不同氧化剂下ALD沉积氧化铝性能差异-许佳辉

不同氧化剂下 ALD沉积 Al2O3性能差异研究 报告人：许佳辉 单位：华东理工大学 目录 课题背景 实验研究 实验结果 分析讨论 课题背景 表面悬挂 键 复合中心 载流子复 合 漏电流增 加 少子寿命 下降 开路电压 下降 课题背景 减少表面复合 减少复合中心 化学钝化 这一方法的实现通常是使用表面介电层的覆盖 或者含氢的化学物来填补表面悬挂键 面悬挂键 被钝化的程度 减小复合速率 场效应钝化 在硅表面创建一个电场，减少一种载流子在表面的可用性来降低表面复合速率 n-Si 课题背景 事实上，由于 Al2O3突出的 表面钝化 效果 ， 很多高转换率 的硅电池 都采用了 Al2O3钝化层。 例如，具有 23.9％转换效率的 n-PERL太阳电池 就采用了 Al2O3 作为 钝化层 ； 在 25.7%的 TOPCon电池 中 使用 Al2O3对 p型硅进行钝化。 课题背景 原子层沉积 （ ALD， Atomic Layer Deposition） 是一种新兴的半导体 薄膜制备技术 。原子 层沉积技术 利用两种或多种前驱体在基底界 面上完成 交替 反应来实现单原子 层 生长。每个 原子层沉积循环由 两个自限制型的半反应 构成。 TMA 课题背景 典型 H2O和 TMA基 ALD工艺沉积氧化铝示意图 课题背景 H2O-Al2O3薄膜的反应方程式如下： 𝑆𝑖𝑂𝐻∗ +Al(𝐶𝐻3)3→ 𝑆𝑖𝑂𝐴𝑙(𝐶𝐻3)2∗ +𝐶𝐻4 AlCH3∗ +𝐻2𝑂 → 𝐴𝑙(𝑂𝐻)∗ +𝐶𝐻4 O3- Al2O3薄膜的反应方程式如下： 𝑆𝑖𝑂𝐻∗ +Al(𝐶𝐻3)3→ 𝑆𝑖𝑂𝐴𝑙(𝐶𝐻3)2∗ +𝐶𝐻4 2𝐴𝑙(𝐶𝐻3)∗ +2𝑂3 → 2𝐴𝑙(𝑂𝐻)∗ +𝐶2𝐻4 +2𝑂2 实验研究 厚度检测、折射率 钝化性能 实验样品 氧源前驱体 超纯水 臭氧 沉积的 Al2O3薄膜厚度和折射率由全光谱椭偏仪（ J. A. Woollam,M- 2000XI）进行测试分析。 薄膜结构分析采用 X射线光电子能谱（ XPS）进行表征， 薄膜中元素含量的变化则采用飞行时间 -二次离子质谱（ TOF-MS） 进行表征。 Al2O3薄膜的钝化效果由 Sinton WCT-120少子寿命测试仪来进行表征； 界面缺陷态密度和固定负电荷则由 SEMILAB PV-2000系统测试得到。 实验结果 图 1 H2O基及 O3基 Al2O3薄膜厚度与循环数关系图 GPC（ water） : 1.20 Å/cycle GPC（ O3 ） : 0.90 Å/cycle 实验结果 图 2 632.8 nm下 O3基与 H2O基 Al2O3薄膜折射率 n（ water） : 1.646 n（ O3 ） : 1.608 实验结果 图 3 20 nm沉积态与退火态 Al2O3薄膜的 XPS能谱 实验结果 图 4 不同退火温度下 H2O基及 O3基 Al2O3薄膜钝化的硅片少子寿命 图 5 不同退火温度下 H2O基及 O3基 Al2O3薄膜的界面缺陷态 密度及固定负电荷 实 验 结 果 图 6 不同 ALD工艺沉积 Al2O3薄膜元素含量分析 水基工艺 H含量略高； 臭氧工艺 C杂质含量较高 1、 H2O-ALD工艺沉积的 Al2O3薄膜每循环生长速率更 快 ； 2、 O3-Al2O3薄膜中 C含量更高和 H含量略 低 ； 3、 O3基和 H2O基 Al2O3薄膜分别经过 420oC和 400oC的中等温度退火处理 后，化学钝化效果和场效应钝化效果都有了 显著提升 ； 4、 而在高温烧结后， O3-Al2O3薄膜显示出了更佳的 热稳定性 分析讨论 谢谢观看