Статья поступила в редакцию 30.09.15. Ред. per. № 2362
The article has entered in publishing office 30.09.15. Ed. reg. No. 2362
УДК 538.975
ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРА КРИСТАЛЛИЧНОСТИ ДЛЯ ПЛЁНОК mc-Si, ПОЛУЧЕННЫХ
МЕТОДОМ PECVD, С ПОМОЩЬЮ РАМАНОВСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИ
1 2 2 3
В.Л. Кошевой , А. О. Белорус , B.C. Левицкий '
'Национальный минерально-сырьевой университет «Горный» РФ 199106, Санкт-Петербург, Васильевский остров, 21 линия, д. 2 тел.: +7 (812) 328-82-01 2Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» РФ 194064, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 28 тел.: +7(812) 240-44-68 3НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике при ФТИ имени А.Ф. Иоффе РФ 197376, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, 5 тел.: +7 (812) 346-44-87; e-mail: k2446@yandex.ru
doi: 10.15518/isjaee. 2015.19.016
Заключение совета рецензентов: 09.10.15 Заключение совета экспертов: 16.10.15 Принято к публикации: 23.10.15
Исследованные образцы были получены методом плазмохимического осаждения (ПХО) на установке KAI-1-1200, предназначенной для формирования фотоактивных слоев аморфного и микрокристаллического кремния. Оптимальный средний параметр кристалличности для пленок mc-Si составляет 52 %.
Для пленки mc-Si была построена карта распределения параметра кристалличности по поверхности пленки. Измерения рамановских спектров производились в разных точках, расположенных равномерно по всему периметру пленки.
Важным фактором при получении пленок является равномерное их нанесение на подложку. Поскольку установка KAI-1-1200 имеет ряд особенностей, которые мешают равномерному нанесению, данная карта распределения помогает учесть эти особенности и в дальнейшем устранить их или подобрать оптимальные параметры роста, которые будут компенсировать неравномерность распределения пленки.
Ключевые слова: солнечная энергетика, микрокристаллический кремний, плазмохимическое осаждение, параметр кристалличности, рамановская спектроскопия.
STUDY OF CRYSTALLINITY PARAMETER DISTRIBUTION FOR mc-Si FILMS, OBTAINED BY PECVD, BY USING RAMAN SPECTROSCOPY
1 2 2 3
V.L. Koshevoi, A.O. Belorus , V.S. Levitskiy '
'National Mineral Resource University "Mining University" 2 Vasilevsky ostrov, 21 line, St. Petersburg, 199106 Russian Federation ph.: +7 (812) 328-82-01 2 Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI" 5th Prof. Popova st., Saint-Petersburg, 197376 Russian Federation 3TF TE Ioffe R&D Center ph.: +7(812) 240-44-68 28 Politehnicheskaya st., Saint-Petersburg, 194064 Russian Federation ph.: +7 (812) 346-44-87, e-mail: k2446@yandex.ru
doi: 10.15518/isjaee. 2015.19.016
Referred 9 October 2015 Received in revised form 16 October 2015 Accepted 23 October 2015
The article investigates the samples, obtained by Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition (PECVD) on the KAI-1-1200 installation for forming the photoactive layers of amorphous and microcrystalline silicon. Optimal average crystallinity parameter for mc-Si film is 52%.
The authors of this article made a map of the crystallinity parameter distribution of the film surface for mc-Si film and took the measurements of Raman spectra at different points located evenly around the perimeter of the film.
An important factor in the studying films is their uniform deposition on the substrate. As the KAI-1-1200 installation has several features which prevent the uniform deposition of films this distribution map helps to take account of these factors in order to eliminate them or find the optimal parameters of growth that will compensate for the uneven distribution of the film.
Keywords: solar energy, microcrystalline silicon, plasma chemical deposition parameter crystallinity, Raman spectroscopy.
Кошевой Вениамин Леонович Veniamin L. Koshevoi
Сведения об авторе: аспирант, инженер, Национальный минерально-сырьевой университет «ГОРНЫЙ».
Образование: Национальный минерально-сырьевой университет «ГОРНЫЙ».
Область научных интересов: пористые полупроводники.
Публикации: 11.
Information about the author:
postgraduate, engineer, National Mineral Resources University (MINING University).
Education: National Mineral Resources University (MINING University).
Research area: porous semiconductors.
Publications: 11.
- G -'м1
> «Г
Белорус Антон Орестович Anton O. Belorus
Сведения об авторе: аспирант, инженер, Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. Ульянова (Ленина).
Образование: Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. Ульянова (Ленина).
Область научных интересов: пористый кремний для применения в биомедицине.
Публикации: 15.
Information about the author:
postgraduate, engineer, Saint Petersburg Electrotechnical University "LEU".
Education: Saint Petersburg Electro-technical University "LETI".
Research area: porous silicon for biomedicine application. Publications: 15.
