各種方法的優缺點比較
各種方法都有其有缺點:從大的方面講,直接PECVD法對樣品表面有損傷,會增加表面少子的複合,但是也正是由於其對表面的轟擊作用,可以去除表面的一些自然氧化層,使得表面的雜質原子得到抑制,另外直接法可以使得氫原子或氫離子更深入地進入到多晶矽晶界中,使得晶界鈍化更充分。
使用不同頻率的PECVD系統,也各有一定的優缺點:
(1)頻率越高均勻面積越小,越難於達到大面積均勻性。
(2)頻率越低對矽片表面的損傷越嚴重。
(3)頻率越低離子進入矽片越深,越有利於多晶矽晶界的鈍化。
我們將不同頻率的PECVD方法在電路控制難度的比較列於表1中。
表1 各種頻率的PECVD技術的電路控制難度
各種不同的技術的沉積特性的比較列於表2
表2 各種PECVD方法的沉積特性比較
沉積薄膜的均勻性是一項很重要的指標,目前市場上太陽電池標準訂的越來越高,儘管有些色差片的效率很高,也只能按照B級片處理。各種設備的標稱均勻性列於表3。
表3 各種PECVD法的均勻性比較
沉積的均勻性與電極和腔室的設計很有關係。管式PECVD系統由於其石墨舟中間鏤空,因此利用了矽片作為電極的一部分,因此輝光放電的特性就與矽片表面的特性有了一定的關係,比如矽片表面織構化所生成的金子塔尖端的狀態就對等離子體放電產生影響,而目前矽片的電導率的不同也影響到等離子場的均勻性。另外管式PECVD的氣流是從石英管一端引入,這樣也會造成工藝氣體分布的不均勻。
板式PECVD系統使用了襯底板作為電極,而且採用勻氣的Shower系統,但是由於襯底板在長期加熱後會有稍微的翹曲,從而造成平行板電極間距的不一致,也會造成片間不均勻。另外,等離子體直接法在大面積沉積時會造成由於高頻波長所帶來的附加的不均勻性。
各種方法製備的薄膜的質量也略有不同,原則上講,由於直接法中的等離子體直接作用於矽片表面,因此均勻性要好一些,而間接法等離子體是離子離化後形成SiNx擴散到矽片表面的,薄膜的質量較為酥鬆,而磁控濺射由於其工作方式的原因,薄膜最為酥鬆。對於緻密的薄膜,其鈍化特性和減反射特性都要優越得多。幾種PECVD技術的薄膜質量的比較列於表4中。
表4 各種PECVD技術製備的薄膜質量
當然,這種比較也是在某些特定的沉積條件下的一般性的比較,改變沉積條件可以改變薄膜的特性。
結論
目前,產業化的SiNx鍍膜技術還在不斷的發展,每一種技術都有其特性點,也都有其不足。太陽電池向著新型特種結構和工藝的方向發展,對氮化矽膜提出了一些新的要求。
例如,有一種新型太陽電池要求雙面鍍膜,正面鍍氮化矽,背面鍍二氧化矽和氮化矽,這種情況下,靈活的微波間接法就有較大的優勢。另一些技術要求在製備出氮化矽薄膜後還進行溼法光化學金屬鍍膜工藝,這對氮化矽膜的密度和質量要求高了很多,因此,直接法特別是管式直接法就有了很大的優勢。
總之,各種方法必須適應這些新的要求,才能更好的發展下去。