本公司董事長黃海賓博士/教授寄語：各位科研屆老師、朋友們、同學(xué)們，大家好。本人從事材料和器件學(xué)習(xí)和研發(fā)工作已20余年，對(duì)材料、尤其是薄膜材料和器件技術(shù)略有心得，對(duì)材料和器件研究工作的激情和困難、彷徨和期待更是深有感觸。其中困難和期待的程度中排首位的就是“研發(fā)設(shè)備”，尤其是工藝設(shè)備。測試設(shè)備多為標(biāo)準(zhǔn)版，至少有進(jìn)口設(shè)備可以滿足。但工藝設(shè)備，要得到出彩的、優(yōu)異的材料或器件性能，多數(shù)研發(fā)工作者均希望可以定制化某些特殊的結(jié)構(gòu)或功能。但很可惜的是，多數(shù)的設(shè)備供應(yīng)商對(duì)機(jī)械、電氣很精通，但對(duì)材料和器件知識(shí)儲(chǔ)備理解不足。這導(dǎo)致對(duì)我們的需求不能充分理解，定制化設(shè)備總是差強(qiáng)人意，缺乏靈魂；而我們自行設(shè)計(jì)、加工、組裝調(diào)試，又耗時(shí)耗力，且畢竟跨專業(yè)工作，也有難度。本人研究過程中也是深受其苦，不得不逐漸走向了設(shè)備改進(jìn)促進(jìn)工藝技術(shù)進(jìn)步的道路。有了這近二十年設(shè)備和工藝協(xié)調(diào)研發(fā)改進(jìn)的經(jīng)歷，積累了許多這方面的經(jīng)驗(yàn)和理解。如果這些可以用于幫助其他與我有類似感觸的人，幫助大家很好的解決設(shè)備端的問題，讓大家可以騰出精力全力聚焦于材料和工藝方面的工作，我想應(yīng)該會(huì)對(duì)朋友們有所幫助的。期待與大家的交流探討，共同進(jìn)步!

　　熱絲CVD法，又名催化化學(xué)氣相沉積法。是一種相對(duì)新出現(xiàn)的化學(xué)氣相沉積法鍍膜方法。隨著研究的逐步深入，用其制備的很多種半導(dǎo)體、光學(xué)膜、太陽電池膜等性能超過了其它技術(shù)，比如說PECVD。因?yàn)槭且环N新設(shè)備，知道它的鍍膜研發(fā)和生產(chǎn)工作者很少，甚至設(shè)備企業(yè)也知之甚少。本公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)對(duì)其研發(fā)已近20年，設(shè)計(jì)生產(chǎn)了一系列基于該方法的設(shè)備。其中本系列產(chǎn)品是專門為基礎(chǔ)研發(fā)客戶準(zhǔn)備的。除了該方法和設(shè)備自身原有的特點(diǎn)外，最關(guān)鍵的特點(diǎn)是：
　　設(shè)備小巧（整臺(tái)設(shè)備尺寸一般不超過（長寬高）：1.5米*1.0米*1.8米）；
　　腔體個(gè)數(shù)和功能可根據(jù)使用者要求定制；
　　操作方便（全自動(dòng)、手動(dòng)模式均具備）；
　　性能優(yōu)良（近20年的經(jīng)驗(yàn)積累，必然出彩）。

圖片僅供參考，以實(shí)際設(shè)計(jì)為準(zhǔn)

　　熱絲CVD，又名催化化學(xué)氣相沉積。其英文名稱有：Catalytic-CVD(Cat-CVD)，Hot-wire CVD(HWCVD)，Hot Filament CVD(HoFCVD)。其鍍膜的基本原理如圖1（a）所示：在一個(gè)真空腔體中有一些直流電加熱的特種金屬絲，加熱絲的溫度維持在一定溫度（1700-2000℃，或者其它溫度范圍，根據(jù)鍍膜的材料特性要求調(diào)節(jié)）；通入反應(yīng)氣體（SiH4、H2等）；反應(yīng)氣體與高溫金屬絲碰撞，發(fā)生催化裂解，生成多種具有強(qiáng)烈活性的“不帶電”的基團(tuán)（Si、H、SixHy等）；這些活性基團(tuán)從熱絲表面隨機(jī)向四周發(fā)射；“落到”襯底上（如加熱到200℃左右的硅片）；在襯底表面反應(yīng)生成薄膜。

目前已經(jīng)獲得較好性能的應(yīng)用如下表所示：

　　參考文獻(xiàn)：H.Matsumura，,Thin Solid Films,679(2019)42-48.
　　詳細(xì)資料請(qǐng)聯(lián)系本公司取得。歡迎各方朋友蒞臨指導(dǎo)，交流洽談合作。
　　聯(lián)系方式：
　　黃先生
　　電話：13576906107；郵箱：hbhuang@hactech.cn。
　　地址：江西省九江市共青城市國家高新區(qū)火炬五路

