多晶矽薄膜

49914043 江柏翰49914909 吳茂菘

多晶矽薄膜介紹人們一直試圖尋找具有晶體矽的優點，又能克

服非晶矽弱點的太陽能電池材料，多晶矽薄膜具有晶體矽的電學特性，又具有非晶矽薄膜的低成本，設備簡單且可以大面積製備等優點。

多晶矽薄膜材料是指在玻璃、陶瓷、廉價矽等低成本基板上，透過化學氣相沉積等技術，製備成一定厚度的多晶矽薄膜。

多晶矽粒的大小又可稱為微晶矽薄膜 µc-Si ，晶粒在 10~30nm 左右， nc-Si ，晶粒在10nm 左右薄膜

多晶矽薄膜介紹多晶矽薄膜主要兩種製備途徑 : 1: 是通過化學氣相沉積等技術，在一定

的基板材料上直接製備 2: 是首先製備非晶矽薄膜，然後通過固

向晶化、雷射晶化和快速熱處理晶化等技術，將非晶矽薄膜晶化成多晶矽薄膜

多晶矽薄膜特點大晶粒的多晶矽薄膜具有單晶矽相似的

高遷移率，可做成大面積、具有快速回應的場效應薄膜電晶體，感測器等。

多晶矽薄膜不僅對長波長光線距高敏感 性，且對可見光有很高的吸收係數，同時具有與結晶矽相同的光穩定性。不會產生非晶矽中的光致衰減效應。

晶矽太陽能電池之效率比較

多晶矽薄膜製備技術

低溫製備的多晶矽薄膜中，含有一定量的非晶矽，且晶粒尺寸較小 20~30nm ，稱微晶矽。

高溫製備的條件 : 1. 是要求基板才有高的玻璃化溫度，

2. 是基板材在高溫與矽材料有好的晶格匹配， 3. 是基板材相對高鈍，在高溫不能向多晶矽薄膜擴散雜質。一般採用「緩衝層」技術，在基板上沉積一層 SiO2 或 SiNx膜，可有效抑制雜質擴散。

化學氣相沈積（ CVD ）

  CVD 法係將金屬氯化物、碳化氫、氮氣等氣體導入密閉之容器內，在真空、低壓、電漿等氣氛狀況下把工作加熱至 1000℃ 附近 2~8 小時，將所需之碳化物、氮化物、氧化物、硼化物等柱狀晶薄膜沈積在工件表面，膜厚約 1~30nm （ 5~10nm ），結合性良好（蒸鍍溫度高，有擴散結合現象），較複雜之形狀及小孔隙都能蒸鍍。

CVD 具有設備簡單、成本低、生長過程容易控制、重複性高、便於大規模生產的優點。

利用 CVD 技術直接製備多晶矽薄膜時，可分為高溫和低溫技術 ( 基板溫度高低於 600 度 ) 。

CVD 原理 在半導體製程上， CVD 反應的環境，包括：溫度、壓力、

氣體的供給方式、流量、氣體混合比及反應器裝置等等。基本上氣體傳輸、熱能傳遞及反應進行三方面，亦即反應氣體被導入反應器中，藉由擴散方式經過邊界層(boundary layer)到達晶片表面，而由晶片表面提供反應所需的能量，反應氣體就在晶片表面產生化學變化，生成固體生成物，而沈積在晶片表面。

 

圖為玻璃基板上化學沉積製備的多晶矽薄膜的掃描式電顯照片

典型之 CVD 裝置示意圖

1. 密閉容器　 2. 電熱爐　 3. 氣化器　 4. 固體氣化器　 5. 回收槽　 6.旋轉泵　 7.液體排出泵

CVD 反應機制

(a). 導入反應物主氣流 (b). 反應物內擴散 (c). 原子吸附 (d). 表面化學反應 (e). 生成物外擴散及移除

CVD 種類與比較製程 優點 缺點 應用

APCVD 反應器結構簡單沉積速率快低溫製程

步階覆蓋能力差粒子汙染

低溫氧化物

LPCVD 高純度步階覆蓋極佳沉積大面積晶片

高溫製程低沉積速率

高溫氧化物多晶矽鎢，矽化鎢

PECVD 低溫製程高沉積速率步階覆蓋性良好

化學汙染粒子汙染

低溫絕緣體鈍化層

PECVD 矽薄膜之拉曼譜圖

低溫多晶矽薄膜之應用低溫多晶矽製程的特色，在於利用準分子雷

射作為熱源，雷射光經過投射系統後，會產生能量均勻分布的雷射光束，投射於非晶矽結構的玻璃基板上。

當非晶矽薄膜吸收準分子雷射的能量後，原子重新排列，形成多晶矽結構，減少缺陷，進而得到高電子遷移率，因此可使 TFT 元件製作更小，增加開口率，在相同的解析度及顯示面積下變輕、變薄、變窄，並且能提高面板透光度，降低消耗功率。

低溫多晶矽薄膜電晶體液晶平面顯示器* 低溫多晶矽 (Poly-Si) 薄膜電晶體平面顯示器乃指薄膜電晶體中之半導體薄膜的結晶形態是多晶矽

*低溫 Poly-Si TFT 製造流程圖

多晶矽薄膜形成的方法如同積同電路製程的高溫製造法以及雷射退火技術的低溫製程法。

結論在現今的科技上，薄膜的運用非常的廣泛，在太陽能的運用上，多晶矽的效率沒有單晶矽來的高，但多晶矽的價格相較於單晶矽是來的便宜，在未來，如何讓多晶矽的效率能夠達到與單晶矽一樣的效率，且讓價格越來越低，這是未來主要的研究重點之一。

參考文獻http://elearning.stut.edu.tw/m_factur

e/nanotech/web/ch3.htm平面面板顯示器 基本概論 二版出版者：高

立顯示器原理與技術出版者：全華