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氢化非晶硅碳材料(a-Si1-xCx：H)是一种宽带隙非晶半导体材料，其光学带隙可以通过组分调制的，人们可以根据不同的应用目的制备出不同光学带隙的a-Si1-xCx：H材料。然而，氢化非晶硅碳a-Si1-xCx：H薄膜在太阳能电池、发光二极管等的应用中往往会由于薄膜结构的无序度而导致性能不稳定，引起发光效率的下降和引起太阳能电池的内建电势降低和串联电阻增加从而使太阳能电池的转换效率降低。在硅基发光材料的应用中，一般在衬底温度600℃以上的较高温度下制备的纳米硅碳薄膜才观察到镶嵌在无序网络中SiC和Si纳米颗粒因量子尺寸效应而引发了光致发光现象和在800℃沉积并经退火获得的高度择优取向薄膜后能在室温下发出更强的光。作为窗口材料在非晶硅薄膜太阳能电池的应用中，发现在薄膜非晶网络中生成微晶Si相的结构，才能更好地在光学带隙满足要求的同时控制其所需的合适电导率。本论文的研究目的在于通过电容耦合等离子体增强化学气相沉积法（CCP-CVD）和电感耦合等离子体增强化学气相沉积法（ICP-CVD）制备氢化非晶硅碳薄膜，探讨a-Si1-xCx：H薄膜的形成和网络结构畸变的内在影响因素，对a-Si1-xCx：H薄膜网络结构畸变机理进行深入了解和实现对薄膜网络结构的精确可控；开发一种与半导体集成工艺完全匹配且同时能在较低的温度下在硅碳薄膜中形成晶相颗粒，特别是形成取向颗粒的制备新方法；设计“单反应室双沉积法”薄膜沉积过程，利用真空热蒸发和ICP-CVD连续沉积方法，研究通过金属诱导非晶硅碳薄膜在相对较低的温度下产生一定的晶化，实现低温、快速地在a-Si1-xCx：H非晶半导体薄膜中的晶相形成。为进一步深入研究打下了基础。本文全面回顾了a-Si1-xCx：H薄膜材料的研究进展及应用，比较了常用的a-Si1-xCx：H薄膜材料的制备方法，总结a-Si1-xCx：H薄膜晶化的方法并介绍了金属诱导非晶薄膜晶化方法。分别采用电容耦合PECVD法（CCP-CVD）和电感耦合PECVD法（ICP-CVD）法在不同沉积条件下制备了a-Si1-xCx：H薄膜，用IR、Raman、UV-VIS、XRD、SEM、TEM和高阻仪等测试分析了a-Si1-xCx：H薄膜的结构、光学电学性能和网络结构畸变等。对a-Si1-xCx：H薄膜形成过程中的机理，对a-Si1-xCx：H薄膜网络结构畸变的内在影响因素，对不同耦合方式PECVD方法对薄膜微结构、性能的影响及影响机制，Al诱导获得a-Si1-xCx：H／n-Si复合相结构薄膜进行了详细研究。具体研究内容及研究结论如下：（1）对电容耦合PECVD法在玻璃基板上制备a-Si1-xCx：H薄膜进行了研究。采用电容耦合PECVD法，以氢气稀释的甲烷和硅烷为气源，在玻璃基板上制备出非晶硅碳氢薄膜(a-Si1-xCx：H)。不同碳含量条件下沉积的a-Si1-xCx：H薄膜中Si-C键的形成情况有个转折点，这个转折点发生在气体比例接近理想的化学计量配比的位置。不同C含量条件下薄膜中的Si-C键的形成情况是受到薄膜中不同的Si、C原子的比例的影响的，薄膜中原子半径大的Si原子占主导地位时，包围在原子半径小的C原子周围，带正电的Si原子相互靠近而产生排斥力，形成的Si-C键不稳定，从而不利于Si-C键的形成；而原子半径小的C原子占主导地位时，带负电C原子包围在原子半径大的Si原子周围，不易靠近而排斥力可以忽略，形成的Si-C键稳定，从而利于Si-C键的形成。