　　附錄1 Matsumura教授是熱絲CVD技術(shù)的領(lǐng)軍者，在熱絲CVD技術(shù)發(fā)展過程中起到了舉足輕重的貢獻(xiàn)。他是2019年世界熱絲CVD技術(shù)大會(huì)的召集人/主席。以下文章是該會(huì)議上他做的對(duì)熱絲CVD技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的總結(jié)報(bào)告。總結(jié)了cat-CVD技術(shù)的研究和工業(yè)應(yīng)用的歷程及現(xiàn)狀，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了展望（https://doi.org/10.1016/j.tsf.2019.03.024翻譯稿）

Cat-CVD技術(shù)現(xiàn)狀、研究歷程及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用現(xiàn)狀
Hideki Matsumura，日本科學(xué)與技術(shù)高等研究所（JAIST）

摘要

　　本文總結(jié)了Cat-CVD（催化化學(xué)氣相沉積或熱絲CVD，HWCVD）技術(shù)的研究和工業(yè)應(yīng)用的歷程，除了討論Cat-CVD的特性和優(yōu)勢外，還探討了Cat-CVD在工業(yè)應(yīng)用中存在的問題及其克服方法。Cat-CVD技術(shù)已經(jīng)在多種電子器件的工業(yè)生產(chǎn)中使用，如異質(zhì)結(jié)太陽電池、超高頻晶體管等。催化線（熱絲）的使用壽命是工業(yè)應(yīng)用中嚴(yán)重關(guān)切的一個(gè)問題，可通過使用合金材料作為熱絲的方法予以解決。Cat-CVD最初尋求在傳統(tǒng)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）無法使用的領(lǐng)域中應(yīng)用，后來逐步擴(kuò)大到PECVD正在使用的領(lǐng)域。本文對(duì)Cat-CVD的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。
　　關(guān)鍵詞：催化化學(xué)氣相沉積；工業(yè)化應(yīng)用產(chǎn)品；產(chǎn)業(yè)化階段
　　1.引言
　　在制備電子器件時(shí)，高質(zhì)量薄膜沉積的溫度常低于300或400℃。為降低在襯底上成膜的反應(yīng)溫度，在遠(yuǎn)離襯底的地方預(yù)先分解源氣體分子的方法已被開發(fā)。1965年，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）作為一種空中的分子與等離子體的高能電子碰撞而分解的方法被發(fā)明[1,2]，自發(fā)明以來，用了10逾年的時(shí)間才得以在工業(yè)中應(yīng)用。
　　另一種方法是催化化學(xué)氣相沉積（Cat-CVD）：分子在加熱的催化金屬絲上進(jìn)行催化裂解反應(yīng)而分解。雖然已有一些使用熱絲的類似方法報(bào)道[3,4]，但人們認(rèn)為，是在80年代H.Matsumura[5,7]及其他課題組[8,9]率先采用Cat-CVD技術(shù)成功制備了非晶硅（a-Si）、氮化硅（SiNx）薄膜。在H.Matsumura首次報(bào)道10年后，Cat-CVD技術(shù)沉積SiNx薄膜于20世紀(jì)90時(shí)代至21世紀(jì)初實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用。與其他新技術(shù)相比，Cat-CVD的工業(yè)應(yīng)用化的速度并不慢。我們現(xiàn)在非常自信的說，Cat-CVD技術(shù)定會(huì)如PECVD一樣擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。
　　本文在簡要介紹Cat-CVD研究的歷程后，評(píng)述了Cat-CVD與PECVD相比的特性和優(yōu)勢，簡要總結(jié)了Cat-CVD技術(shù)的工業(yè)化現(xiàn)狀和發(fā)展前景。
　　2.Cat-CVD的特點(diǎn)；與PECVD有何不同
　　Cat-CVD中源氣體分子的分解機(jī)理完全不同于PECVD，這個(gè)差異使得Cat-CVD具有以下不同的特點(diǎn)。
　　2.1.薄膜和襯底無等離子損傷
　　利用PECVD和Cat-CVD技術(shù)在c-Si（100）方向上沉積a-Si薄膜，采用掃描透射電子顯微鏡（STEM）得到非晶硅-晶硅﹤110﹥方向界面圖，結(jié)果分別如圖1（a）、（b）所示。除了這些界面外，參考文獻(xiàn)[10]還報(bào)道了熱生長的二氧化硅（SiO2）和c-Si之間的界面（圖1（c）），SiO2/c-Si界面被認(rèn)為在c-Si電子器件中是最好的界面之一[11]。圖中，c-Si側(cè)觀察到很多距離約為0.15mm的Si-Si陣列，隨著向a-Si層或SiO2層過渡Si-Si陣列逐漸消失，PECVD制備的a-Si/c-Si、Cat-CVD制備的a-Si/c-Si及熱生長制備的SiO2/c-Si的過渡層寬度分別為1.8nm、0.6nm、1.0nm。STEM圖像是由通過a-Si/c-Si或SiO2/c-Si界面?zhèn)鬏數(shù)碾娮有纬傻?，這表明a-Si/c-Si和SiO2/c-Si的界面都存在著一定比例的衰減區(qū)；也即PECVD制備的a-Si/c-Si的界面有1.8nm長的粗糙區(qū)，而Cat-CVD制備的a-Si/c-Si界面非常光滑。PECVD制備的a-Si/c-Si的界面粗糙是因PECVD過程中等離子體對(duì)c-Si襯底有損傷。Cat-CVD制備的a-Si/c-Si界面的粗糙度甚至小于熱生長而成的SiO2/c-Si界面。近來，利用a-Si或SiO2鈍化c-Si表面用于開發(fā)高效晶硅太陽電池受到了極大的關(guān)注，如后文所述，從界面結(jié)構(gòu)的角度來看，Cat-CVD制備的a-Si/c-Si是最好的界面之一。

