一种计算SiNx原子浓度的方法与流程

本发明涉及sinx薄膜，更具体地说，涉及一种计算sinx原子浓度的方法。

背景技术：

1、氮化硅是一种耐高温、高硬度、高强度、抗腐蚀的材料，具有广泛的应用背景。目前氮化硅广泛应用于太阳电池领域，具有减反和钝化的效果。随着沉积技术的进步，氮化硅薄膜作为硅基太阳电池的窗口层，得到大量的研究与应用。通过化学气相沉积的氮化硅一般分子式可以写为sinx，其中x可以变化。由于不同条件沉积的氮化硅的原子组分变化很大，其性能也变化很大，可以适应不同行业和器件的需要。目前太阳电池用氮化硅可以做成叠层结构，上下层的工艺存在差异，分别起到钝化悬挂键和减少反射的效果。因此获得沉积氮化硅的原子浓度及x的具体值，对于分析沉积条件变化导致薄膜的光学和电学性能变化，优化叠层工艺，具有重要意义。

2、对于硅基太阳电池，由于清洗制绒后的硅片衬底上存在大量的悬挂键，这些悬挂键会形成复合中心并严重降低电池的少子寿命及开路电压。提升硅基太阳电池的效率，需要对钝化技术进行深入研究。氮化硅材料由于可以与悬挂键形成稳定的键合结构，可以极大的减少悬挂键密度并提高开路电压。作为一种集钝化和减反于一体的材料，氮化硅的原子浓度和原子比例决定了其钝化和减反效果，因此如何获得简便、便宜的测试手段去表征原子浓度与比例，成为重要的问题。

3、表征物质的原子浓度与比例，可以采用二次离子质谱、x射线光电子能谱、卢瑟福背散射谱等多种方法。然而这些方法通常具有测试费用高昂、耗时长、测试要求高、应用范围较为狭窄等缺陷。为了减少测试费用，适合器件的薄膜沉积条件是从大量的试验条件中选出的。这些条件可以使太阳电池的转换效率达到较高程度，但无法从其微结构及原子的角度解释，在其他沉积仪器上重复也变得困难。为了达到硅基太阳电池的理论效率极限，有必要进一步发展实用的测试方法解决原子浓度测试问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种计算sinx原子浓度的方法，技术方案如下：

2、一种计算sinx原子浓度的方法，所述计算sinx原子浓度的方法包括：

3、制备样品，所述样品包括衬底和位于所述衬底一侧的sinx薄膜；

4、获得所述sinx薄膜在带间跃迁段的光学常数；

5、基于所述带间跃迁段的光学常数，结合tauc-lorentz模型，得到具有光学带隙、洛伦兹振子振幅、洛伦兹共振能和洛伦兹展宽参数的tauc-lorentz方程；

6、基于所述tauc-lorentz方程，计算得到带间跃迁段及价带电子跃迁段的光学常数；

7、基于所述带间跃迁段及价带电子跃迁段的光学常数，结合色散能模型和f求和规则，计算所述sinx薄膜中的原子浓度。

8、优选的，在上述计算sinx原子浓度的方法中，所述获得所述sinx薄膜在带间跃迁段的光学常数，包括：

9、采用椭圆偏振光谱仪或者紫外-近紫外-红外分光光度计对所述sinx薄膜进行光学测试，得到所述sinx薄膜在带间跃迁段的光学常数。

10、优选的，在上述计算sinx原子浓度的方法中，所述带间跃迁段的光学常数包括：介电函数实部与介电函数虚部；

11、所述基于所述带间跃迁段的光学常数，结合tauc-lorentz模型，得到具有光学带隙、洛伦兹振子振幅、洛伦兹共振能和洛伦兹展宽参数的tauc-lorentz方程，包括：

12、基于所述带间跃迁段的介电函数实部与所述带间跃迁段的介电函数虚部，结合tauc-lorentz模型，得到具有光学带隙、洛伦兹振子振幅、洛伦兹共振能和洛伦兹展宽参数的tauc-lorentz方程。

13、优选的，在上述计算sinx原子浓度的方法中，所述带间跃迁段及价带电子跃迁段的光学常数包括：光学折射率和介电函数虚部；

14、所述基于所述带间跃迁段及价带电子跃迁段的光学常数，结合色散能模型和f求和规则，计算所述sinx薄膜中的原子浓度，包括：

15、依据所述带间跃迁段及价带电子跃迁段的光学折射率，结合所述色散能模型，计算所述sinx薄膜的色散能。

16、优选的，在上述计算sinx原子浓度的方法中，所述依据所述带间跃迁段及价带电子跃迁段的光学折射率，结合所述色散能模型，计算所述sinx薄膜的色散能，包括：

17、依据所述带间跃迁段及价带电子跃迁段的光学折射率，结合所述色散能模型，通过以下公式计算所述sinx薄膜的色散能；

18、

19、其中，n(e)为所述带间跃迁段及价带电子跃迁段的光学折射率；e0为共振能量；ed为色散能。

20、优选的，在上述计算sinx原子浓度的方法中，所述基于所述带间跃迁段及价带电子跃迁段的光学常数，结合色散能模型和f求和规则，计算所述sinx薄膜中的原子浓度，包括：

21、依据所述带间跃迁段及价带电子跃迁段的介电函数虚部，结合f求和规则，计算所述sinx薄膜的价带等离子体频率。

22、优选的，在上述计算sinx原子浓度的方法中，所述依据所述带间跃迁段及价带电子跃迁段的介电函数虚部，结合f求和规则，计算所述sinx薄膜的价带等离子体频率，包括：

23、依据所述带间跃迁段及价带电子跃迁段的介电函数虚部，结合f求和规则，通过以下公式计算所述sinx薄膜的价带等离子体频率；

24、

25、

26、其中，为约化普朗克常量；et为光学带隙；ε0为真空介电常数；e为电子电量；me为电子重量；ωp为价带等离子体频率；nv为电子浓度；e为对应的光子能量；ε2(e)为所述带间跃迁段及价带电子跃迁段的介电函数虚部；ωp为所述sinx薄膜的价带等离子体频率。

27、优选的，在上述计算sinx原子浓度的方法中，所述计算所述sinx薄膜中的原子浓度，包括：

28、基于所述电子浓度nv和所述色散能ed，通过以下公式计算所述sinx薄膜的si原子浓度；

29、

30、其中，nsi为所述sinx薄膜的si原子浓度。

31、优选的，在上述计算sinx原子浓度的方法中，所述计算所述sinx薄膜中的原子浓度，包括：

32、通过以下公式计算所述sinx薄膜的n原子浓度；

33、nn＝(nv-4nsi)/3

34、其中，nn为所述sinx薄膜的n原子浓度。

35、优选的，在上述计算sinx原子浓度的方法中，所述计算sinx原子浓度的方法还包括：

36、通过以下公式计算所述sinx薄膜的质量密度；

37、

38、其中，ρsinx为所述sinx薄膜的质量密度；msi为si原子的质量密度。

39、相较于现有技术，本发明实现的有益效果为：

40、本发明提供的一种计算sinx原子浓度的方法，通过光学测试获得其在带间跃迁段的光学常数，并通过特定的物理规律进一步分析计算这些光学常数，从而获得sinx薄膜的原子浓度及配位数。该计算sinx原子浓度的方法可以表征不同条件制备的多层sinx薄膜的原子浓度及配位数，从而获得适合器件需要的sinx薄膜。对于进一步利用sinx薄膜制备各种器件，包括在硅基太阳电池上应用，具有突出的意义。