等离子体辅助晶化多晶硅及其应用研究

固相晶化（SPC）形成的多晶硅薄膜（poly-Si）具有迁移率高、稳定性好、晶粒分布均匀性好、工艺重复性高等特色，在薄膜太阳电池以及AMOLED显示领域具有很强应用前景，新近成为研究热点。但常规SPC工艺需要长时间高温过程（>600℃），且形成材料缺陷态多，使其成为实际应用的门槛。本课题提出一种新型的等离子体辅助固相晶化机理的研究，使硅膜晶化时间缩短的同时，同步实现钝化，一步解决SPC的两大难点。拟通过OES的实时分时、空以及不同阶段的中间反应产物原子键合组态、组分及微结构随等离子体成分、能量、密度及其空间分布的关系，建立等离子体诱导作用与材料晶化与特性之间的相图，并研究等离子体基团在晶化中的作用及其同步促进晶化与钝化的动力学过程，以获得能够快速形成器件质量级poly-Si的优化工艺，探索其在TFT和光伏器件中的应用。为推向多晶硅薄膜的实用化奠定基础。

固相晶化（Solid Phase Crystallization (SPC)）形成的多晶硅薄膜（poly-Si）具有稳定性好、晶粒分布均匀性好、工艺简单等特色，在薄膜太阳电池以及AMOLED显示领域具有很好的应用前景，成为研究热点。但常规SPC工艺需要长时间高温过程（>600℃，24小时甚至更长），且形成材料缺陷态多，使其成为实际应用的门槛。本课题提出一种新型的等离子体辅助固相晶化技术，使硅膜晶化时间缩短的同时，同步实现缺陷态钝化，以简单的工艺一步解决SPC的两大难题。采用OES(optical emitting spectrum)实时分时测试、研究了这种新型晶化技术的物理机制，明确了氢等离子体在固相晶化过程中的作用方式和新的晶化动力学过程，进而通过研究晶化条件对晶化效果的影响，建立了各种晶化条件与晶化效果参数之间的多维相关相图，确定了相对优化的工艺条件，得到的多晶硅薄膜晶化率接近100%，霍耳迁移率为13.8 cm2/V.s，在81cm2面积上的不均匀性小于±5%。同时晶化时间仅为8小时（650℃）或12小时（600℃），比传统固相晶化所需的24小时甚至更长的晶化时间缩短了约一半。在此基础上，将氢等离子体运用到激光晶化和金属诱导晶化中。也同样提高了多晶硅材料的性能并缩短了金属诱导晶化的晶化时间。从而扩展了氢等离子体辅助晶化的应用范围。进而将氢等离子体辅助固相晶化多晶硅材料应用于薄膜晶体管和太阳电池中。TFT的阈值电压为13V，场效应迁移率为22.5 cm2/V.s。多晶硅薄膜太阳电池的效率为1.3%。证明了我们这种新型晶化技术在实际器件中的应用性和工艺兼容性，加快了其实用化进程。相信随着后续基金的支持和其他条件的完善，所制备的器件性能应会进一步提高。