和核长大的推动力来自于较低的固相自由能和较高的气相自由能之间的差值;气 相过饱和度越高,自由能的降低?“越明显。当过饱和度用/为气相压强,为平衡 气相压强来表示时,粒子凝聚的自由能降低可描述为/;然而晶核 的表面和 界面能却使得自由能升高,所以这两个因素的综合作用使得晶核的自由能先随着晶核的长 大而上升,到达峰值后又随着晶核的继续增大而下降。 由于溅射粒子的能量比蒸发粒子能量高个数量级,因此溅射粒子具有更大的运动 能力,使其能够在温度较低的衬底上生长出致密的薄膜,另一方面由于高能量的沉积粒子 在衬底和薄膜生长表面上能产生更多的缺陷,从而增加了形核点的数目,所以溅射沉积比 蒸发沉积的形核密度高,进而溅射沉积在膜厚较小的时候就可以形成连续的薄膜。 薄膜生长的过程直接影响着膜层的结构和最终性能。其生长过程大概可分为两个阶 段,即新相形核阶段及薄膜生长阶段。在薄膜生长的最初阶段,一些气态的粒子开始在基 体表面上凝聚,形成均匀细小,并且可以自由运功的原子团,这些原子团被称之为小岛。 随后这些比尺寸小于临界晶核的小岛合并新沉积过来的粒子逐渐长大,同时新的小岛形 成;其数目很快达到饱和。随后小岛通过互相凝聚而长大,同时在衬底表面上的其它空白 处又形成新岛。如此小岛形成与长大的过程不断重复,直到单个的小岛之间互相连接起来,西安理工大学硕士学位论 最后只剩下一些个别的空洞,最终被沉积过来的粒子填充。 薄膜生长过程可以三种类型所描述: 岛状生长模型:这一生长模型指被溅射出的物质粒子更倾向于自己相互之间键 合起来,因而避免与基体原子键合,即被沉积的物质与基体之间的浸润性较差。 层状生长模型:当被沉积物质与基体之间的浸润性较好时,沉积物质粒子更倾 向于同基体原子结合。此模式下,薄膜从形核阶段开始即保持二维扩展模式。并且,只要 在后面的过程中,沉积物质粒子间的结合倾向仍大于与基体原子结合外的倾向,薄膜的生 长将一直保持此层状生长方式。 混合生长模型:此模型介于在层状,岛状之间,即在最初的一两个原子层厚度 范围内的进行层状生长,随后的生长模式变成岛状模式。 三种生长模型如图.所示,从左到右依次为薄膜的岛状生长模型,层状生长模型, 混合生长模型: 图?薄膜生长的三种模式 .薄膜的生长过程及模式和最终得到膜层的结构与性能,在很大程度上取决于被沉积物 质原子间的互相作用,以及物质原子与基体之间的结合方式。所以,在微观尺度上分析薄 膜生长的过程,对研究薄膜生长的机理,制定沉积薄膜的工艺具有重要的价值。 ..薄膜的晶体结构 一般来说沉积得到的薄膜与相同材料块体的晶体结构是相同的,然而结晶取向和晶格 常数等一些参数存在不同,并且薄膜的缺陷密度较高?。 在薄膜的沉积过程中,当溅射粒子到达到基体表面,其排列决定着薄膜的结构具有两 种极限方式:一种是完全有序。即原子严格地周期性排列,具有各个方向的平移对称性。 并且周期型排列能扩展到整个膜层范围,这种结构就是理想的单晶结构。另一种是完全无 序,如果薄膜内原子的位置互不相关,完全无序;则就是理想分子气体所具有的完全无序 状态。然而在一般固体薄膜中,原子的排列不可能达到完全的无序状态,而是破坏了完全 有序结构的局部对称性,形成有缺陷、部分混乱的有序结构,即为短程有序、而长程无序 的晶体结构。非晶态薄膜的结构特征就是属于此种类型,这种结构也是一种热力学非平衡 态,或着可称之为某种亚稳态,其亚稳体系具有较高的能量,通过退火处理或其它作用, 可以释放结构中的能量从而将非晶态薄膜转化为晶态。在薄膜沉积过程中,如想获得单晶 或着非晶薄膜都必须严格地控制形核、生长的条件;如果控制不当,则就会得到多晶结构前言 的膜层。