原子层沉积azo薄膜及晶硅表面钝化研究

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1、辽宁工业大学硕士学位论文原子层沉积AZO薄膜及晶硅表面钝化研究专业:材料物理与化学研究生:冯嘉恒指导教师:唐立丹副教授辽宁工业大学材料科学与工程学院二〇一五年三月MasterThesisStudyonAZOThinFilmsFabricatedbyAtomicLayerDepositionandSurfacePassivationonCrystallineSiliconSpeciality:MaterialsPhysicsandChemistryCandidate:FENGJia-hengSupervisor:

2、AssociateProfessorTANGLi-danLiaoningUniversityofTechnologyJinzhou,121001,ChinaMarch2015摘要AZO薄膜是在ZnO中掺入Ⅲ族元素Al后而形成的，该薄膜不仅具有较高的载流子浓度和低电阻率，而且具有较好的光透过性，是一种优秀的透明导电薄膜。AZO薄膜成本低廉、接近氧化铟锡薄膜的电阻率，是目前最有可能替代ITO薄膜，在发光二极管、薄膜晶体管、太阳能电池等领域展示了良好发展前景。本文采用原子层沉积技术在石英基体上制备AZO薄膜，利用椭圆

3、偏振仪、原子力显微镜、X射线衍射仪、Raman光谱仪、紫外可见分光光度计、PL光谱、X射线光电子能谱仪、Hall效应测试仪系统地对样品的生长速率、表面形貌、晶体结构、薄膜成分、光学与电学性能进行了表征和分析，并利用AZO钝化晶硅表面并研究其钝化机理。研究不同铝锌循环比例对AZO薄膜性能的影响表明，随着铝锌循环比例增加，纤锌矿结构的AZO薄膜的（002）晶面生长受到抑制，晶粒尺寸减小，薄膜内晶界与缺陷增多；电阻率先降低后升高，铝锌循环比例为1:19，电阻率最低，所有AZO薄膜可见光透射率大于80%，紫外吸收边出现

4、蓝移现象，光学禁带宽度提高。研究不同沉积温度对AZO薄膜性能的影响表明，沉积温度升高，纤锌矿结构的AZO（100）晶面生长受到抑制，促进了（002）晶面生长，表现出明显c轴取向；晶体质量先提高后降低，当沉积温度为150℃时，薄膜的晶体质量最佳，缺陷浓度最低，电阻率-4最低，为4.61×10Ω•cm；AZO薄膜的可见光透射率均大于80%，紫外吸收边出现蓝移。AZO薄膜钝化p型晶硅表面性能的研究表明，AZO钝化p型晶硅，少子寿命由钝化前的4.27μs提升至钝化后的49.97μs，少子寿命提升近11倍，表面复合速率由

5、钝化前3Seff≦5.3×10cm/s，降低为Seff≦500cm/s，表面复合速率降低了一个数量级，说明AZO薄膜具有良好的晶硅钝化效果，该种钝化机制属于化学钝化。关键词：铝参杂氧化锌;原子层沉积;低温生长;晶态薄膜；太阳能电池钝化IAbstractAZOfilmthatzincoxidedopedwithaluminumelementsisanexcellenttransparentconductingfilmsbecauseofhighcarrierconcentration,goodtransmitta

6、nce,lowresistivityclosetotheindiumtinoxidethinfilmsandlowcost.ItisthemostpromisingalternativetoITOfilmtoapplyonthesefieldsuchaslightemittingdiodes,transistors,solarcellsandsoon.InthispaperAl-dopedzincoxide(AZO)filmswerepreparedonquartzsubstratesbyusingatomic

7、layerdeposition.Thegrowthrate,surfacemorphology,structure,compositionandelectricpropertieswerestudiedbyusingspectroscopicellipsometer,atomicforcemicroscopy,X-raydiffraction,Ramanspectroscopy,UV-visiblespectrophotometer,PLspectroscopy,X-rayphotoelectronspectr

8、oscopyandHallmeasurement.AZOthinfilmswereusedtosurfacepassivateofcrystallinesiliconandthemechanismofsurfacepassivatewasdiscussed.TheeffectofvariousratioofaluminumandzinconAZOthinfilmswerestudied