大気圧水素プラズマのみによるシリコン薄膜の形成

仅使用大气压氢等离子体形成硅薄膜

• 批准号: 16760256
• 负责人: 大参 宏昌
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16760256/
• 关键词: 大気圧水素プラズマ; シリコン薄膜; 大気圧水素プラズマ; シリコン薄膜

200Torr〜760Torrの圧力範囲で大気圧水素プラズマを安定して発生させるための水冷型電極を開発し、それを用いて、約30cm2の面積で、面内一様な大気圧水素プラズマを発生させることに成功した。大気圧水素プラズマからの発光を分光計測した結果、一般的な低圧プラズマで観察される原子状水素からの発光(H_α、H_β、H_γ)は非常に弱く、水素分子の電子遷移に起因する発光が200nm〜400nmにかけて非常に強く観察された。冷却電極側に原料Siを、基板ヒーター側に基板を設置し、成膜速度の基板温度依存性、プロセス雰囲気圧力依存性、電力依存性を調査した。その結果、原料Siの温度120℃、基板温度400℃、雰囲気圧力400Torrにおいて約300nm/minの成膜速度が得られた。成膜速度の投入電力依存性は、投入電力の増加と共にほぼ線形に成膜速度の増加が観察された。得られたSi膜は、SEM(走査型電子顕微鏡)およびRED(反射電子線回折)による観察の結果、多結晶Siであることが分かった。また得られた多結晶Siのそれぞれの結晶粒は、基板に垂直に柱状成長していることが分かり、膜厚3μmの時、粒径2μmになることが明らかとなった。さらにXRD(X線回折)の結果から、低温ほど(400)配向する傾向が有ることが判明した。最後に、あらかじめB及びSbがドーピングされたシリコン原料を用いて薄膜を形成することにより、薄膜の導電性制御を行った。その結果、本手法によりドーピングガスを用いずとも、Si薄膜の導電性制御が可能であることが明らかとなった。そこで本手法を用いて作製したpn薄膜ダイオードの電流電圧特性を評価したところ、整流作用が得られ、ダイオードの理想因子はn=1.34であった。

我们开发了一种水冷电极，用于在200至760托尔的压力范围内稳定产生大气氢等离子体，并使用该电极成功地在大约30 cm2的表面积上成功地产生了均匀的大气氢等离子体。通过光谱测量了大气氢等离子体的发射，并且在典型的低压血浆中观察到的原子氢（H_α，H_β，H_γ）的发射非常弱，并且由200 nm至400 nm的氢分子的电子过渡引起的发射非常强。将原材料SI放置在冷却电极侧和基板加热器侧，并将基板放置在基板加热器侧，并研究了基板的底物，以依赖底物温度，过程大气的压力依赖性以及膜形成速度的功率依赖性。结果，在原材料SI的温度，120°C的底物温度，400°C的底物温度和400 TORR的大气压下，获得了约300 nm/min的膜形成速率。膜沉积速率取决于输入功率，并且随着输入功率的增加，膜沉积速率几乎线性增加。由于SEM（扫描电子显微镜）和红色（散射电子衍射）观察，发现获得的Si膜是多晶Si。还发现，以圆柱形式生长的每个获得的多晶Si的晶粒垂直于底物，并且当膜厚度为3μm时，晶粒尺寸将变为2μm。此外，XRD（X射线衍射）结果表明，在较低温度下发生方向存在趋势（400）。最后，薄膜是使用事先用B和SB掺杂的硅原材料形成的，以控制薄膜的电导率。结果，已经揭示了目前的技术可以在不使用掺杂气的情况下控制Si薄膜的电导率。因此，当评估使用该方法制造的Pn薄膜二极管的电流 - 电压特性时，发现获得了整流效果，并且该二极管的理想因素n = 1.34。