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文档简介

氢化非晶硅薄膜制备及其椭圆偏振光谱测试分析本文利用椭圆偏振光谱仪(430nm~850nm)，简称椭偏仪，测量了射频磁控溅射法制备的不同气压下的a-Si:H薄膜的厚度、折射率和消光系数，考虑到薄膜上表面的粗糙度，建立了双层光学模型，采用非线性回归计算方法，并与测量数据开展拟合，得到了较好的实验结果。最后，根据吸收系数和消光系数的关系，获得了薄膜的吸收谱图，测算了a-Si:H薄膜的光学带隙。

1、实验

本文利用***慧宇公司生产的SY-500射频溅射系统制备了a-Si:H薄膜。衬底分别为n型Si片(面积l×l.5cm2、电阻率2~8Ω·cm、取向(100))和普通玻璃片，衬底在使用前经过严格清洗：在标准洗液(硫酸的高锰酸钾饱和溶液)中浸泡24h;然后，依次用甲苯、丙酮和乙醇分别超声清洗15min，其间用去离子水反复冲洗;最后，将清洗干净的衬底放在分析纯的乙醇中避光保存，待用。选用纯度为99.999%的Si靶，工作气体为Ar和H2的混合气体，H2所占比例为20%，射频溅射功率为340W，本底真空抽至小于8.0×10-5Pa，衬底温度为280℃，镀膜时间为90min。实验中，改变工作气压为0.1、0.3、0.4Pa，研究工作气压对a-Si:H薄膜光学参数的影响。

利用法国HORIBA公司生产的MM-16椭圆偏振光谱仪采用反射法测量了薄膜的厚度、折射率和消光系数，测量时光的入射角是70°，光子能量为1.5eV～2.9eV(扫描波长范围：430nm~850nm)，扫描能量间隔是0.02eV，根据测量结果获得薄膜的吸收光谱，并利用Tauc公式测算了a-Si:H薄膜的光学带隙。

3、结论

本文采用射频磁控溅射法制备了a-Si:H薄膜，通过椭圆偏振光谱对不同气压下薄膜的厚度、折射率和消光系数开展了测试和研究。薄膜采用双层光学模型，利用Forouhi-Bloomer模型开展拟合，拟合过程中采用Levenberg-Marquadt算法的非线性回归计算方法，实验值与理论计算值拟合效果较好。研究发现，随着工作气压增加，薄膜厚度增加，沉积速率升高。随工作气压增加，薄膜的折射率降低，变化范围为3.5~4.1;相同工作气压时，折射率随入射光波长增加先略微增加而后下降。消光系数k随入射光波长增加呈下降趋势;随工作气压的增大消光系数大体呈现增加的趋势。另外，根据吸收系数与消光系数的关系，获得了薄膜的吸收谱，测算出不同工作气压下a-Si:H薄膜的光学带隙为1.63eV~1.77eV。本

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