而不同射频功率条件下沉积的a-Si1-xCx：H薄膜中Si-C键的形成情况实际上是受到反应真空室中气体的分解率大小的影响。射频功率高，气体分解的比较彻底，Si、C等离子体量增多，则有利于Si-C键的形成；射频功率低，气体分解的不彻底，会有许多中间产物沉积在基板上，不利于Si-C键的形成。（2）对电容耦合PECVD法在硅基板上制备a-Si1-xCx：H薄膜进行了研究。在基板温度为300℃时，采用电容耦合PECVD法以硅烷和甲烷为反应气源沉积在Si基板上的薄膜是a-Si1-xCx：H薄膜。硅烷和甲烷气体在射频辉光放电的作用下，发生碰撞分解，反应生成Si-C键沉积在硅基板上。而反应过程中沉积条件的变化，不管是气体比例的变化还是射频功率的变化，本质上是反应真空室中气体分解率的变化，CH4／SiH4比例高或射频功率高，则气体分解率高，所沉积薄膜中的Si-C键含量就多，反之薄膜中Si-C键含量就少。CCP-CVD法在Si基板上沉积的a-Si1-xCx：H薄膜是一种多相共存的微结构，Si基板中（100）取向的Si原子点阵对薄膜的生长起着诱导的作用，形成的薄膜是Si-C-H网格中镶嵌着（100）方向择优取向的多晶Si，并有晶态SiC相形成的趋势。多相共存的a-Si1-xCx：H薄膜的性能尤其是电学性能与薄膜的结构存在着紧密联系，a-Si1-xCx：H薄膜的电阻率受Si-C-H网格中Si晶相所影响的，薄膜中Si晶相越多，薄膜的结构有序化程度高，对载流子迁移过程中的陷阱作用小，薄膜的电子迁移率高，电阻率就小。（3）对电感耦合PECVD法制备a-Si1-xCx：H薄膜进行了研究。采用ICP-CVD法，以氢气稀释的甲烷和硅烷为气源，制备出均匀的非晶硅碳氢薄膜(a-Si1-xCx：H)。a-Si1-xCx：H薄膜的键结构与CH4的分解率有着密不可分的联系，相同条件下CH4的分解率要低于SiH4的分解率，增加甲烷气体比例或射频功率有助于CH4的分解率提高，薄膜中C含量增加，Si-C及Si-CHn键含量相应的就增加；随着Si原子周围的环境发生改变，Si-H键周围的电负性发生改变，键的峰位发生偏移。Si-C键的形成在一定程度上受到Si-CHn形成的影响。在富Si区域，CHn等离子体和周围大量的Si等离子体碰撞的几率大，继续分解为原子态的C等离子体，系统中CHn等离子体量减小而C等离子体的量增加，形成的Si-C键比Si-CHn键的多；在富C区域，Si等离子体量的急剧减小，Si-CHn键和Si-C键的的强度都急剧下降；在接近理想化学计量配比时，CHn等离子体继续分解成C等离子体之前，和已经先分解生成的Si等离子体反应生成Si-CHn键，虽然C等离子体的量也有可能增加，但是先形成的Si-CHn键消耗了Si等离子体，Si-C键的形成就比较困难，Si-CHn键的形成影响了Si-C键的形成。（4）研究了CCP-CVD及ICP-CVD法在不同C含量及不同射频功率条件下的a-Si1-xCx：H薄膜的光学带隙与薄膜成键情况，可知实际上非晶薄膜光学带隙的大小是与该薄膜中所含的键的比例多少密切相关的。Si-C键或C-C键在非晶薄膜中占主导地位时，非晶薄膜的光学带隙相应的也较宽；反之Si-Si键在非晶薄膜中占主导地位时，非晶薄膜的光学带隙相应的就较窄。通过对CCP-CVD及ICP-CVD沉积a-Si1-xCx：H薄膜非晶网络畸变及电导率的研究，二元化合物非晶硅碳薄膜的有序度与电导率都受到组成该薄膜的两种元素的半径大小的影响的。