多晶薄膜的结构是由周期性排列的原子团和边界形成的较大晶粒组成的,由于其 晶粒尺寸比原子之间的距离要大几个数量级,所以它也属于长程有序范畴。 沉积硅薄膜等菲金属元素薄膜时容易获得非晶态的结构。这是由于利用一般的溅射设 备容易获得形成非晶态结构的沉积环境,即较大的过冷度和较低的原子能量。如果想提高 薄膜的晶化率和晶粒尺寸,必须在薄膜沉积时适当地提高基体温度,同时要降低沉积的速 率。低温溅射和高速沉积得到薄膜组织一般是多晶态的,这是因为随着沉积速率的增大, 临界形核半径与临界形核自由能均随之减小,因此,沉积速率的增大将会导致形核速率的 增大和形成细密的薄膜组织。此外,溅射温度越高,薄膜的临界晶核尺寸将会变大,形核 的临界自由能势垒也会随之增大。在低温溅射时,临界形核自由能会下降,所以形成的晶 核数将会增加,会导形成晶粒细小而连续的薄膜组织结构。所以如果要得到不同晶体结构 的薄膜,需要严格控制溅射镀膜的沉积环境和各种工艺参数。 ..非晶硅薄膜退火结晶 普通的高炉退火是指在加热炉内保持高真空或通入高纯氮气的保护,经行非晶硅薄膜 的退或再结晶,使其由非晶态转变为微晶或者多晶。这是利用非晶硅薄膜再结晶法制备晶 态硅薄膜的一种最直接、简单的方法,也是最早采用的一种晶化技术。但是此种方法无法 直接控制非晶硅薄膜的晶化程度和确定必须的晶化时间,只能凭经验经行操作。原位 退火是指在设备中安装实验用的加温炉,配以高纯度氮气保护,可以一边进行退火 晶化,一边经行扫描,从而能精确地确定各个溅射参数下沉积所得非晶硅薄膜需要 的退火晶化时间,并且能通过观察晶化峰来制备微晶硅结构的硅薄膜。 固相晶化过程主要由晶核的行程及晶核长大成两个过程。对于理想的晶化过程,晶粒 大小主要由晶核行程速率和晶粒生长速率两个因素决定矧。一般情况下有公式.所 示关系: ,. 兄/ 。 ’ 。 在退火过程中,晶粒的生长速率与退火温度的关系可用公式.来表示,其中 是常数,叠为晶核形成的激活能,是晶化每摩尔材料的自由能的变化。根据经典形 核理论,热激活形核速率也与温度有密切的关系,如公式.所示,其中为常数, 为常数,是形核激活能,?是行成临界晶核大小为所需的自由能。 七, 驴?一跚一铡 三, 以‰过一舄舛一等 总之,形核率和生长速率都受到温度的影响。因此利用非晶硅退 火时,晶粒尺寸受温 西安理工大学硕士学位论 度的影响最大。非晶硅再结晶的晶粒尺寸除了受温度影响外,与初始的非晶硅薄膜的微观 结构也有密切关系,目前对这方面的研究还没有明确的规律和结论。相关研究发现,利用 沉积非晶硅薄膜时,衬底温度越低、沉积速率越大,非晶硅薄膜的无序度就会越 高,利用该非晶硅薄膜经行晶化处理所得到的多晶硅薄膜的晶粒尺寸就会越大;初始非晶 硅薄膜厚度越大,晶化后的晶态薄膜的晶粒尺寸也就越大一,然而使其充分晶化所需的 时间就会越长。另外,其它一些措施也有助于获得大晶粒的优质晶化硅薄膜,如将 法生长的多晶硅薄膜进行离子注入处理,用认为的方法在多晶硅薄膜中形成一些发生应变 的结构无序的非晶态区域,减少原始成核中心,经过退火后,能够获得较大晶粒的晶化薄 膜材料。也可以采取所谓的“部分掺杂法”来实现增大晶粒尺寸,即在基体上沉积两层膜, 下层进行磷掺杂,作为成核层,上层不掺杂,作为晶体生长层,退后后也可以获得较大的 晶粒,并且发现,非掺杂层无序度越高,晶粒就越大。 .选题目的及实验内容 太阳能作为一种新兴优势能源,是目前全世界研究的热点。光伏产业的迅猛发展在带 来了可观的工作岗位同时也减少传统能源工业对环境的污染。作为一个大国,我国非常重 视太阳能技术的发展,能早一天提高我们的光伏电池核心制造技术,就能早一天打破外国 的技术垄断,摆脱关键技术靠进口的被动局面,从而节省大量的资金,也能进一步促进我 国新型能源技术的发展。 