[發明專利]微晶硅薄膜生長過程的可視化觀測系統及測量方法

有效

• 申請號: 201410359091.8
• 申請日: 2014-07-25
• 公開（公告）號: CN104122209A
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發明（設計）人: 劉卿卿;李冉
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01N21/21
• 分類號: G01N21/21;G01B11/06
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 顧進;葉涓涓

技術領域

????本發明屬于光學測量技術領域，尤其是涉及一種微晶硅薄膜生長過程的可視化觀測系統及方法。

背景技術

自20世紀90年代以來，我國太陽能光伏產業迅速發展，尤其近五年來，太陽電池的年均增長率都達到了爆發性的水平。截止2010年，我國的太陽能光伏電池的產量已占世界產量的50%。然而，近兩年我國光伏企業發展受到制約的報道頻頻出現，分析表明，過快的市場擴張速度和相對發展較緩慢的技術水平是使我國光伏產業遭遇瓶頸的主要原因之一。因此，為了擺脫危機，使我國的光伏產業向著健康方向發展，提高其產品的科技含量勢在必行。

太陽能電池的種類眾多，其中，微晶硅薄膜因其具有高能量轉換率，壽命長等特點，被認為是最有應用前景的材料之一。然而對于微晶硅薄膜，在材料制備中主要存在的問題就是其生長速率較低，從而導致制造成本較高。因此研究微晶硅材料的生長機理并改善其性能成為目前微晶硅薄膜電池研究的熱點問題，受到廣泛的重視。而對于其生長過程的實時觀測和分析，則是研究其生長機理的基礎。

目前，主要的用于檢測微晶硅薄膜厚度的方法有原子力顯微鏡法（AFM），X射線衍射法（XRD），傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）以及橢偏儀等。原子力顯微鏡是1986年由Binnig等人在掃描隧道顯微鏡（STM）的基礎上研制成的。它通過檢測待測樣品表面和一個微型力敏感元件之間的極微弱的原子間相互作用力來研究物質的表面結構及性質。將一對微弱力極端敏感的微懸臂一端固定，另一端的微小針尖接近樣品，這時它將與其相互作用，作用力將使得微懸臂發生形變或運動狀態發生變化。掃描樣品時，利用傳感器檢測這些變化，就可獲得作用力分布信息，從而以納米級分辨率獲得表面結構信息。其具有高分辨力，無損測量等優點。X射線衍射技術是常用的結構檢測手段之一，它是利用X射線的波動性和晶體內部結構的周期性進行晶體結構分析的技術，它具有快速、準確和方便等優點。紅外光譜法是鑒別物質和分析物質結構的有效手段，已廣泛應用于各種物質的定性堅定和定量分析，以及研究分子間和分子內部的相互作用等方面。紅外吸收光譜是物質分子吸收了紅外輻射后，引起分子振動一轉動能級的躍遷而形成的光譜，因出現在紅外區，所以被稱之為紅外光譜物質對紅外光的吸收具有選擇性，因此不同物質具有不同的紅外吸收光譜，據此可判斷物質的種類。橢偏儀的測量原理是光學偏振特性。當偏振光從一種介質入射到另一種介質后，其反射的光線的偏振成分會隨著介質折射率，介質厚度，入射角大小等改變。利用這一現象，可以通過測量出射光線偏振成分的變換從而獲得介質的厚度及折射率等參數。而隨著計算機的發展，硬件的自動化和軟件的成熟大大提高了運算的速度，成熟的軟件提供了解決問題的新方法，因此，橢偏儀現在已被廣泛應用于研究、開發和制造過程中。綜合比較以上幾種方法，其共同特點是具有較高的分辨力和測量精度，對于靜態薄膜具有良好的測量效果。而在動態薄膜如前所述的微晶硅薄膜的生長過程的觀測中，由于以上測量方法在測量時都需要進行掃描檢測，測量范圍小，測量時間長，不能實時反映樣品的真實表面信息，因此不適用于實時動態觀測。偏振光顯微鏡利用傳統橢偏儀的原理，測量原理簡單，同時具有測量范圍大的優點，不需要掃描可以實現納米級精度的薄膜動態檢測。因此該方法越來越受到國內外學者的廣泛關注。然而目前的偏振光顯微鏡一般存在的問題一是大范圍測量時分辨力較低，二是觀測樣本比較單一，無法適應微晶硅薄膜的觀測。

發明內容

為解決上述問題，本發明公開了一種為實時觀測微晶硅薄膜生長設計的可視化觀測系統及測量方法，有效地改善了傳統偏振光顯微鏡進行觀測時分辨率較低的缺陷。

為了達到上述目的，本發明提供如下技術方案：