非晶硅，为亚稳态结构，具有特征性的

Staebler-Wronski 效应。

原子氢在

Si:H 薄膜的沉积过程中的作用重要而复杂：

1.

它可能夺走生长表面一个与

Si 成键的氢，形成一个稳定的氢分子，

从而在生长表面产生一个悬挂键，

2.

也可能补偿一个悬挂键，形成一个

Si-H 键，

3.

它还可能断开

Si-Si 键，产生一个悬挂键和一个 Si-H 键，从而使膜中

悬挂键和氢密度同时增加。

4.

另外，当由等离子体中流向生长表面的原子氢密度大于含

Si 基团的

流密度时，表面的一个

Si 原子与相邻的 Si 原子之间结合较弱的 Si-Si

键就有可能被原子氢刻蚀而脱离生长表面，这就是原子氢对薄膜的

刻蚀作用

。但正是因为活性氢原子对表面的轰击和刻蚀作用，使得原

本无序的非晶硅网络更加松弛，

Si 原子重新寻找更为稳定的位置排

列生长，并释放出氢，形成结晶硅颗粒，使网络更为有序，最后转
变为微晶硅或多晶硅

[23]

。

当反应物中的氢稀释比较高时，离解得到的

H 基可轰击正反应形成的硅膜，能

有效的清除生长膜网络结构中的弱键及未键合的硅原子，使后来沉积的硅膜能
找到能量较低的位置沉积，而保留下结合较强的

Si-Si 键，有利于成核及增强网

络的完整性，形成微晶硅。因此硅薄膜的沉积是一个生长和

H 基原位刻蚀共存

的动态过程。

氢原子对生长表面的刻蚀

与

含

Si 产物在生长表面的扩散和吸附

构

成了两个相互竞争的过程，

薄膜的沉积速率决定于这两个表面反应的相对速率。

还有研究认为来自等离子体的足够大的原子

H 流量密度使得生长表面几乎

完全被氢覆盖，而且在薄膜生长表面发生的

H 原子复合反应，在薄膜表面散发

热量，增大反应前驱物

SiH

3

在薄膜表面的扩散长度，使其能够找到能量较低

(更

为稳定

)的位置，产生晶核，并使晶体得以生长。因此，可以通过

提高

H 稀释度

和

适当提高衬底温度

能够达到提高薄膜晶化率和增大晶粒尺寸的效果。

但是

当衬

底温度过高时，表面

H 脱附加剧，表面悬挂键得不到补偿，使得 SiH

3

的扩散受

阻，因此薄膜的晶化率反而降低

[24]

。

当然，也有研究认为在

H 等离子体处理过程中，许多 H 原子渗透进入亚表

面区域的非晶网络中，但不发生任何

Si 原子的刻蚀过程，而是在亚表面形成具

有足够数量

H 原子的网络结构。等离子体中的一个 H 原子和具有应力 Si-Si 键中

的一个

Si 原子进行键合，然后 H 原子插入这样的 Si-Si 键，最后 H 原子跳到邻

近的

Si 原子，在这个反应过程中，H 原子通过在插入位置附近键的断开、形成

和弛豫方式使得所有的原子重新排列，许多这种插入反应和随后原子重新排列
的共同作用，最终使得薄膜中的具有应力的

Si-Si 键退火，并使系统的能量降低，

从而形成能量上更加有利的微晶硅结构

[25]

。

总之，在薄膜的沉积过程中，

SiH

3

（反应前驱物）和

H 在薄膜的沉积过程

中起着非常重要的作用，进一步研究它们对沉积薄膜的结构和性能的影响，能
够指导在生产过程中对

PECVD 的工艺参数（温度、功率、气压、流量、稀释比、掺

杂率等）的优化。