圖1 不同界面的STEM圖（a）PECVD制備的a-Si/c-Si，（b）Cat-CVD制備的a-Si/c-Si，（c）熱生長制備的SiO2/c-Si。從c-Si到a-Si或SiO2的過渡層寬度已被標(biāo)注

　　對(duì)于異質(zhì)結(jié)（SHJ）太陽電池，非晶硅與晶硅的結(jié)構(gòu)尤為重要，盡管采用PECVD技術(shù)在非晶/晶硅界面存在著等離子損傷，但也實(shí)現(xiàn)了晶硅太陽電池世界最高效率26.7%[12,13]，其載流子壽命約為4-8ms，密度為2×1015cm-3[13]。盡管有報(bào)道[14,15]非晶硅鈍化的載流子壽命超過10ms，但根據(jù)報(bào)道[13]，電阻率為1~5Ωcm的晶硅太陽電池，其壽命為4-8ms已足夠。Cat-CVD很容易獲得這個(gè)效率，報(bào)道[12,13]顯示PECVD也能獲得，可能的原因是當(dāng)?shù)入x子體功率較弱、損傷不十分嚴(yán)重時(shí)，硅烷源氣體在等離子體中產(chǎn)生的許多氫原子終止了等離子誘導(dǎo)的缺陷[16–18]。實(shí)際上，但在化合物半導(dǎo)體（如砷化鎵）上沉積薄膜時(shí)，氫原子除了消除缺陷外，還產(chǎn)生了其他效應(yīng)，PECVD中的等離子體損傷嚴(yán)重影響了器件的性能[19]。當(dāng)?shù)入x子較弱時(shí)，等離子損傷似乎并不嚴(yán)重；然而，通過提高沉積效率而提升生產(chǎn)效率，就需提高等離子功率；作為無等離子損傷的Cat-CVD方法，其優(yōu)勢體現(xiàn)的更加明顯，即使對(duì)于晶硅器件也如此。
　　2.2.Cat-CVD的氣體使用效率遠(yuǎn)高于PECVD
　　大規(guī)模制備SHJ太陽電池，采用Cat-CVD技術(shù)硅烷氣體的使用效率約為40%，而PECVD的僅為百分之幾。針對(duì)大規(guī)模制造生產(chǎn)SHJ太陽電池，Cat-CVD與PECVD氣體使用效率的比較結(jié)果[20]，如表1所示；可知，Cat-CVD的典型工藝壓力遠(yuǎn)低于PECVD，Cat-CVD中粒子產(chǎn)生的數(shù)量也遠(yuǎn)低于PECVD。因此，僅可通過更換腔壁上的護(hù)板來保證腔壁的清潔，其原因是薄膜強(qiáng)附著在護(hù)板上而未產(chǎn)生粉末。故減少了清潔的成本，使得Cat-CVD制備太陽電池的成本低于PECVD。

表1 大規(guī)模制造中硅烷氣體使用效率的比較

　　因射頻區(qū)域產(chǎn)生等離子體的閾值電壓較低，在PECVD中，為使等離子穩(wěn)定，故通常使用射頻（RF）等離子體。為將射頻源發(fā)生的足夠的功率輸送至工藝腔室，腔室內(nèi)的阻抗應(yīng)保持恒定。因此，沉積在腔壁上會(huì)導(dǎo)致射頻信號(hào)阻抗改變的薄膜必須頻繁的清洗去除。此外，由于PECVD中產(chǎn)生的是粉末狀的顆粒，在腔體內(nèi)壁貼防著板保護(hù)層的方式作用是不夠理想的，須采用等離子體刻蝕的方法進(jìn)行清洗，在PECVD總成本中，清洗用的刻蝕氣體（如三氟化氮）成本是較為顯著的一項(xiàng)。如圖3所示，根據(jù)太陽電池大批量生產(chǎn)的數(shù)據(jù)，熱絲CVD的氣體耗費(fèi)成本僅為PECVD的12%。
　　2.3.Cat-CVD中無帶電等離子體，可在任何尖銳邊緣襯底上沉積薄膜
　　這種特性已應(yīng)用在刀片上涂覆聚四氟乙烯（PTFE）薄膜，一些公司已在商店里出售這種刀片，但沒做任何的特殊說明。文獻(xiàn)[21]總結(jié)了Cat-CVD法在沉積PTFE薄膜以及其它方向的應(yīng)用。
　　2.4.Cat-CVD易大面積沉積薄膜
　　通過擴(kuò)大熱絲排列的面積，就非常容易增加沉積薄膜面積。特別的，當(dāng)熱絲向下垂直懸掛（如圖2所示），就可在熱絲的兩側(cè)分別沉積薄膜，使得生產(chǎn)效率翻倍。日本ULVAC公司的Cat-CVD設(shè)備具有類似的結(jié)構(gòu)，每小時(shí)可對(duì)2900個(gè)晶硅片沉積薄膜，成本至少比PECVD低10%，其主要原因是Cat-CVD氣體使用效率高。
　　圖3為采用Cat-CVD和PECVD大規(guī)模生產(chǎn)SHJ太陽電池的成本分析，是基于日本ULVAC公司最新的研討會(huì)上展示的大規(guī)模生產(chǎn)設(shè)備而得到的[20]。這項(xiàng)成本分析中，所有的基礎(chǔ)消耗成本，如天然氣、電力成本，均根據(jù)日本的數(shù)據(jù)評(píng)估的。
　　PECVD經(jīng)歷了很長的降本過程，未來進(jìn)一步降低成本已十分困難。但Cat-CVD只需延長熱絲的使用壽命，就很容易進(jìn)一步的降低成本。另外，如圖2所示，在熱絲的兩側(cè)放置載板，就可以使薄膜沉積的生產(chǎn)效率提高一倍。如果能開發(fā)4個(gè)或6個(gè)載板系統(tǒng)，生產(chǎn)力會(huì)大大提高，氮?dú)獾某杀荆▓D3）也會(huì)大幅降低.。對(duì)PECVD設(shè)備而言，如增加載板的數(shù)量，需增加額外的腔體或復(fù)雜的等離子體電極，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的成本增加，可能也不會(huì)減少氮?dú)夂腿杀?，Cat-CVD的優(yōu)勢更加明顯，未來的發(fā)展更值得期待。

