Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
2.2.1.2 Частицы пара
Лишь ограниченное число веществ, к которым относятся'
S, Se, Те, Bi, Sb, Р и As, при определенных температурах ис-
паряется в виде многоатомных кластеров; при испарении остальных элементарных веществ, находящихся в твердой фазе (сублимация) или в жидком состоянии, образуются нейтральные атомы. Вследствие термической ионизации атомов пар< может содержать незначительное количество заряженных: частиц.
Испарение сплавов и соединений обычно сопровождается диссоциацией или ассоциацией либо обоими процессами одно-
временно. В том случае, когда летучесть компонентов сплавов;
и соединений значительно отличается, происходит термическое
разложение. Если компоненты имеют одинаковую летучесть, их
испарение протекает с близкой скоростью. Испарение соедине-
ний при различной летучести компонентов приводит к тому,, что состав пара и конденсата отличается от состава источника. Различие в составе возрастает в том случае, когда пар состоит
из атомов, имеющих разные коэффициенты конденсации. Как правило, при повышении температуры испарения и уменьшении^
Методы осаждения тонких пленок
41
давления паров преобладающим становится процесс диссоциации. Например, вследствие диссоциации бинарных оксидов, испаряемых при высокой температуре, источник и конденсат имеют различный состав. Лишь небольшое число соединений, таких, как MgF2, В20з, CaF2, SiO, GeO и SnO, при испарении не диссоциирует.
Компоненты сплавов испаряются независимо друг от друга, преимущественно в виде отдельных атомов, даже в том случае, когда чистый элемент испаряется в виде молекул. Применение закона Рауля для описания процесса испарения жидкого сплава дает следующее выражение для отношения количества атомов компонентов А и В в потоке пара:
Здесь С а и Св — атомные концентрации соответствующих компонентов сплава. Отличие в поведении реального жидкого сплава по сравнению с идеальным раствором учитывается путем введения в данное уравнение коэффициента активности.
Создавая условия для химического взаимодействия содержащихся в паре частиц различных веществ либо в процессе их перемещения от источника к подложке, либо непосредственно на поверхности подложки, можно получать пленки различных сплавов и соединений. Протекание процесса реактивного испарения, безусловно, зависит от кинетических и термодинамических свойств определенной системы паров.
Эффективность процесса осаждения испаренных веществ значительно возрастает при повышении реакционной способности частиц пара. Одним из способов повышения реакционной способности является ионизация частиц пара посредством их бомбардировки быстрыми электронами, испускаемыми нагретым источником. Другой способ заключается в том, что ионы одного из взаимодействующих компонентов создают с помощью тлеющего разряда, через который проходят частицы других компонентов. Этот метод, называемый «активированным реактивным испарением», успешно применяется для получения пленок смеси оксидов индия и олова (ITO) и Cu2S с очень хорошими оптическими и электрическими свойствами. Еще один метод повышения эффективности процесса осаждения состоит в получении атомарных форм стабильных двухатомных молекул, в том числе 02 (для осуществления окисления), Н2 (при осаждении гидридов) и N2 (при получении нитридов). К примеру, пленки гидрогенизированного аморфного кремния осаждают при испарении Si в присутствии атомарного водорода,
(2.2)
2.2.1.3 Реактивное испарение
42
Глава 2
получаемого посредством пиролиза Н2 на раскаленной вольфрамовой нити [7].
2.2.1.4 Испарители
Температуру материала, предназначенного для испарения, можно повысить путем прямого или косвенного нагрева. Наиболее простым и общепринятым является метод резистивного нагрева нити или лодочки, на которые помещают испаряемый материад, Промышленность выпускает нити и лодочки [2, 3] разнообразных форм и размеров из ряда материалов, предназначенные для испарения широкого набора веществ и различных областей применения. Для нескольких стандартных испарителей распределение паров испаряемых веществ по направлениям хорошо известно и рассмотрено в учебниках.
При изотропном испарении из точечного испарителя скорость осаждения частиц на поверхность плоского приемника пропорциональна cos0/r2 („закон косинуса” Кнудсена). Здесь г —расстояние между приемником и испарителем, а 0 — угол между направлением испарения и нормалью к поверхности приемника. При использовании испарителя малой площади скорость осаждения частиц на поверхность плоского приемника, параллельную поверхности испарения, пропорциональна cos20/r2.
Для испарения материалов с высоким давлением паров, в том числе полупроводников, обычно применяют точечные источники испарения и испарители прямоканального типа. На рис. 2.1 показаны три типа таких испарителей. Благодаря узкому выходному отверстию пары находятся внутри испарителя в однородном и равновесном состоянии. Испаритель, применяемый в нашей лаборатории для испарения C.dS и аналогичных материалов, представляет собой кварцевый баллон с узким горлом. Отверстие для выхода паров снабжено молибденовой заслонкой конической формы, установленной в верхней части баллона. В баллон загружают спеченный порошок CdS и его нагрев осуществляют с помощью цилиндрического молибденового нагревателя, окруженного тепловым экраном из волокнистого диэлектрического материала и тантала. Другой вариант конструкции такого испарителя, используемого исследователями из университета шт. Делавэр (США) для управляемого испарения (CdZn)S, представляет собой два коаксиальных графитовых испарителя, окруженных цилиндрическим танталовым нагревателем резистивного типа. Необходимое соотношение между скоростями испарения CdS и ZnS при наличии одного нагревателя устанавливается путем подбора физических параметров коаксиальных испарителей.
