不同激发频率下容性耦合等离子体的实验诊断及晶硅表面制绒研究

【摘要】光伏产业的发展伴随着太阳能电池片效率的进一步提升。多晶硅片在做成电池片之前往往要经过表面制绒的步骤，以降低太阳光线在表面的反射，提高电子与空穴的产生。但传统的湿法制绒工艺因水资源的消耗和对环境造成污染等原因在应用方面受到环评限制，因此，一种基于强电负性的氟基等离子体干法制绒工艺进入了人们的视野。目前，氟基等离子体特性以及对晶硅表面制绒工艺过程仍需要人们做进一步的加深理解。本文重点对不同实验条件下由三种激发频率激发产生的容性耦合等离子体特性的及其对单晶硅表面制绒的影响进行了详细的研究。在射频容性耦合等离子体中，极板表面所产生的负偏压将会对晶硅表面提供足够的离子轰击能量，显然，了解晶硅表面制绒过程中电极板表面的负偏压随放电条件的演变是必要的。为此，我们测量了不同激发频率下容性耦合等离子体中功率电极表面负偏压随实验条件的变化情况。测量结果表明：对于三种不同驱动频率产生的容性耦合等离子体，驱动频率越高，极板负偏压越低。在同一驱动频率条件下，随着输入功率的升高，极板偏压呈现出线性增加的趋势；而放电气压的升高导致了极板负偏压的降低；SF6/O2不同的气体流量比对极板的偏压也有明显的影响，且射频源驱动频率较高时，极板负偏压受到的影响较明显。在SF6/O2的混合气体中，随着O2相对含量的升高，极板的负偏压在明显的升高。在电负性容性耦合等离子体中，负离子的存在增加了朗缪尔探针测量的难度。为此，我们在本次实验中利用自行建立的悬浮型微波共振探针对容性耦合等离子体的电子密度进行了测量。测量结果表明：随着输入功率的升高，等离子体电子密度近似呈现出几何线性增加的趋势；而随着放电气压的升高，电子密度则显现出明显的下降的趋势。另外，我们还采用了等离子体发射光谱技术对单频容性耦合等离子体中的F基团和O基团的光谱强度进行了测量，结果表明：对于三种不同驱动频率产生的等离子体，40.68MHz射频源产生的等离子体对应的F和O的谱线强度最强，F/O谱线的相对强度IF/IO的比值最大，27.12MHz产生等离子体中F/O谱线强度以及对应相对谱线强度IF/IO次之，而13.56MHz产生等离子体中F/O谱线强度最弱以及对应相对谱线强度IF/IO比值最小。在晶硅表面干法制绒方面，我们利用不同驱动频率的射频源对单晶硅表面进行了制绒研究，主要研究了不同实验参量（放电气压、输入功率、时间与气体流量比）对单晶硅表面制绒的影响。实验结果表明：三种驱动频率射频源产生的等离子体都可以进行单晶硅表面的干法制绒。但是利用27.12MHz射频源得到的300nm左右的绒面结构对应表面反射率最低，其平均反射率在4%左右；40.68MHz射频源得到的绒面结构在120nm左右，其对应的反射率较高，在6%以上。而13.56MHz的射频源得到的绒面结构在80nm以下，对应的反射率则远远地超过了10%。通过比较等离子体电学参量的测量结果与对应刻蚀产生绒面结果的SEM图，解释了等离子体电学参量对晶硅表面绒面形成的影响。
【作者】徐东升；
【导师】辛煜；
【作者基本信息】苏州大学，凝聚态物理，2014，硕士
【关键词】容性耦合等离子体；晶硅制绒；反射率；

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