圖2 立式大面積Cat-CVD裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 Cat-CVD和PECVD大規(guī)模制備SHJ太陽電池的成本分析

　　2.5.熱絲CVD的缺點(diǎn)及克服方法
　　現(xiàn)在，Cat-CVD在工業(yè)已成功應(yīng)用，且應(yīng)用領(lǐng)域還在擴(kuò)大。但這種方法有熱絲壽命是有限的這樣一個(gè)缺點(diǎn)。當(dāng)使用硅烷沉積非晶硅薄膜時(shí)，熱絲會(huì)轉(zhuǎn)化為金屬硅化物，最后金屬硅化物斷裂。硅化物的形成取決于熱絲材質(zhì)；當(dāng)鎢絲作為熱絲時(shí)，溫度在1800℃以上，能抑制硅化物的形成；當(dāng)鉭作為熱絲時(shí)，溫度略低于1700℃，能抑制硅化物的形成[22]；當(dāng)熱絲表面合金化時(shí)，硅化物的形成速率可能會(huì)被顯著的抑制。
　　K.Honda等系統(tǒng)研究了鎢絲的硅化物形成（如圖4、5），結(jié)果表明：當(dāng)溫度低于1650℃時(shí)，形成WSi2；當(dāng)溫度高于1750℃時(shí)，形成W5Si3。
　　在溫度分別為1750℃、1450℃下，采用電子顯微成像分析測量了鎢和硅的含量，結(jié)果如圖4（a）、（b）所示，清晰的看到鎢熱絲表面轉(zhuǎn)換成了其他類型的層，這些層包含著鎢和硅。圖5總結(jié)了硅化物相變化隨著溫度（Tcat）的變化情況[23]。
　　熱絲上的硅化物厚度（T）與時(shí)間（τ）的關(guān)系式如下。
　　其中B為速率常數(shù)，類似于硅襯底上氧化物的形成[24]。根據(jù)Honda的報(bào)道，當(dāng)溫度（Tcat）為1900℃時(shí)，速率常數(shù)B為2.5μm2/min；約24h就能形成600μm厚的W5Si3。

圖4 EPMA圖像及硅化物的光譜分析（a）Tcat=1750 °C、（b）Tcat=1450 °C

圖5 催化熱絲溫度與硅化物中W、Si含量的關(guān)系

　　圖6為催化劑鎢表面的EPMA圖像，當(dāng)溫度超過1850℃時(shí)，鎢表面轉(zhuǎn)化成了W5Si3（圖6（a））；當(dāng)溫度低于1650℃時(shí)，表面轉(zhuǎn)化成了WSi2（圖6（b））；生成幾十個(gè)微米厚的硅化物后，在2100℃的真空中保持1h，兩種硅化物中的硅原子蒸發(fā)而完全恢復(fù)成了純鎢，鎢絲的直徑幾乎恢復(fù)到了原來的值。即使在W5Si3樣品中去除硅原子后，鎢的表面看起來似乎很光滑，但當(dāng)富硅硅化物一旦形成，可能因體積的膨脹的原因，導(dǎo)致鎢絲表面出現(xiàn)了很多裂紋。

圖6 硅化物在真空中保持2100℃下加熱1h后的EPMA圖及光譜分析（a）硅化物為W5Si3，（b）硅化物為WSi2

　　采用Cat-CVD設(shè)備在溫度為1900℃沉積非晶硅薄膜24h，然后在2100℃溫度下加熱催化熱絲1h用于復(fù)原，可延長催化熱絲的使用壽命。但不適用于尺寸大于1m2的沉積非晶硅薄膜的大規(guī)模生產(chǎn)設(shè)備，一方面是催化熱絲加熱到2100℃需要大量的電，另一方面是鎢催化劑在高溫下循環(huán)加熱，使得其脆弱性增強(qiáng)。未來小尺寸的熱絲CVD設(shè)備是一個(gè)解決方案。
　　催化熱絲壽命問題最實(shí)用的解決方法是開發(fā)能抑制硅化物形成的催化合金。在1850℃下，工藝時(shí)間的平方根分別與純鎢和在鎢絲涂覆厚為10μm的W2C上的硅化物厚度的關(guān)系[25]，如圖7所示。由此推測，當(dāng)時(shí)間為900min時(shí)，硅化物的厚度依然保持小于20μm。

