多晶矽薄膜材料同時具有單晶矽材料的高遷移率及非晶矽材料的可大面積、低成本製備的優點。因此，對於多晶矽薄膜材料的研究越來越引起人們的關注，多晶矽薄膜的製備工藝可分為兩大類：一類是高溫工藝，製備過程中溫度高於600℃,襯底使用昂貴的石英，但製備工藝較簡單。
另一類是低溫工藝，整個加工工藝溫度低於600℃，可用廉價玻璃作襯底，因此可以大面積製作，但是製備工藝較複雜。目前製備多晶矽薄膜的方法主要有如下幾種：
低壓化學氣相沉積（lpcvd）
這是一種直接生成多晶矽的方法。lpcvd是積體電路中所用多晶矽薄膜的製備中普遍採用的標準方法，具有生長速度快，成膜緻密、均勻、裝片容量大等特點。多晶矽薄膜可採用矽烷氣體通過lpcvd法直接沉積在襯底上，典型的沉積引數是：
矽烷壓力為13.3～26.6pa，沉積溫度td=580～630℃，生長速率5～10nm/min。
由於沉積溫度較高，如普通玻璃的軟化溫度處於500～600℃，則不能採用廉價的普通玻璃而必須使用昂貴的石英作襯底。
lpcvd法生長的多晶矽薄膜，晶粒具有擇優取向，形貌呈「v」字形，內含高密度的微攣晶缺陷，且晶粒尺寸小，載流子遷移率不夠大而使其在器件應用方面受到一定限制。雖然減少矽烷壓力有助於增大晶粒尺寸，但往往伴隨著表面粗糙度的增加，對載流子的遷移率與器件的電學穩定性產生不利影響。
固相晶化(spc)
所謂固相晶化，是指非晶固體發生晶化的溫度低於其熔融後結晶的溫度。這是一種間接生成多晶矽的方法，先以矽烷氣體作為原材料，用lpcvd方法在550℃左右沉積a-si:h薄膜，然後將薄膜在600℃以上的高溫下使其熔化，再在溫度稍低的時候出現晶核，隨著溫度的降低熔融的矽在晶核上繼續晶化而使晶粒增大轉化為多晶矽薄膜。
使用這種方法，多晶矽薄膜的晶粒大小依賴於薄膜的厚度和結晶溫度。退火溫度是影響晶化效果的重要因素，在700℃以下的退火溫度範圍內，溫度越低，成核速率越低，退火時間相等時所能得到的晶粒尺寸越大；而在700℃以上，由於此時晶界移動引起了晶粒的相互吞併，使得在此溫度範圍內，晶粒尺寸隨溫度的公升高而增大。經大量研究表明，利用該方法制得的多晶矽晶粒尺寸還與初始薄膜樣品的無序程度密切相關，等人對初始材料的沉積條件對固相晶化的影響進行了研究，發現初始材料越無序，固相晶化過程中成核速率越低，晶粒尺寸越大。
由於在結晶過程中晶核的形成是自發的，因此，spc多晶矽薄膜晶粒的晶面取向是隨機的。相鄰晶粒晶面取向不同將形成較高的勢壘，需要進行氫化處理來提高spc多晶矽的效能。這種技術的優點是能製備大面積的薄膜，晶粒尺寸大於直接沉積的多晶矽。
可進行原位摻雜，成本低，工藝簡單，易於形成生產線。由於spc是在非
晶矽熔融溫度下結晶，屬於高溫晶化過程，溫度高於600℃，通常需要1100℃左右，退火時間長達10個小時以上，不適用於玻璃基底，基底材料採用石英或單晶矽，用於製作小尺寸器件，如液晶光閥、攝像機取景器等。
準分子雷射晶化(ela)
