重掺杂多晶硅薄膜中磷氧化物的探究

在n-型隧穿氧化物钝化接触(n-TOPCon)光伏器件中, 高浓度磷掺杂的多晶硅薄膜 (n+ poly-Si) 是电子选择性钝化的关键材料. 它的光学和电子学性能取决于化学组态与多晶结构的物相, 并依赖于晶态转化过程中的高温退火与结构弛豫. 采用低压化学气相沉积技术在SiOx/n-Si衬底上生长制备poly-Si (n+) 薄膜, 利用带有深度刻蚀特征的X-射线光电子能谱、高分辨率透射电子显微术和X-光衍射分析方法, 研究了该薄膜的微结构. 发现薄膜中氧(O)元素的O 1s态的两个拟合峰(O2和O3)的结合能分别为532.1 eV和533.7 eV,对应O—Si和O—P的成键态; 而磷(P)元素的P 2p态的两个拟合峰(P2和P3)的结合能分别为132.4 eV和135.1 eV, 对应着O—P*的同根成键态. 电子显微与光衍射分析表明, 该多晶硅薄膜具有 (111)晶向择优生长的特点, 晶面间距为0.313 nm, 平均晶粒尺寸在43.6—55.0 nm. 而(111)晶面簇在920 ℃高温退火过程中, 产生力学形变与晶界, 在局域范围内呈现大晶粒的单晶态. 结合热力学函数, 如生成焓、反应熵、热容、形成能与吉布斯自由能, 以及能量最低原理分析可知, 多晶硅薄膜内存在O—S i和O—P键形成的条件, 产生了氧化硅和氧化磷的成键态.