圖7 工藝時(shí)間的平方根與純鎢絲、鎢絲上附著10μm厚W2C分別形成的硅化物厚度的關(guān)系

　　I.T Martin等人[26]對(duì)碳化鉭（TaC）進(jìn)行了類似的嘗試，如圖8所示，碳化鉭（TaC）上的硅化物形成速率遠(yuǎn)低于純Ta，TaC對(duì)硅烷分子的解離度α比純Ta或W略大。當(dāng)溫度高于1850℃時(shí)，硅烷的解離度超過了0.2。通常單硅烷分子與催化熱絲的碰撞次數(shù)（N）為5-10次。氣體使用效率（γ）、解離度（α）、與碰撞次數(shù)（N）的關(guān)系式如下。

　　當(dāng)α為0.2、N為5時(shí)，γ的值是67%，但N為10，γ高達(dá)90%。
　　表面合金層能有效減少硅化物形成的速率。要形成硅化物，需要很多硅原子聚集到某處超過臨界值形成晶核，進(jìn)而生長成硅化物層。如果催化熱絲的表面含有不同類型的元素，與硅原子的鍵能各異，其核的形成就會(huì)被抑制。
　　除了W2C和TaC之外，還有其它一些Ta的化合物也被研究了[27]。低能耗和高催化解離特性的催化材料研究仍然持續(xù)進(jìn)行中。
　　2.6.工業(yè)化現(xiàn)狀
　　解決催化熱絲壽命問題的一種可行方法是將其制造成盒式系統(tǒng)。許多熱絲存于一個(gè)盒子中，當(dāng)熱絲表面生產(chǎn)過多的硅化物后，可以很容易的將新的熱絲從盒子中拉出且取代舊的熱絲。圖9是其量產(chǎn)型設(shè)備的一種模型，在這種情況下，Cat-CVD中源氣體成本降低和使用催化盒式結(jié)構(gòu)成本增加之間的平衡決定了Cat-CVD取代PECVD是否有優(yōu)勢。實(shí)際上，即使周期性的更換熱絲引起了成本增加，熱絲CVD的總成本仍然比PECVD低10%[20]。

圖9 催化熱絲安裝在盒子里的一種用于大規(guī)模生產(chǎn)的Cat-CVD設(shè)備模型

　　據(jù)Q.Wang[28]報(bào)道，采用Cat-CVD設(shè)備大面積沉積薄膜制造SHJ太陽電池已經(jīng)在工廠安裝使用。安裝6個(gè)月后，在2017年大規(guī)模生產(chǎn)線上的SHJ太陽電池效率已高達(dá)23%。
　　圖10是由Q.Wang提供的Cat-CVD設(shè)備在企業(yè)大規(guī)模制備SHJ太陽電池的效率數(shù)據(jù)，其Cat-CVD設(shè)備數(shù)據(jù)如圖3和表1所示。在大規(guī)模制備期間，太陽電池的效率也在逐漸升高。由圖可知，在工廠安裝Cat-CVD設(shè)備僅1個(gè)月后就可以大規(guī)模生產(chǎn)制備SHJ太陽電池，這表明量產(chǎn)型的Cat-CVD設(shè)備穩(wěn)定性非常好。

圖10 一家太陽能公司采用Cat-CVD設(shè)備用于大規(guī)模制備SHJ太陽電池的效率數(shù)據(jù)

　　如前所述，Cat-CVD已應(yīng)用于制備化合物半導(dǎo)體器件。使用Cat-CVD技術(shù)沉積薄膜制成的器件已經(jīng)用于通信衛(wèi)星、汽車上的雷達(dá)及光通信的半導(dǎo)體激光等領(lǐng)域[29]，還有很多其他不同的工業(yè)領(lǐng)域正在嘗試中。表2總結(jié)了一些應(yīng)用，并附有參考文獻(xiàn)。利用熱絲CVD或相關(guān)技術(shù)用來制備有機(jī)薄膜（被稱為iCVD）[30]也出現(xiàn)了新的廣闊應(yīng)用領(lǐng)域。
　　Cat-CVD的發(fā)明比PECVD晚了約20年，它的應(yīng)用正在向更廣的范圍和更高的水平邁進(jìn)。我們相信其在未來肯定會(huì)越來越重要。

表2 熱絲CVD的工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀及相關(guān)技術(shù)