当半径大的Si元素在薄膜中占主导地位时，半径小的C原子填入其网络结构中对结构的畸变基本上没有什么太大的影响，因此a-Si1-xCx：H薄膜的有序度较高，电导率大；而当半径小的C元素在薄膜中占主导地位时，半径大的Si原子填入薄膜网络结构中却会对结构的畸变产生很大的影响，从而导致a-Si1-xCx：H薄膜的有序程度较低，电导率变小。（5）对比ICP-CVD法及CCP-CVD法沉积a-Si1-xCx：H薄膜的结构研究中得到，不同的耦合方式产生不同密度、不同运动轨迹的等离子体，等离子体密度不同、运行轨迹的不同造成气体碰撞几率的差异，最终造成等离子体的能量、刻蚀作用的差别。高密度的感应耦合等离子体运行轨迹为回旋式，等离子体之间碰撞的几率大，气体分解的比较彻底，所沉积的a-Si1-xCx：H薄膜中Si-C键含量高；且电子运动方向与电极方向平行，对所沉积薄膜的轰击作用小，薄膜具有较佳的微结构，键的结构比较稳定。电容耦合等离子体密度较低，等离子体的运动轨迹为短距离的直线，等离子体之间碰撞的几率相对较小，气体分解的比较不够彻底，所沉积的a-Si1-xCx：H薄膜中Si-C键含量相对较少；且电子运动方向与电极方向垂直，直接轰击所沉积薄膜，薄膜的微结构相对更无序一些，键的结构相对不够稳定。通过对比不同耦合方式PECVD法制备的a-Si1-xCx：H薄膜微观形貌的分析可知，ICP系统中等离子体运动轨迹长，碰撞基板的频率低；CCP系统中等离子体运动轨迹短，碰撞基板的频率高。碰撞频率高则在基板上形成的颗粒密度大，但电子的轰击会抑制薄膜中小颗粒的长大，表现在ICP沉积的a-Si1-xCx：H薄膜微观形貌中颗粒密度较CCP沉积的a-Si1-xCx：H薄膜小而颗粒尺寸较大。对比不同耦合方式PECVD法制备的a-Si1-xCx：H薄膜光学能隙及表征无序度的参数B值得到：CCP-CVD法制备的a-Si1-xCx：H薄膜中Si-O键的出现导致薄膜的光学带隙大，相应的定域化的范围大，薄膜的无序程度高，相比较而言ICP-CVD法制备的a-Si1-xCx：H薄膜更有序。（6）采用单反应室双沉积法制备Al／a-Si1-xCx：H复合薄膜并进行退火处理，对复合薄膜的结构、Al诱导a-Si1-xCx：H晶化的机理以及Al／a-Si1-xCx：H复合薄膜的晶化过程进行了研究。Al／a-Si1-xCx：H薄膜表面的粗糙度受薄膜沉积过程及基底的影响，基底越粗糙，则薄膜沉积过程中的阴影效应就越显著，沉积的薄膜不均匀，表面粗糙；薄膜沉积过程中的阴影效应导致a-Si1-xCx：H膜的沉积速率下降，Al／a-Si1-xCx：H复合薄膜中a-Si1-xCx：H膜层的厚度小于相同时间下沉积的纯a-Si1-xCx：H薄膜的厚度；退火前，Al／a-Si1-xCx：H复合薄膜以层状的形式存在，退火后Al发生扩散，层状结构消失，出现均一的硅碳与Al的混合层，Al／a-Si1-xCx：H复合薄膜的结构与Al的存在有着不可分割的联系。Al诱导a-Si1-xCx：H薄膜的机理可以表述如下，Al的扩散进入a-Si1-xCx：H薄膜中，薄膜中的饱和共价键向不饱和金属键转变，降低了Si-C键的键强，热处理过程中Si-C键发生断裂而形成Si晶相。通过控制Al的扩散，可以控制薄膜中晶相含量的多少，进一步达到调节电导的作用。在a-Si1-xCx：H本体相中存在Si的晶相除了仍具有宽的光学能隙的特点，又能获得高的迁移率进而提高器件的性能。通过分析不同退火温度、退火时间以及Al诱导层厚度对Al／a-Si1-xCx：H复合薄膜的晶化过程的影响，我们可以得到正是由于Al的扩散诱导作用，a-Si1-xCx：H膜层中的键发生断裂重组，发生晶化，而扩散到a-Si1-xCx：H膜层中的Al的量越多，则复合薄膜中晶相的量也越多。