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1、2004年2月汕頭大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第19卷 第1期Feb.2004JournalofShantouUniversity(NaturalScience)Vol119No1非晶硅薄膜厚度均勻性對其透射光譜的影響余云鵬,林舜輝,黃 ,林璇英(汕頭大學(xué)物理系,汕頭 515063)摘 要:針對膜厚的均勻性對非晶硅薄膜透射光譜(400～1000nm)的影響問題,通過模擬計算分析在不同膜厚、厚度(線性)變化率和照射面積條件下,厚度均勻性對譜線的影響.結(jié)果表明這種影響主要發(fā)生在薄膜的無吸收區(qū)和弱吸收區(qū),表現(xiàn)為峰—峰值變小和振蕩周期畸變.減小照射面積可
2、有效地降低這種影響.關(guān)鍵詞:薄膜;厚度;透射譜;均勻性+中圖分類號:O43311;O484141 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:100124217(2004)01200502050 引 言非晶硅薄膜是一種重要的光電材料,在廉價太陽能電池、薄膜場效應(yīng)管和光敏器件[1]中都有廣泛的應(yīng)用.通過測量透射光譜,人們可以獲得折射率、色散關(guān)系、膜厚以及光[2,3]學(xué)能隙這些重要的光學(xué)參量.但在測量時,我們注意到樣品由于制備條件的限制,厚度難以保證理想均勻,而且考慮到光衍射、儀器靈敏度等方面的原因,采用的光欄或狹縫一般不會太細,有一定的照射面積.因此在分析薄膜的
3、透射譜時,應(yīng)該顧及膜厚均勻性的影響.已有文獻報道在利用光透射譜或反射譜測定膜厚和吸收時考慮到這個問題,并[3～5]提出了合理的解決方法來測定薄膜正確的光學(xué)參量.本文通過模擬計算的方法,從另一個角度分析各種情況下不同膜厚均勻度對譜線的影響狀況和規(guī)律.1 計算過程介紹采用圖1所示的樣品模型,a2Si:H薄膜沉積在透明的玻璃襯底上.膜和襯底的折射d2-d1率分別是n和ns(ns=115).假設(shè)膜厚按線性關(guān)系d=d1+x均勻變化,xo代表照射xo狹縫長度.薄膜表面光滑而且厚度起伏緩慢,可近似地認(rèn)為均勻光垂直入射到表面.見圖1,照射面積大約5mm×1m
4、m.圖1 樣品模型結(jié)構(gòu)示意圖收稿日期:2003209201作者簡介:余云鵬(1969～),男,廣東饒平人,碩士.?1994-2006ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第1期余云鵬等:非晶硅薄膜厚度均勻性對其透射光譜的影響51光照時,圖中三個界面的反射率如下:2n-1R1=(1)n+12n-nsR2=(2)n+ns2ns-1R3=(3)ns+1R1、R2、R3分別表示空氣?薄膜、薄膜?襯底、襯底?空氣的光強反射率.
5、在我們關(guān)心[5,6]的波長范圍(400～1000nm),a2Si:H材料呈現(xiàn)正常色散關(guān)系和Urbach吸收邊:72n=216+3×10?K(4)2(12400?K-Eopt)A(K)=A(5)12400?K21K為光波長,以~為單位.A代表吸收系數(shù),單位為nm.Eopt表示材料光能隙,取116eV.A是隨材料吸收性能而改變的參數(shù).根據(jù)薄膜干涉原理,當(dāng)光束垂直入射到厚度[2,4,5]為d的均勻薄膜表面時,光透過率:-ad(1-R2)(1-R3)eT=(6)-2ad-ad1+R2R3e-2R2R3ecosU4Pnd其中位相差U=.對于圖1所示樣品
6、,在光照射的面積內(nèi),光透過率隨膜厚變化,K積分后其光透過率為:x-ad1o(1-R2)(1-R3)eT(K)=dx(7)x∫o0-2ad-ad1+R2R3e-2R2R3ecosU其中d隨x線性變化.根據(jù)上式,采用數(shù)值積分編程可以計算出各種參數(shù)條件下相應(yīng)的光透過譜.2 計算結(jié)果及討論211 不同膜厚情況下均勻性的影響在吸收特性和照射面積不變的條件下,對于圖1所示結(jié)構(gòu)的樣品,不同的平均厚度((d1+d2)?2)和厚度變化率((d2-d1)?xo)相應(yīng)的透射譜示于圖2.各譜線的計算參數(shù)列在表1中.從圖2結(jié)果可以看出,雖然平均厚度增大引起譜線振蕩周期
7、縮小,但都表明了厚度均勻性對透射譜相同的影響規(guī)律.隨著不均勻度增加,在無吸收的長波段,譜線峰—峰值比均勻厚度的結(jié)果明顯變小,但幾乎不影響振蕩周期;在弱吸收區(qū),膜厚的均勻度嚴(yán)重影響透射譜結(jié)果,不僅峰值變化,而且振蕩周期也發(fā)生畸變;而在強吸收區(qū),譜線受厚度均勻性的影響不明顯.薄膜厚度較薄時,對振蕩周期造成影響的區(qū)域變寬.當(dāng)我們[5,7]利用光透射譜來測定薄膜的光學(xué)參數(shù)時,計算需要正確的透過率峰值.因此從這些結(jié)果來看,膜厚的均勻性將嚴(yán)重影響薄膜材料在弱吸收區(qū)和透明區(qū)得到的吸收系數(shù)及折射率結(jié)果的準(zhǔn)確性.若忽略不均勻度的問題而認(rèn)為薄膜厚度均勻,那么有可
8、能導(dǎo)致測定的參量存在較大誤差.這對于其他透明或弱吸收薄膜都有相同的問題.?1994-2006ChinaAcademicJournalElectronicPublis