　　3.結(jié)論
　　本文中簡要的介紹了Cat-CVD的特性、優(yōu)勢及劣勢，表2總結(jié)了產(chǎn)業(yè)實(shí)施的例子及若干實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的嘗試。根據(jù)以上的討論，針對(duì)Cat-CVD技術(shù)現(xiàn)狀有以下結(jié)論：1）Cat-CVD作為無等離子損傷的方法已成功被用于制備化合物半導(dǎo)體器件。在硅器件中，當(dāng)使用氫化氣體作為源氣體時(shí)，因源氣體能提供氫原子可以鈍化減少缺陷，導(dǎo)致Cat-CVD相比PECVD的優(yōu)勢不是那么明顯。但在PECVD應(yīng)用中，為了提高生產(chǎn)效率而提高PECVD等離子體功率，就會(huì)加劇等離子體損傷，那時(shí)Cat-CVD的優(yōu)勢會(huì)再次變得顯著。2）Cat-CVD是一種對(duì)襯底無任何損傷、界面光滑的薄膜制備方法。Cat-CVD因低成本和無等離子體損傷的特性已被用于制備SHJ太陽電池和超高頻晶體管。3）Cat-CVD還可以作為一種新的技術(shù)，在各種材料（剃須刀片）上鍍層。4）在工業(yè)領(lǐng)域，很多種Cat-CVD技術(shù)將被逐漸開發(fā)，獲得應(yīng)用。最終其應(yīng)用范圍將像PECVD一樣廣泛。
　　致謝
　　本文采用了由新能源和工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織（NEDO）資助的“晶硅太陽電池（2015-2020）”項(xiàng)目的很多數(shù)據(jù)。表1和圖3、10的數(shù)據(jù)由ULVAC公司的H.Takahashi和晶科太陽的Q.Wang提供。這些數(shù)據(jù)是在他們第一屆國際異質(zhì)結(jié)太陽電池研討會(huì)和第10屆國際熱絲-化學(xué)氣相沉積會(huì)議上口頭報(bào)告的。本文中使用H.Takahashi和Q.Wang材料得到了他們的許可，對(duì)此，我非常感謝。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]H.F.Sterling,R.C.G.Swann,Chemical vapour deposition promoted by R.F.discharge,Solid State Electr.8(1965)653–654.
　　[2]S.M.Hu,Properties of amorphous silicon nitride films,J.Electrochem.Soc.113(1966)693–698.
　　[3]H.Wiesmann,A.K.Ghosh,T.McMahon,Myron Strongin,a-Si:H produced by hightemperature
　　thermal decomposition of silane,J.Appl.Phys.50(1979)3752–3754.
　　[4]S.Matsumoto,Y.Sato,M.Kamo,N.Setaka,Vapor deposition of diamond particles from methane,Jpn.J.Appl.Phys.21(1982)L183–L185.
　　[5]H.Matsumura,H.Ihara,H.Tachibana,Hydro-fluorinated amorphous-silicon made by thermal CVD(Chemical Vapor Deposition)method,Proc.of the 18th IEEE Photovoltaic Specialist Conference,Las Vegas,USA,Oct.21–25,1985,pp.1277–1282.
　　[6]Hideki Matsumura,Catalytic Chemical Vapor Deposition(CTL-CVD)method producing high quality hydrogenated amorphous silicon,Jpn.J.Appl.Phys.25(1986)L949–L951.
　　[7]Hideki Matsumura,Silicon nitride produced by catalytic chemical vapor deposition method,J.Appl.Phys.66(1989)3612–3617.
　　[8]J.Doyle,R.Robertson,G.H.Lin,M.Z.He,A.Gallagher,Production of high-quality amorphous silicon films by evaporative silane surface decomposition,J.Appl.Phys.64(1988)3215–3223.
　　[9]Kanji Yasui,Hirohisa Katoh,Kazuki Komaki,Shigeo Kaneda,Amorphous SiN films grown by hot-filament chemical vapor deposition using monomethylamine,Appl.Phys.Lett.56(1990)898–900.
　　[10]H.Matsumura,K.Higashimine,K.Koyama,K.Ohdaira,Comparison of crystallinesilicon/amorphous-silicon interface prepared by plasma enhanced chemical vapor deposition and catalytic chemical vapor deposition,J.Vaccine Sci.Technol.B 33(2015)031201.
　　[11]For instance,S.M.Sze,K.N.G.Kwok,Physics of Semiconductor Devices,3rd edition,John Wiley&Sons,USA,2006 Chapter 4.
　　[12]K.Yoshikawa,W.Yoshida,T.Irie,H.Kawasaki,K.Konishi,H.Ishibashi,T.Asatani,D.Adachi,M.Kanematsu,H.Uzu,K.Yamamoto,Exceeding conversion efficiency of 26%by heterojunction interdigitated back contact solar cell with thin film Si technology,Sol.Energy Mater.Sol.Cells 173(2017)37–42.
　　[13]K.Yoshikawa,H.Kawasaki,W.Yoshida,T.Irie,K.Konishi,K.Nakano,T.Uto,D.Adachi,M.Kanematsu,K.Yamamoto,Nat.Energy 2(2017)17032.
　　[14]K.Koyama,K.Ohdaira,H.Matsumura,Extremely low surface recombination velocities on crystalline silicon wafers realized by catalytic chemical vapor deposited SiNx/a-Si stacked passivation layers,Appl.Phys.Lett.97(2010)082108.
　　[15]B.A.Veith-Wolf,J.Schmidt,Unexpectedly high minority-carrier lifetimes exceeding 20 ms measured on 1.4Ωcm n-type silicon wafers,Phys.Status Solidi(RRL)(11)(2017)1200235.
　　[16]J.Pankove,M.Tarng,Amorphous silicon as a passivant for crystalline silicon,Appl.Phys.Lett.34(1979)156–157.
