本文采用VHF-PECVD 技術制備了系列硅薄膜，通過橢圓偏振技術及拉曼測試手段研究了襯底表面預處理時間對微晶硅薄膜的微結構及其生長的影響。實驗結果表明：隨襯底預處理時間（0~10 min）的延長，薄膜的晶化率從14%提高到44%；薄膜表面的硅團簇尺寸減小，在襯底預處理10 min 時，薄膜表面的粗糙度較小。在襯底未預處理與預處理10 min 時，在相同的沉積參數下，沉積兩系列不同生長階段硅薄膜的生長指數接近。原因是H 等離子體預處理使襯底表面的原子氫增多，有利于成膜先驅物在襯底表面的遷移，影響薄膜的初期成核，使薄膜易于晶化。

　　微晶硅薄膜由于其優良的光電特性，在薄膜晶體管和太陽能電池等領域的應用中，是極其具有吸引力的材料。通常微晶硅薄膜制備技術有射頻等離子體增強化學氣相沉積技術（RF- PECVD）、熱絲化學氣相沉積技術（HWCVD）和甚高頻等離子體增強化學氣相沉積技術（ VHF- PECVD）。VHF- PECVD 由于與現有工業技術兼容性好，且具有電子密度高、電子溫度低等優點，因此是最具發展潛力的技術。

　　通常，采用高氫稀釋是制備高晶化硅薄膜的有效方法，但高氫稀釋不但會增加制備薄膜的成本，而且會降低薄膜的沉積速率，而等離子體預處理襯底可以改善薄膜的初期成核，進而改善薄膜的結構和性能，因此我們有興趣研究通過等離子體預處理襯底來優化薄膜的生長。

　　本文我們采用VHF- PECVD 技術在玻璃襯底上制備了系列硅薄膜，研究了H 等離子體預處理襯底不同時間對微晶硅薄膜的結構和生長的影響。

1、實驗

　　采用VHF- PECVD 技術在玻璃襯底上制備了系列硅薄膜。氫等離子體預處理條件如下：氣壓300 Pa， 功率密度0.35 W/cm²， 總氣流量120 SCCM，預處理時間分別為0、5、10、30、50 min。硅薄膜沉積參數分別為：激發頻率75 MHz，電極間距1.5 cm，背景真空在4×10^{- 4} Pa 左右，襯底溫度220 ℃，硅烷濃度SC = [SiH4] / ([H2] + [SiH4]為3%，沉積氣壓200 Pa，氣體總流量150 SCCM。襯底未預處理與預處理10 min，沉積時間分別為10、13、15、20、25 min。

　　薄膜表面形貌觀察采用掃描電子顯微鏡（SEM）。薄膜微結構分析采用拉曼散射光譜儀（RS）和橢圓偏振光譜儀（SE）。橢偏光譜測量采用美國J.A. Woollam 公司生產的VASE 型橢偏譜儀，測量時入射角固定為70°， 在光譜波段范圍為240~1000 nm 內,以10 nm 為波長間隔，測量得到薄膜的橢偏參數ψ 和Δ 值，使用WVASE32 軟件對數據進行分析處理。

2、結果和討論

　　為了了解襯底H 等離子體預處理時間對微晶硅薄膜結構的影響，我們對襯底進行H 等離子體預處理后，在同一沉積參數條件下沉積了等厚的微晶硅薄膜，并對樣品做了拉曼光譜和橢偏光譜測試。

　　圖1 為襯底H 等離子體預處理不同時間后，在其上沉積了5 min 的微晶硅薄膜的拉曼散射光譜。由圖1 可以看出，隨襯底預處理時間的延長，薄膜的晶化率逐漸提高，預處理時間從0增加到10 min 時，晶化率從14%提高到44%，薄膜的微結構從接近非晶逐漸向微晶過度。

圖1 襯底H 等離子體預處理不同時間的微晶硅薄膜的拉曼散射光譜，薄膜厚度大約62~64 nm

　　圖2 為對襯底進行H 等離子體預處理不同時間后，在其上分別沉積了5 min 的微晶硅薄膜的SEM 形貌。由圖2 可以看出，襯底未預處理時，薄膜的硅團簇顆粒較大，隨襯底預處理時間的增加，硅團簇顆粒尺寸逐漸減小，密度增大，當對襯底預處理時間為10 min 時，團簇顆粒較小，薄膜表面較為平整。產生上述現象的原因可能是適當H 等離子體預處理使襯底表面的原子氫增多，提高了成膜先驅物在襯底表面的遷移，有利于薄膜的初期成核，使薄膜易于晶化。

圖2 H等離子體預處理不同時間后沉積微晶硅薄膜的SEM形貌　圖3 襯底未預處理時沉積微晶硅薄膜的SE 光譜

　　為了了解襯底表面預處理時間對薄膜生長行為的影響，我們對樣品做了橢圓偏振光譜測試，如圖3 所示。