[发明专利]微晶硅薄膜生长过程的可视化观测系统及测量方法

说明书

技术领域

    本发明属于光学测量技术领域，尤其是涉及一种微晶硅薄膜生长过程的可视化观测系统及方法。

背景技术

自20世纪90年代以来，我国太阳能光伏产业迅速发展，尤其近五年来，太阳电池的年均增长率都达到了爆发性的水平。截止2010年，我国的太阳能光伏电池的产量已占世界产量的50%。然而，近两年我国光伏企业发展受到制约的报道频频出现，分析表明，过快的市场扩张速度和相对发展较缓慢的技术水平是使我国光伏产业遭遇瓶颈的主要原因之一。因此，为了摆脱危机，使我国的光伏产业向着健康方向发展，提高其产品的科技含量势在必行。

太阳能电池的种类众多，其中，微晶硅薄膜因其具有高能量转换率，寿命长等特点，被认为是最有应用前景的材料之一。然而对于微晶硅薄膜，在材料制备中主要存在的问题就是其生长速率较低，从而导致制造成本较高。因此研究微晶硅材料的生长机理并改善其性能成为目前微晶硅薄膜电池研究的热点问题，受到广泛的重视。而对于其生长过程的实时观测和分析，则是研究其生长机理的基础。

目前，主要的用于检测微晶硅薄膜厚度的方法有原子力显微镜法（AFM），X射线衍射法（XRD），傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）以及椭偏仪等。原子力显微镜是1986年由Binnig等人在扫描隧道显微镜（STM）的基础上研制成的。它通过检测待测样品表面和一个微型力敏感元件之间的极微弱的原子间相互作用力来研究物质的表面结构及性质。将一对微弱力极端敏感的微悬臂一端固定，另一端的微小针尖接近样品，这时它将与其相互作用，作用力将使得微悬臂发生形变或运动状态发生变化。扫描样品时，利用传感器检测这些变化，就可获得作用力分布信息，从而以纳米级分辨率获得表面结构信息。其具有高分辨力，无损测量等优点。X射线衍射技术是常用的结构检测手段之一，它是利用X射线的波动性和晶体内部结构的周期性进行晶体结构分析的技术，它具有快速、准确和方便等优点。红外光谱法是鉴别物质和分析物质结构的有效手段，已广泛应用于各种物质的定性坚定和定量分析，以及研究分子间和分子内部的相互作用等方面。红外吸收光谱是物质分子吸收了红外辐射后，引起分子振动一转动能级的跃迁而形成的光谱，因出现在红外区，所以被称之为红外光谱物质对红外光的吸收具有选择性，因此不同物质具有不同的红外吸收光谱，据此可判断物质的种类。椭偏仪的测量原理是光学偏振特性。当偏振光从一种介质入射到另一种介质后，其反射的光线的偏振成分会随着介质折射率，介质厚度，入射角大小等改变。利用这一现象，可以通过测量出射光线偏振成分的变换从而获得介质的厚度及折射率等参数。而随着计算机的发展，硬件的自动化和软件的成熟大大提高了运算的速度，成熟的软件提供了解决问题的新方法，因此，椭偏仪现在已被广泛应用于研究、开发和制造过程中。综合比较以上几种方法，其共同特点是具有较高的分辨力和测量精度，对于静态薄膜具有良好的测量效果。而在动态薄膜如前所述的微晶硅薄膜的生长过程的观测中，由于以上测量方法在测量时都需要进行扫描检测，测量范围小，测量时间长，不能实时反映样品的真实表面信息，因此不适用于实时动态观测。偏振光显微镜利用传统椭偏仪的原理，测量原理简单，同时具有测量范围大的优点，不需要扫描可以实现纳米级精度的薄膜动态检测。因此该方法越来越受到国内外学者的广泛关注。然而目前的偏振光显微镜一般存在的问题一是大范围测量时分辨力较低，二是观测样本比较单一，无法适应微晶硅薄膜的观测。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种为实时观测微晶硅薄膜生长设计的可视化观测系统及测量方法，有效地改善了传统偏振光显微镜进行观测时分辨率较低的缺陷。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：