　　[17]D.Benoit,J.Regolini,P.Mortin,Hydrogen desorption and diffusion in PECVD silicon nitride,application to passivation of CMOS active pixel sensors,Microelectron.Eng.84(2007)2169–2172.
　　[18]A.Descoeudres,L.Barraud,S.De Wolf,B.Strahm,D.Lachenal,C.Guerin,Z.C.Holman,F.Zicarelli,B.Demaurex,J.Seif,J.Holovsky,C.Ballif,Improved amorphous/crystalline silicon interface passivation by hydrogen plasma treatment,Appl.Phys.Lett.99(2011)123506.
　　[19]R.Hattori,G.Nakamura,S.Nomura,T.Ichise,A.Masuda,H.Matsumura,Noise reduction of pHEMTs with plasmaless SiN passivation by catalytic-CVD,Technical Digest of 19th Annual IEEE GaAs IC Symposium,Anaheim,California,USA,Oct.12-15,1997,pp.78–80.
　　[20]H.Takahashi,ULVAC Inc.,shared at the 1st International Workshop on SHJ Solar Cells held in October 25–26,2018 in Shanghai,China,in a presentation titled"Progress of mass-production system for SHJ PV"and reproduced here with permission.
　　[21]G.Ozaydin-Ince,A.M.Coclite,K.K.Gleason,CVD of polymetric thin films:applications in sensors,biotechnology,microelectronics/organic electronics,microfluidics,MEMS,composites and membranes,Rep.Prog.Phys.75(2012)016501.
　　[22]N.Kniffler,A.Pflueger,D.Scheller,B.Schroeder,Degradation and silicidation of Ta-and W-filaments for different temperatures,Thin Solid Films 517(2009)3424–3426.
　　[23]K.Honda,K.Ohdaira,H.Matsumura,Study on silicidation process of tungsten catalyzer during silicon film deposition in catalytic chemical vapor deposition,Jpn.J.Appl.Phys.47(2008)3692–3698.
　　[24]A.S.Grove,Physics and Technology of Semiconductor Devices,John Wiley&Sons,New York,1967 ISBN 0 471 32998 3 34.(Chapter 2).
　　[25]Kazuhiro Honda,Change of Catalyzing Wires Used in Cat-CVD System and Suppression of its Changes,JAIST PhD thesis,March 2008,(2008)(Chapter 5.[In Japanese).
　　[26]I.T.Martin,C.W.Teplin,P.Stradins,M.Landry,M.Shub,R.C.Reedy,B.To,J.V.Portugal,J.T.Mariner,High rate hot-wire chemical vapor deposition of silicon thin films using a stable TaC covered graphite filament,Thin Solid Films 519(2011)4585–4588.
　　[27]S.Osono,M.Hashimoto,S.Asari,Cat-CVD Apparatus,Applied from ULVAC,Japanese Patent,Open Number P.2008-300793A,Application Number 2007-148306,(2008).
　　[28]Data from Q.Wang,Jinko Solar,shared at the 10th International Conference on Hot Wire(Cat)and Initiated Chemical Vapor Deposition,held in September 3-6,2018,as Th-KE-1s,in Kitakyushu,Japan,in a presentation titled"HW/CAT-CVD for highperformance crystalline silicon heterojunction solar cells"and reproduced here withpermission.
　　[29]Y.Hirano,Research History of High-Frequency,Optical Devices and Their Future Development,88 Technical Report of Mitsubishi Electric Corp.,2014 102(588)-105(591).[In Japanese].
　　[30]K.Chan,K.K.Gleason,Initiated chemical vapor deposition of linear and crosslinked poly(2-hydroxyethyl methacrylate)for use as thin film hydrogels,Langmuir 21(2005)8930–8939.
　　[31]Y.Akasaka,Application of cat-CVD for ULSI technology,Thin Solid Films 516(2008)773–778.
　　[32]M.Yamamura,T.Matsuki,T.Robata,T.Watanabe,S.Inmumiya,K.Toril,T.Saitou,H.Amai,Y.Nara,M.Kitazoe,Y.Yuba,Y.Akasaka,Improvement in NBTI by catalytic-CVD nitiride for hp-65nm technology,2005 Symposium on VLSI TechnologyDigest of Technical Papers,June 14-16 in 2005,at Kyoto,Japan,6A-2 2005,pp.25–26.
　　[33]Tomoki Oku,Masahiro Totsuka and Ryo Hattori,Application of Cat-CVD to Wafer Fabrication of GaAs FET,Extended Abstract of the 1st International Conference on Cat-CVD(Hot-Wire CVD)Process,November 14–17,2000,at Kanazawa,Japan,249–252.
　　[34]Masataka Higashiwaki,Toshiaki Matsui,Tadashi Mimura,AlGaN/GaN MIS-HFETs with fT of 163 GHz using cat-CVD SiN gate-insulating and passivation layers,IEEE Electr.Dev.Lett.27(2006)16–18.
