20、氮化硅等离子体放电及多量子阱太阳能电池的数值研究

氮化硅等离子体放电及多量子阱太阳能电池的数值研究

1. 氮化硅 SiH₄/NH₃/H₂ 等离子体放电的数值特性

1.1 背景与研究目的

氮化硅是一种坚硬且耐用的陶瓷材料，在薄膜和电子设备（如太阳能电池、图像传感器、薄膜晶体管等）的制造中备受关注。基于氢化氮化硅（SiNₓHᵧ）的薄膜可以在射频（RF）等离子体反应器中沉积。为了实现均匀沉积，需要深入研究和理解等离子体放电的不同特性。本研究旨在对使用 SiH₄/NH₃/H₂ 气体的射频等离子体放电进行数值建模，以优化材料性能，实现更高效、低成本的沉积。

1.2 数值建模

1.2.1 电模型

射频电磁场由在两个平行金属板之间变化的激励结构产生，这些金属板由射频电压极化。电磁场通过碰撞或非碰撞的加热机制将能量传递给电子。等离子体在电极处被两个正空间电荷鞘层分隔，以激励频率振荡。射频发生器提供的功率控制电极之间的电流和射频电压，其他外部参数包括激励频率、压力和电极间距。
电模型的相关公式如下：
- 电场由标量电位梯度得出：
[E = -\nabla V]
- 电位表达式为：
[V = V_{rf} \cdot \sin(2\pi f_{RF}t)]
其中，(f_{RF}) 和 (V_{rf}) 分别是交流电压的频率和幅度。

1.2.2 等离子体模型

低温等离子体模拟中求解的一组方程如下：
- 电子和离子输运方程：
[\frac{\partial n_i}{\partial t} + \nabla \Gamma_i = S_i]
[\frac{\partial