紫外拉曼光譜在微晶硅薄膜結(jié)晶度分析中的優(yōu)勢

硅薄膜的結(jié)晶度（晶體結(jié)構(gòu)所占的比例）對光伏電池性能至關(guān)重要。由于大多數(shù)硅薄膜表征信號會(huì)被襯底信號掩蓋，因此難以確定其結(jié)晶度。拉曼光譜、橢偏光譜、透射電子顯微鏡（TEM）等技術(shù)都常被用于測量硅薄膜的結(jié)晶度，其中拉曼光譜最快捷，在短短幾秒鐘內(nèi)，波長或偏振的變化就能夠揭示出樣品的相關(guān)信息。美能晶化率測試儀采用325激光器，優(yōu)化紫外光路設(shè)計(jì)，提高光譜穩(wěn)定性，高效率利用325激光與樣品拉曼信號，實(shí)現(xiàn)了5nm以上非晶/微晶材料的原位測試。

晶體、多晶、微晶硅和非晶硅中光的穿透深度

光在晶體、多晶、微晶和非晶硅中的穿透深度

使用325 nm紫外拉曼激發(fā)來分析不同晶體結(jié)構(gòu)硅材料的結(jié)晶度。如圖所示，325nm 紫外拉曼激發(fā)光在a-Si:H中的穿透深度為8nm，在mc-Si:H中的穿透深度為8.5nm，幾乎具有相同的穿透深度。常用的拉曼光譜波長還有514和532nm，對晶體硅和非晶硅的穿透深度相差10倍，這表明不同波長光在硅材料中穿透深度的差異性。

遮蔽底層硅片信號的非晶硅薄膜厚度范圍

在325 nm激發(fā)下，不同厚度的非晶硅薄膜的拉曼光譜

圖中可以看到，對于0.3nm至12.6nm之間的非晶硅薄膜，能看到來自底層硅片的晶體硅峰，但對于14.9nm（或更厚）的薄膜，則不可見。非晶硅薄膜的厚度對底層硅片信號在拉曼光譜中顯現(xiàn)的影響，大致確定了能夠完全遮蔽底層硅片信號的薄膜厚度范圍。

不同厚度的非晶硅薄膜對拉曼信號的影響

如圖所示，對于 325nm 激發(fā)和非晶硅或微晶硅薄膜，拉曼檢測厚度（RDT）為 13nm，這意味著 13nm 或更厚的薄膜可以用紫外拉曼分析，實(shí)際測量場景中20nm厚的薄膜對于拉曼分析更常見。

不同襯底上微晶硅薄膜的拉曼光譜對比

氫化微晶硅薄膜：分別在c-Si和Al?O?襯底上制備了16.6 nm的氫化微晶硅薄膜。

基底處理：均涂有PECVD沉積的10nm的SiO?（拉曼透明），以確保后續(xù)氫化微晶硅層的相同生長。

16.6nm 厚的微晶硅薄膜在不同襯底上的拉曼光譜

SiO?/Al?O?襯底上的氫化微晶硅薄膜：325nm 激發(fā)下測量的結(jié)晶度（68%）略高于 532nm 激發(fā)下的結(jié)晶度（55%），這是因?yàn)楸∧さ捻敳勘鹊撞扛菀捉Y(jié)晶，而較短的波長（325nm）對薄膜表面更敏感。

SiO?/c-Si 襯底上的氫化微晶硅薄膜：532nm 拉曼光譜受到硅襯底信號的強(qiáng)烈干擾，而325nm 拉曼光譜測得的結(jié)晶度與在 SiO?/Al?O?上測量的結(jié)果幾乎相同（66%）。

由此表明，325nm 拉曼光譜對硅襯底不敏感，更適用于分析微晶硅薄膜的結(jié)晶度，而 532nm 拉曼光譜會(huì)受到硅襯底信號的干擾。

微晶硅薄膜結(jié)晶度與厚度的關(guān)系

微晶硅薄膜結(jié)晶度-隨薄膜厚度變化情況

上圖表明，紫外拉曼結(jié)晶度隨著微晶硅薄膜厚度的增加而穩(wěn)步增加，在84nm后達(dá)到約90%的飽和，這反映了薄膜的結(jié)晶度與厚度存在依賴關(guān)系。

橢偏儀確定的結(jié)晶度對于大多數(shù)薄膜，結(jié)晶度接近零，而對于 24 和 84nm 厚的薄膜，結(jié)晶度則躍升至 60% 以上。這表明橢偏儀在測量結(jié)晶度時(shí)存在一定的困難，難以準(zhǔn)確反映薄膜的結(jié)晶度變化。

最厚（84nm）微晶硅薄膜的TEM圖像

TEM圖像對于具有錐形晶體的較厚薄膜更容易轉(zhuǎn)換成黑白對比圖像。紫外拉曼可以用來監(jiān)測微晶硅薄膜的結(jié)晶度，數(shù)據(jù)與TEM圖像中明顯的晶體區(qū)域在定性上是一致的。

綜上所述，紫外拉曼在測量微晶硅薄膜結(jié)晶度方面具有優(yōu)勢，能夠更準(zhǔn)確地反映薄膜的結(jié)晶度與厚度的關(guān)系。

美能晶化率測試儀

美能晶化率測試儀擁有極佳的紫外靈敏度和優(yōu)異的光譜重復(fù)性。采用325激光器，同時(shí)優(yōu)化紫外光路設(shè)計(jì)，提高光譜穩(wěn)定性，高效率利用325激光與樣品拉曼信號，實(shí)現(xiàn)了5nm以上非晶/微晶材料的原位測試，是表征"微晶一異質(zhì)結(jié)"電池的最優(yōu)選擇。

行業(yè)最佳，紫外靈敏度硅一階峰的信號計(jì)數(shù)優(yōu)于1000(1秒積分時(shí)間)

光譜重復(fù)性：單晶硅校準(zhǔn)后，≤520±0.02cm?1

光柵刻線數(shù)：≤2400 gr/mm；≤1800 gr/mm

常見的拉曼光譜波長在分析硅薄膜時(shí)存在問題，而 325nm激光在分析薄的硅薄膜結(jié)晶度時(shí)具有優(yōu)勢，其在硅材料中的穿透深度合適，且對襯底信號不敏感。美能晶化率測試儀采用穿透深度較淺325nm激光器，能夠?qū)崿F(xiàn)晶化率的原位測試高效精確的一鍵輸出晶化率數(shù)值。