　　[35]Masataka Higashiwaki,Tadashi Mimura,Toshiaki Matsui,GaN-based FETs using Cat-CVD SiN passivation for millimeter-wave application,Thin Solid Films 516(2008)548–552.
　　[36]H.Meiling,R.E.I.Schropp,Stability of hot-wire deposited amorphous-silicon thinfilm transistors,Appl.Phys.Lett.69(1996)1062–1064.
　　[37]R.E.I.Schropp,S.Nishizaki,Z.S.Houweling,V.Verlaan,C.H.M.van der Werf,H.Matsumura,All hot wire CVD TFTs with high deposition rate silicon nitride(3nm/s),Solid State Electron.52(2008)427–431.
　　[38]R.E.I.Schropp,B.Stannowski,J.K.Rath,C.H.M.van der Werf,Y.Chen,S.Wagner,Low temperature poly-Si layers deposited by Hot Wire CVD yielding a mobility of4.0cm2/Vs in top gate Thin Film Transistors,Materials Research Society Symp.Proc.609 2000 A31.3.
　　[39]H.Matsumura,H.Umememoto,A.Izumi,A.Masuda,Recent progress of Cat-CVD research in Japan—bridging between the first and second Cat-CVD conferences,Thin Solid Films 430(2003)7–14.
　　[40]A.Saboundji,N.Colon,A.Gorin,H.Lhermite,T.Mohammed-Brahim,M.Fonrodona,J.Bertomeu,J.Andreu,Top-gate microcrystalline silicon TFTs processed at low temperature(200°C),Thin Solid Films 487(2005)227–231.
　　[41]Yohei Ogawa,Keisuke Ohdaira,Tkuya Oyaidu,Hideki Matsumura,Protection of organic light-emitting diodes over 50,000 hours by cat-CVD SiNx/SiOxNy stacked thin films,Thin Solid Films 516(2008)611–614.
　　[42]D.A.Spee,C.H.M.van der Werf,J.K.Rath,R.E.I.Schropp,Excellent organic/inorganic transparent thin film moisture barrier entirely made by hot wire CVD at 100°C,Phys.Status Solidi(RRL)6(2012)151–153.
　　[43]Brent P.Nelson,Eugene Iwaniczko,A.Harv Mahan,Qi.Wang,Yueqin Xu,Richard S.Crandall,Howard M.Branz,High-deposition rate a-Si:H n-i-p solar cells grown by HWCVD,Thin Solid Films 395(2001)292–297.
　　[44]Bernd Schroeder,Urban Weber,Holger Sceitz,Andrea Ledermann,Chandrachur Mukherjee,Current status of the thermo-catalytic(hot-wire)CVD of thin silicon films for photovoltaic application,Thin Solid Films 395(2001)298–304.
　　[45]C.H.M.van der Werf,H.D.Goldbach,J.Löffler,A.Scarfó,A.M.C.Kylner,B.Stannowski,W.M.ArnoldBik,A.Weeber,H.Rieffe,W.J.Soppe,J.K.Rath,R.E.I.Schropp,Silicon-nitride at high deposition rate by Hot Wire Chemical Vapor Deposition as passivating and antireflection layer on multicrystalline silicon solar cells,Thin Solid Films 501(2006)51–54.
　　[46]Leon W.Veldhuizen,Wouter J.C.Vijselaar,Henriëtte A.Gatz,Jurriaan Huskens,Ruud E.I.Schropp,Textured and micropillar silicon heterojunction solar cells with hot-wire deposited passivation layers,Thin Solid Films 53(2017)66–72.
　　[47]Akira Izumi,Hideki Matsumura,Photoresist removal using atomic hydrogen generated by heated Catalyzer,Jpn.J.Appl.Phys.41(2002)4639–4641.
　　[48]M.Yamamoto,K.Maejima,H.Umemoto,K.Ohdaira,T.Shikama,T.Nishiyama,H.Horibe,Enhancement of removal uniformity by oxygen addition for photoresist removal using H radicals generated on a tungsten hot-wire catalyst,J.Photopolymer Sci.Technol.29(2016)639–642.
　　[49]Kumi Motai,Hiroaki Oizumi,Shinji Miyagaki,Iwao Nishiyama,Akira Izumi,Tomoya Ueno,Akira Namiki,Cleaning technology for EUV multilayer mirror using atomic hydrogen generated with hot wire,Thin Solid Films 516(2008)839–843.
　　[50]Nguyen Thi Thanh Kieu,Keisuke Ohdaira,Tatsuya Shimoda,Hideki Matsumura,Novel technique for formation of metal lines by functional liquid containing metal nanoparticles and reduction of their resistivity by hydrogen treatment,J.Vac.Sci.Technol.B 28(2010)776–782.
　　[51]Hideki Matsumura,Taro Hayakawa,Tatsunori Ohta,Yuki Nakashima,Motoharu Miyamoto,Trinh Cham Thi,Koichi Koyama,Keisuke Ohdaira,Catdoping:Novel method for phosphorus and boron shallow doping in crystalline siliconat 80°C,J.Appl.Phys.116(2014)114502.