с о
Левицкий Владимир Сергеевич Vladimir S. Levitskiy
Сведения об авторе: инженер, Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. Ульянова (Ленина).
Образование: Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. Ульянова (Ленина).
Область научных интересов: физика полупроводников.
Публикации: 12.
Information about the author:
postgraduate, engineer, Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI".
Education: Saint Petersburg Electro-technical University "LETI".
Research area: semiconductor physics.
Publications: 12.
-О
N
Введение
В основе метода рамановской спектроскопии лежит процесс рассеяния фотонов на атомах исследуемого вещества. Рассеяние можно разделить на два типа: релеевское и рамановское. Первое - это тип упругого рассеяния, при котором длинна волны и чистота излучения, падающего на образец, соответ-
ствует длине волны и частоте рассеянного излучения; второе - это неупругое рассеяние, при котором длина волны рассеянного излучения имеет отличное от первоначального значение [1]. Спектр рассеянного света содержит дополнительные линии, симметрично расположенные в низкочастотной и высокочастотной области спектра около линий возбуждения (стоксовская (8) и антистоксовская (Л8) компоненты
рассеяния) [2]. Таким образом, часть энергии падающего излучения тратится на возбуждение колебаний молекул исследуемого вещества, следовательно, частота рассеянного света меньше частоты падающего (стоксов процесс). В противоположном случае энергия отбирается у колебаний кристаллической решетки (антистоксов процесс), и частота рассеянного света больше частоты падающего [1-3]. Спектры комбинационного рассеяния света (КРС) очень чувствительны к природе химических связей как в органических молекулах и полимерных материалах, так и в неорганических кристаллических решетках и кластерах. По этой причине каждое вещество, каждый материал обладает своим собственным индивидуальным спектром КРС, который является для него аналогом «отпечатков пальцев». [4].
Экспериментальная часть
Спектры КРС регистрировались в геометрии обратного рассеяния при комнатной температуре на спектрометре ЬаЪЯаш Н11800, совмещенном с конфокальным микроскопом (производство фирмы .ТоЫп-Ууоп НопЪа). В качестве источников возбуждения использовалась вторая гармоника №:УАв-лазера (длина волны излучения 532 нм). Лазерный луч фокусировался в пятно диаметром ~1-2 мкм на поверхности образца. Типичная плотность мощности не превышала 5 КВт/см2, чтобы избежать влияния лазерного воздействия на структуру исследуемых объектов.
На рисунке 1 представлена методика проведения эксперимента.
Рис. 1. Лазерный луч возбуждает образец (1); луч рассеивается во всех направлениях (2); частично свет падает на детектор, который регистрирует спектр (3); получаемый спектр исследуемого образца (4) Fig. 1. A laser beam excites the sample (1); the beam is scattered in all directions (2); part of the light falls on the detector which detects the spectrum (3); the resulting spectrum of the sample (4)
Глубина проникновения света в геометрии обратного рассеяния определяется выражением 1/2 а, где а является коэффициентом поглощения для измеряемого материала (например, цС-81 слой кремния, 514 нм длинна волны лазера: а~ 3...4-104). Это означает, что для шс-81 слоя только верхние слои ~ 150 нм подходят для измерения параметра кристалличности. При измерении на глубине больше, чем значения 1/2а, качество полученных спектров будет ухудшаться экспоненциально. Для лазеров с длинной волны 633 нм (красный) параметр составляет ЯСБ ~ 500 нм [5].
Исследованные образцы были получены методом плазмохимического осаждения (ПХО) на установке КА1-1-1200, предназначенной для формирования фотоактивных слоев аморфного и микрокристаллического кремния [6].
Для определения равномерности нанесения пленок был использован параметр кристалличности,
который характеризует равномерность распределения кристаллитов в образце. Для того чтобы рассчитать этот параметр, необходимо произвести де-конволюцию спектра на 3 гауссовы полосы. Полосу с положением максимума 480 см-1 связывают с областью дисперсии поперечных оптических колебаний аморфного кремния, полосу с положением максимума в диапазоне от 505 до 515 см-1 - с колебаниями мелких нано- и микрокристаллов кремния, а полосу с положением максимума в диапазоне от 514 до 520 см-1 - с колебаниями крупных микрокристаллов кремния. Полученные данные, такие как: положение максимума, ширина на полувысоте, интенсивность и интегральная площадь описываемой кривой - принято приписывать различным особенностям колебаний фононов исследуемого материала, отражающим его физические свойства.
Анализ экспериментальных данных
В данном эксперименте была получена серия образцов шс-8т В процессе роста для каждой плёнки устанавливалось различное значение мощности раз-
ряда в реакционной камере. Значения температуры подложки, давление в камере и поток моносилана оставались постоянными для каждой плёнки.
На рисунке 2 представлен график зависимости параметра кристалличности от мощности разряда в плазме.
м, о Ü ч.
- С -
Рис. 2. Графи
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.