非晶硅薄膜因为制作工艺简单,生产成本低,成为目前光伏市场上的主导产品,但是 由于光致衰退效应和本身的低转换效率,目前的研究多集中于进行非晶硅薄膜的改性,对 非晶硅薄膜进行再结晶工艺,获得微晶硅硅薄膜,来改善太阳能电池的性能。但是非晶硅 薄膜的再结晶过程与所得微晶硅硅薄膜的结构和性能与沉积所得的非晶硅的初始晶态结 构是密切相关的,这两者直接的联系和变化规律还需要大量的研究工作来探索。 本课题旨在利用磁控溅射法沉积氢化非晶硅薄膜,研究在不同工 艺参数下所得到的非 晶硅薄膜的晶体结构及组织,然后通过原位快速退火进行非晶硅的晶化实验,得到 工艺参数对氢化非晶硅快速退火晶化过程的影响规律,为改善制备微晶硅硅薄膜技术提供 科学参考。具体研究内容如下: 硅薄膜磁控溅射沉积过程中的系等离子体探针分析;其中包括氢分 压,溅射功率及靶基距变化对离子密度,离子流通量的影响; 氢分压的变化对磁控溅射沉积氢化非晶硅薄膜的晶体结构和光学性能的影响;对 氢化非晶硅薄膜退火晶化的过程及退火后硅薄膜微观结构和性能的影响; 溅射功率和靶基距的变化对磁控溅射沉积氢化非晶硅薄膜的晶体结构和光学性能 的影响;对氢化非晶硅薄膜退火晶化的过程及退火后硅薄膜微观结构和性能的影响; 实验部分 实验部分 .实验材料及试样预处理 ..试样基材材料 本课题实验选用单晶硅片和玻璃片作为镀膜基材,其中以玻璃上 沉积的薄膜用来测试 透光率,进行】测试等;单晶硅片上沉积的薄膜用于制作样品,进行退火结晶等 用途。其中硅片采用型 单晶硅,单面抛光,厚度为.。 ..试样预处理 所有玻璃片和硅片都预先经行超声波清洗。一共清洗次,每次,其中用高纯度 丙酮清洗次,高纯度酒精清洗次,最后用去离子水清洗次然后等样品风干后,进行薄 膜制备工作。 .硅薄膜制备过程 本课题中的氢化非晶硅薄膜采用西安理工大学磁控溅射实验室的型闭合场非 平衡磁控溅射离子镀设备沉积。该设备技术自英国公司引进,由真空系统、自动控 制系统、电源系统及冷却系统等四部分构成。其中的真空系统采用三级抽真空结构,第一 级使用机械泵在大气压下进行粗抽,第二级使用罗茨泵进一步进行真空抽取,最后由连接 到溅射室的高分子泵进行抽取,以获得高真空溅射镀膜环境。经过前面介绍的抽取真空过 程,溅射室的真空极限可以到达。。 电源系统由两部分组成,第一部分为两台功率为的直流电源,为四个磁控管提 供溅射电流;另一部分为一台功率的脉冲偏压电源,其作用是为基体加上脉冲偏压。 冷却系统为循环水冷,水路流经溅射室内的个磁控管和分子泵,为其进行冷却。溅射室 的尺寸为直径,高度,四块进行安装靶材的磁控管需求的靶材尺寸为 。作为沉积镀膜基体的玻璃片和硅片安装在处于溅射室中央的工作架上, 保持基体表面与靶材表面平行,基体正对于靶材的中心区域,镀膜过程中保持静止。设备 使用全自动控制系统,只要将镀膜工艺各个环节的参数输入计算机内,就可以进行自动镀 膜。相对于手动操作控制,全自动系统大大提高了溅射环节的精确性,使得最终获取的薄 膜与 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 目的所要求的偏差小,基本能排出手动操作的失误导致试验材料的浪费和设备的 损伤。 图?为本次试验所采用磁控溅射设备溅射室的示意图。从图中可以看出,炉 壁上的四块磁控管是以相邻磁极极性相反的方式安装的。在如此排列的磁控管下,会在溅 射室内制造出闭合的磁力线,这些磁力线将工件价环绕,从而使氩气原子被电离出的电子 无法逃逸,从而极大的加强了溅射室内的等离子密度。在镀膜过程中,磁控管上保持负高西安理工大学硕士学位论 图?非平衡磁控溅射装置示意图 .电位作为相对