是很容易控制的。在升温过程结束后，温度就处于一个稳定阶段。最后，当退火炉的电源关
掉后，温度就随着时间而降低，这一阶段称为冷却阶段。用含氢非晶硅作为初始材料，进行
退火处理。平衡温度控制在

600

℃以上，纳米硅晶粒能在非晶硅薄膜中形成，而且所形成的

纳米硅晶粒的大小随着退火过程中的升温快慢而变化。在升温过程中，若单位时间内温度变
化量较大时

(如 100

℃/s)，则所形成纳米硅晶粒较小(1.6～15nm)；若单位时间内温度变化量

较小

(如 1

℃/s)，则纳米硅粒较大(23～46nm)。进一步的实验表明：延长退火时间和提高退

火温度并不能改变所形成的纳米硅晶粒的大小；而在退火时，温度上升快慢直接影响着所
形成的纳米硅晶粒大小。为了弄清楚升温量变化快慢对所形成的纳米硅大小晶粒的影响，采
用晶体生长中成核理论。在晶体生长中需要两步：第一步是成核，第二步是生长。也就是说，
在第一步中需要足够量的生长仔晶。结果显示：升温快慢影响所形成的仔晶密度。若单位时
间内温度变化量大

,则产生的仔晶密度大；反之，若单位时间内温度变化量小，则产生的仔

晶密度小。

RTA 退火时升高退火温度或延长退火时间并不能消除薄膜中的非晶部分，薛清

等人提出一种从非晶硅中分形生长出纳米硅的生长机理：分形生长。从下到上，只要温度不
太高以致相邻的纳米硅岛不熔化，那么即使提高退火温度或延长退火时间都不能完全消除
其中的非晶部分。

 

   
   
   RTA 退火法制备的多晶硅晶粒尺寸小，晶体内部晶界密度大，材料缺陷密度高，而且属
于高温退火方法，不适合于以玻璃为衬底制备多晶硅。

 

   
   
   等离子体增强化学反应气相沉积（PECVD）
   
   
   等离子体增强化学反应气相沉积（PECVD）法是利用辉光放电的电子来激活化学气相沉
积反应的。起初，气体由于受到紫外线等高能宇宙射线的辐射，总不可避免的有轻微的电离，
存在着少量的电子。在充有稀薄气体的反应容器中引进激发源（例如，直流高压、射频、脉冲
电源等），电子在电场的加速作用下获得能量，当它和气体中的中性粒子发生非弹性碰撞
时，就有可能使之产生二次电子，如此反复的进行碰撞及电离，结果将产生大量的离子和
电子。由于其中正负粒子数目相等。故称为等离子体，并以发光的形式释放出多余的能量，
即形成

“辉光”。在等离子体中，由于电子和离子的质量相差悬殊，二者通过碰撞交换能量的

过程比较缓慢，所以在等离子体内部各种带电粒子各自达到其热力学平衡状态，于是在这
样的等离子体中将没有统一的温度，就只有所谓的电子温度和离子温度。此时电子的温度可
达

104

℃，而分子、原子、离子的温度却只有 25～300℃。所以，从宏观上来看，这种等离子

的温度不高，但其内部电子却处于高能状态，具有较高的化学活性。若受激发的能量超过化
学反应所需要的热能激活，这时受激发的电子能量（

1～10eV）足以打开分子键，导致具

有化学活性的物质产生。因此，原来需要高温下才能进行的化学反应，通过放电等离子体的
作用，在较低温度下甚至在常温下也能够发生。

PECVD 法沉积薄膜的过程可以概括为三个

阶段：

 

   
   
   1.SiH4 分解产生活性粒子 Si、H、SiH2 和 SiH3 等；
   2.活性粒子在衬底表面的吸附和扩散；
   3.在衬底上被吸附的活性分子在表面上发生反应生成 Poly-Si 层，并放出 H2；研究表面，