奈米晶矽結構

從 SEM 及 AFM 的圖中我們可以得知，在矽基板的表面上並沒有很深 的奈米結構，但反射率卻可以降得非常低，其原因就在於這樣的蝕刻方法 可以在矽基板的表面上形成一層奈米晶矽結構，這樣的結構將會在表面形 成較小的顆粒，越深入矽基板則顆粒越大顆，如此一來材料跟空氣含量比 例的不同，便可以形成漸變折射率，大大的降低了反射率。而為了要佐證 奈米晶矽確實存在，我們做了 TEM 的量測。

以銀催化蝕刻後的 TEM 結果中，我們可以清楚看到夾在矽基板及導電 鉑金屬中，還有一層奈米晶矽，且由圖 4-15 中可看出表面非常地不均勻，

54

厚度分布從 20 奈米到 70 奈米。白色部分下還有一層較淺的灰色地帶，這 是因為蝕刻時形成的缺陷所影響。而圖 4-16 大倍率的圖為白色與淺灰色的 邊界，這可以看出奈米晶矽與單晶矽的分別，單晶矽可以看到明顯的晶格。

圖 4-15 小倍率下以銀催化蝕刻後之 TEM 圖

圖 4-16 較大倍率下以銀催化蝕刻後之 TEM 圖

在此同時我們也針對奈米晶矽做 EDS 元素分析，以確認其組成為何。由圖 中可看到主要只有矽的峰值，因此可以確定其組成依然為矽，而其他峰值 為量測時使用的銅網、碳膜及使用切片時使用的鎵離子束，並不影響觀測 結果。

矽基板

奈米晶矽

56

圖 4-17 以銀催化後蝕刻之 EDS 元素分析圖

而以鉑催化後蝕刻的 TEM 圖 4-18 中，小圖為奈米晶矽與單晶矽的分界，

可以明顯地看到單晶矽的晶格，而表面的形貌非常平整，因此我們利用這 張圖詳細解說圖中各層所代表的含意。

圖 4-18 以鉑金屬催化蝕刻三分鐘後之 TEM 圖

圖中下半部為矽基板，在矽基板之上有一層相較於銀催化非常整齊均勻的 奈米晶矽，約 25 奈米厚，此層之上的不規則形貌為增加導電的鉑金屬層。

同時我們也針對奈米晶矽層做了 EDS 分析，從下圖中可以確定，此層材料 依然為矽，並未變質成其他材料。

矽基板

奈米晶矽

58

圖 4-19 以鉑金屬催化後之蝕刻之 EDS 元素分析圖

比較兩者 TEM 圖的差異，由銀催化所生成的奈米晶矽層較厚，但表面 不規則起伏較大，而由鉑金屬蝕刻後生成之奈米晶矽較薄，表面非常平整，

這樣的結果與 SEM 相符合，由於銀離子會在溶液中亂竄，因此在奈米晶矽 的堆疊上，比起鉑金屬的效果來得差，所以反射率也比使用鉑催化後的結 果來得更高。

之後為了要了解反射率降低的原因，我們也以橢圓儀量測其折射率，但 由於使用銀蝕刻催化後的所形成的奈米晶矽膜厚較不平均，在後續 Fitting 步驟時，在折射率與膜厚都是未知的情況下，很難 Fitting 出一個合理的結 果，因此在這我們只量測以鉑蝕刻後生成厚度非常均勻的奈米晶矽。量測 做法為將蝕刻後的矽分成上下兩層，並去量測兩層的折射率是否有差異。

圖 4-20 以鉑催化後之折射率圖

上圖(a)我們稱為 Layer1，折射率較大且接近矽基板的折射率 3，為靠近矽 基板的那層，而圖(b)為 Layer2 是接近空氣的那層，折射率較接近空氣 1。

(a)

(b)

60

由圖中可知，Layer1 的折射率皆大於 Layer2，可以證明在蝕刻後的奈米晶 矽，確實會有折射率漸變的情況。