雷射晶化相對於固相晶化製備多晶矽來說更為理想，其利用瞬間雷射脈衝產生的高能量入射到非晶矽薄膜表面，僅在薄膜表層100nm厚的深度產生熱能效應，使a-si薄膜在瞬間達到1000℃左右，從而實現a-si向p-si的轉變。在此過程中，雷射脈衝的瞬間(15～50ns)能量被a-si薄膜吸收並轉化為相變能，因此，不會有過多的熱能傳導到薄膜襯底，合理選擇雷射的波長和功率，使用雷射加熱就能夠使a-si薄膜達到熔化的溫度且保證基片的溫度低於450℃，可以採用玻璃基板作為襯底，既實現了p-si薄膜的製備，又能滿足lcd及oel對透明襯底的要求。其主要優點為脈衝寬度短(15～50ns)，襯底發熱小。
通過選擇還可獲得混合晶化，即多晶矽和非晶矽的混合體。準分子雷射退火晶化的機理：雷射輻射到a-si的表面，使其表面在溫度到達熔點時即達到了晶化域值能量密度ec。
a-si在雷射輻射下吸收能量，激發了不平衡的電子-空穴對，增加了自由電子的導電能量，熱電子-空穴對在熱化時間內用無輻射復合的途徑將自己的能量傳給晶格，導致近表層極其迅速的公升溫，由於非晶矽材料具有大量的隙態和深能級，無輻射躍遷是主要的復合過程，因而具有較高的光熱轉換效率，若雷射的能量密度達到域值能量密度ec時，即半導體加熱至熔點溫度，薄膜的表面會熔化，熔化的前沿會以約10m/s的速度深入材料內部，經過雷射照射，薄膜形成一定深度的融層，停止照射後，融層開始以108～1010k/s的速度冷卻，而固相和液相之間的介面將以1～2m/s的速度回到表面，冷卻之後薄膜晶化為多晶，隨著雷射能量密度的增大，晶粒的尺寸增大，當非晶薄膜完全熔化時，薄膜晶化為微晶或多晶，若雷射能量密度小於域值能量密度ec，即所吸收的能量不足以使表面溫度公升至熔點,則薄膜不發生晶化。一般情況下,能量密度增大，晶粒增大，薄膜的遷移率相應增大，當si膜接近全部熔化時，晶粒最大。但能量受雷射器的限制，不能無限增大，太大的能量密度反而令遷移率下降。
雷射波長對晶化效果影響也很大，波長越長，雷射能量注入si膜越深，晶化效果越好。
ela法製備的多晶矽薄膜晶粒大、空間選擇性好，摻雜效率高、晶內缺陷少、電學特性好、遷移率高達到400cm2/是目前綜合性能最好的低溫多晶矽薄膜。工藝成熟度高，已有大型的生產線裝置，但它也有自身的缺點，晶粒尺寸對雷射功率敏感，大面積均勻性較差。重複性差、裝置成本高，維護複雜。
快速熱退火（rta）
一般而言，快速退火處理過程包含三個階段：公升溫階段、穩定階段和冷卻階段。當退火爐的電源一開啟，溫度就
隨著時間而上公升，這一階段稱為公升溫階段。單位時間內溫度的變化量是很容易控制的。在公升溫過程結束後，溫度就處於乙個穩定階段。
最後，當退火爐的電源關掉後，溫度就隨著時間而降低，這一階段稱為冷卻階段。用含氫非晶矽作為初始材料，進行退火處理。平衡溫度控制在600℃以上，奈米矽晶粒能在非晶矽薄膜中形成，而且所形成的奈米矽晶粒的大小隨著退火過程中的公升溫快慢而變化。
在公升溫過程中，若單位時間內溫度變化量較大時(如100℃/s)，則所形成奈米矽晶粒較小(1.6～15nm)；若單位時間內溫度變化量較小(如1℃/s)，則奈米矽粒較大(23～46nm)。進一步的實驗表明：
延長退火時間和提高退火溫度並不能改變所形成的奈米矽晶粒的大小；而在退火時，溫度上公升快慢直接影響著所形成的奈米矽晶粒大小。為了弄清楚公升溫量變化快慢對所形成的奈米矽大小晶粒的影響，採用晶體生長中成核理論。在晶體生長中需要兩步：
第一步是成核，第二步是生長。也就是說，在第一步中需要足夠量的生長仔晶。結果顯示：
