2.2 非晶硅薄膜的生长机理
制备氢化硅薄膜是基于辉光放电的
PECVD 技术，在外界电场的激励下使
反应气体电离形成等离子体，在等离子体内部及薄膜表面，发生一系列非常复
杂的物理
-化学反应，在用辉光放电分解 SiH
4
制备
a-SiH
4
薄膜的过程中，可能发
生以下的反应
[19]
：
①SiH
4
和稀释
SiH
4
用的
H
2
分解，生成激活型的原子或分子团；
②这些激活型的原子或分子团向衬底或反应室器壁表面扩散；
③在衬底表面上发生吸附原子或分子团的反应，同时还伴随着其他气相分
子团的产生和再放出。
在
PECVD中，以硅烷为工作气体，在几十帕的压强下进行放电，便可以生
≈
成电子密度
10
15
m
-3
的等离子体。在这种等离子体中，能量大约在
10 eV以上的
高能电子与
SiH
4
碰撞，会产生以下的离解、电离反应，生成大量的中性基团
(SiH
3
、
SiH
2
、
SiH、Si
)、H
2
、
H以及它们的带电基团。等离子体中可能存在如下反应
[19]
[20]
：
H
H
ev
H
+
→
6
.
4
2
（式 2-1）
−
+
+
+
+
→
−
+
e
H
H
SiH
ev
e
SiH
2
33
.
10
2
4
（式 2-2）
−
+
−
+
+
→
+
e
H
SiH
e
SiH
ev
2
2
2
47
.
9
4
（式 2-3）
−
+
−
+
+
→
+
e
H
SiH
e
SiH
ev
3
75
.
8
4
（式 2-4）
mH
Si
SiH
m
+
→
←
（式 2-5）
同时等离子体中的电子经外电场加速后，其动能通常可达到
10～20eV，甚
至更高，这些
高能电子与气体分子发生碰撞
，足以使气体分子键断裂并产生大
量
离子、活性原子、活性分子等基团
，氢化硅薄膜的生长原子是来自等离子体中
SiH
4
分解的
SiH
m
反应先驱物
[19]
，由于离解产生
SiH
3
所需的能量最小，一般认为，
SiH
3
是硅基薄膜最主要的生长基元，
。
Veprek 研究发现，等离子体中电子的碰撞有利于硅烷分解和成膜过程，而
离子碰撞则有利于
H 基刻蚀过程的进行。
当硅烷浓度较高时，
mH
Si
SiH
m
+
→
←
正反应速率大于逆反应速率，使刻
蚀过程来不及进行，
Si-Si 弱键及无规则网络结构都保留了下来，因而形成的是