公升溫快慢影響所形成的仔晶密度。若單位時間內溫度變化量大,則產生的仔晶密度大；反之，若單位時間內溫度變化量小，則產生的仔晶密度小。rta退火時公升高退火溫度或延長退火時間並不能消除薄膜中的非晶部分，薛清等人提出一種從非晶矽中分形生長出奈米矽的生長機理：
分形生長。從下到上，只要溫度不太高以致相鄰的奈米矽島不熔化，那麼即使提高退火溫度或延長退火時間都不能完全消除其中的非晶部分。
rta退火法製備的多晶矽晶粒尺寸小，晶體內部晶界密度大，材料缺陷密度高，而且屬於高溫退火方法，不適合於以玻璃為襯底製備多晶矽。
等離子體增強化學反應氣相沉積（pecvd）
等離子體增強化學反應氣相沉積（pecvd）法是利用輝光放電的電子來啟用化學氣相沉積反應的。起初，氣體由於受到紫外線等高能宇宙射線的輻射，總不可避免的有輕微的電離，存在著少量的電子。在充有稀薄氣體的反應容器中引進激發源（例如，直流高壓、射頻、脈衝電源等），電子在電場的加速作用下獲得能量，當它和氣體中的中性粒子發生非彈性碰撞時，就有可能使之產生二次電子，如此反覆的進行碰撞及電離，結果將產生大量的離子和電子。
由於其中正負粒子數目相等。故稱為等離子體，並以發光的形式釋放出多餘的能量，即形成「輝光」。在等離子體中，由於電子和離子的質量相差懸殊，二者通過碰撞交換能量的過程比較緩慢，所以在等離子體內部各種帶電粒子各自達到其熱力學平衡狀態，於是在這樣的等離子體中將沒有統一的溫度，就只有所謂的電子溫度和離子溫度。
此時電子的溫度可達104℃，而分子、原子、離子的溫度卻只有25～300℃。所以，從巨集觀上來看，這種等離子的溫度不高，但其內部電子卻處於高能狀態，具有較高的化學活性。若受激發的能量超過化學反應所需要的熱能啟用，這時受激發的電子能量（1～10ev）足以開啟分子鍵，導致具有化學活性的物質產生。
因此，原來需要高溫下才能進行的化學反應，通過放電等離子體的作用，在較低溫度下甚至在常溫下也能夠發生。
pecvd法沉積薄膜的過程可以概括為三個階段：
分解產生活性粒子si、h、sih2 和sih3等；
2.活性粒子在襯底表面的吸附和擴散；
3.在襯底上被吸附的活性分子在表面上發生反應生成poly-si層，並放出h2；研究表面，在等離子體輔助沉積過程中，離子、荷電集團對沉積表面的轟擊作用是影響結晶質量的重要因素之一。克服這種影響是通過外加偏壓抑制或增強。
對於採用pecvd技術製備多晶體矽薄膜的晶化過程,目前有兩種主要的觀點：一種認為是活性粒子先吸附到襯底表面,再發生各種遷移、反應、解離等表面過程,從而形成晶相結構，因此,襯底的表面狀態對薄膜的晶化起到非常重要的作用；另一種認為是空間氣相反應對薄膜的低溫晶化起到更為重要的作用,即具有晶相結構的顆粒首先在空間等離子體區形成,而後再擴散到襯底表面長大成多晶膜。對於sih4:
h2氣體系統,有研究表明,在高氫摻雜的條件下,當用rfpecvd的方法沉積多晶矽薄膜時,必須採用襯底加熱到600℃以上的辦法,才能促進最初成長階段晶核的形成。而當襯底溫度小於300℃時,只能形成氫化非晶矽(a-si:h)薄膜。
以sih4:h2為氣源沉積多晶矽溫度較高，一般高於600℃，屬於高溫工藝，不適用於玻璃基底。目前有報道用sic14:
h2或者sif4:h2為氣源沉積多晶矽，溫度較低，在300℃左右即可獲得多晶矽，但用cvd法製備得多晶矽晶粒尺寸小，一般不超過50nm，晶內缺陷多，晶界多。
金屬橫向誘導法(milc)
20世紀90年代初發現a-si中加入一些金屬如al，cu，au，ag，ni等沉積在a-si∶h上或離子注入到a-si∶h薄膜的內部，能夠降低a-si向p-si轉變的相變能量，之後對ni/a-si:h進行退火處理以使a-si薄膜晶化，晶化溫度可低於500℃。但由於存在金屬汙染未能在tft中應用。
隨後發現ni橫向誘導晶化可以避免孿晶產生，鎳矽化合物的晶格常數與單晶矽相近、低互溶性和適當的相變能量，使用鎳金屬誘導a-si薄膜的方法得到了橫向結晶的多晶矽薄膜。橫向結晶的多晶矽薄膜的表面平滑，具有長晶粒和連續晶界的特徵，晶界勢壘高度低於spc多晶矽的晶界勢壘高度，因此，milc tft具有優良的效能而且不必要進行氫化處理。利用金屬如鎳等在非晶矽薄膜表面形成誘導層，金屬ni與a-si在介面處形成nisi2的矽化物，利用矽化物釋放的潛熱及介面處因晶格失錯而提供的晶格位置，a-si原子在介面處重結晶，形成多晶矽晶粒，nisi2層破壞，ni原子逐漸向a-si層的底層遷移，再形成nisi2矽化物，如此反覆直a-si層基本上全部晶化，其誘導溫度一般在500℃，持續時間在10小時左右，退火時間與薄膜厚度有關。
金屬誘導非晶矽
晶化法製備多晶矽薄膜具有均勻性高、成本低、相連金屬掩蔽區以外的非晶矽也可以被晶化、生長溫度在500℃。但是milc目前它的晶化速率仍然不高，並且隨著熱處理時間的增長速率會降低。我們採用milc和光脈衝輻射相結合的方法，實現了a-si薄膜在低溫環境下快速橫向晶化，得到高遷移率、低金屬汙染的多晶矽帶。
結束語 除了上述幾種製備多晶矽薄膜的主要方法外，還有超高真空化學氣相沉積(uhv/cvd)、電子束蒸發等。用uhv/cvd生長多晶矽，當生長溫度低於550℃時能生成高質量細顆粒多晶矽薄膜，不用再結晶處理，這是傳統cvd做不到的，因此該法很適用於低溫多晶矽薄膜電晶體製備。另外，日立公司研究指出，多晶矽還可用電子束蒸發來實現，溫度低於530℃。
多晶矽純度的表示方法
太陽能電池，所需要的多晶矽到底要多純，這個問題是困擾各個多晶矽廠家的問題。有人說7n，有人說6n 有人說5n 就可以。其實，這些說法可能都不錯。首先，要對材料的定義術語來乙個約定。通常我們說6n 或5n 理論上，應當是指用100減去矽中所含有的所有雜質的濃度的百分比數目所得到的 9 的個數。例如，如...
多晶矽廢水
瑞潔特 平板膜在多晶矽廢水中的應用 隨著資訊科技和太陽能產業的飛速發展，全球對多晶矽的需求增長迅猛，市場供不應求。世界多晶矽的產量2005年為28750噸，其中半導體級為20250噸，太陽能級為8500噸。半導體級需求量約為19000噸，略有過剩 太陽能級的需求量為15600噸，供不應求。近年來，全...
多晶矽可研
合同編號 中電投新疆能源 中電投伊犁煤電矽一體化專案 專案名稱 20000噸 年多晶矽專案可行性研究報告編制合同 委託方 甲方 中電投新疆能源 中電投伊犁電矽一體化專案 受託方 乙方 華陸工程科技有限責任公司 簽訂時間 2011年月日 簽訂地點 新疆 有效期限 雙方履行本合同完畢之日 中華人民共和國...