Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
Методы осаждения тонких пленок
49
паров в сверхвысоковакуумной системе. Пучок паров низкой плотности получают с помощью точечного испарителя, внутри которого пары находятся под высоким давлением. Молекулярно-лучевая эпитаксия относится к низкоскоростным методам осаждения, однако важное достоинство этого метода состоит в том, что он позволяет осуществлять весь комплекс исследований, требующих условий сверхвысокого вакуума, и получать информацию о структуре, топографии, элементном составе, распределении элементов и о химическом состоянии поверхности пленки в процессе ее роста. Установка для молекулярно-лучевой эпитаксии может содержать масс-спектрометр с квадрупольным фильтром масс для анализа состава паровой фазы, ионный источник, масс-спектрометр для исследования вторичных ионов, сканирующий оже-микроанализатор, а также аппаратуру для изучения пленок методами электронной спектроскопии для химического анализа, дифракции медленных и быстрых электронов. Поддерживая скорость осаждения на низком уровне (<0,1 нм/с) и используя сверхчистые подложки, можно выращивать эпитаксиальные пленки с высокой степенью совершенства структуры при относительно низкой температуре подложки. При осаждении многокомпонентных соединений возможны в буквальном смысле послойный контроль и управление процессами конденсации и химического взаимодействия различных адсорбированных атомов.
Очень низкие скорости осаждения при молекулярно-лучевой эпитаксии позволяют получать многослойные структуры на основе одного или нескольких материалов с заранее предусмотренной последовательностью слоев, имеющих толщину примерно от 1 нм до нескольких микрометров, благодаря чему возможно создание сверхрешеток, гетероструктур, гетеропереходов и структур с плавно изменяющимися составом или свойствами. Формирование структуры может быть завершено осаждением слоя материала с необходимыми свойствами, обеспечивающего пассивацию, защиту поверхности или изменение работы выхода. Помимо этого посредством использования соответствующих масок и заслонок или путем «вычерчивания» заданного рисунка с помощью сфокусированного узкого (диаметром ~ 10 мкм и менее) пучка пара можно получать пленки с объемным рельефом.
Метод молекулярно-лучевой эпитаксии, требующий применения сложного дорогостоящего оборудования, в основном используется для проведения фундаментальных исследований процесса эпитаксиального осаждения и в некоторых областях микроэлектроники. Несомненно, представляет интерес идея использования сфокусированных пучков пара, процесс конденсации которых можно регулировать, для изучения многопереход-пых солнечных элементов новой структуры или нового типа.
50
Глава 2
Метод молекулярно-лучевой эпитаксии и его упрощенные модификации широко применяются для осаждения соединений элементов II—VI и III—V групп, в частности трехкомпонентных соединений на основе GaAs (например, Al^Ga^As, Ini_*GaxAs и GaSbi-yAsy) и гетероструктур, в состав которых входят четырехкомпонентные соединения (GaxIni-^AsyP^ — InP). С помощью молекулярно-лучевой эпитаксии получают солнечные элементы со структурой Ga^A^As — GaAs. Этот метод и области его применения рассмотрены Эсаки и Чангом [9] и Артуром [10].
2.2.2.3 Графоэпитаксия
Пленки, осаждаемые из паровой фазы на аморфные подложки, обычно имеют поликристаллическую структуру. При соответствующих условиях осаждения могут быть получены частично текстурированные пленки, т. е. пленки с предпочтительной ориентацией зерен. Недавно Смитом и др. [11, 12] было установлено, что при создании на аморфных подложках (в данном случае из Si02) поверхностного рельефа в виде регулярно расположенных штрихов с определенным периодом и профилем в осажденных текстурированных пленках (рассматривались пленки Si), которые повторяют рельеф подложки, в результате рекристаллизации под действием лазерного излучения (6 Вт) зерна приобретают преимущественную ориентацию. При этом направление выделенной оси текстуры совпадает с направлением штрихов. Согласно результатам, полученным исследовательской группой лаборатории им. Линкольна, расстояние между штрихами не должно быть больше характерного размера зерен осаждаемой пленки. При создании методом фотолитографии на подложке из Si02, покрытой слоем хрома, микрорельефа с периодом 3,8 мкм и профилем квадратной формы у пленок кремния толщиной 500 нм, получаемых методом химического осаждения из паровой фазы, кристаллографическая плоскость (100) параллельна подложке, а направления <001 > параллельны направлению штрихов. Для создания пленки с плоскостью текстуры (111) потребовалась бы подложка со сложным для игзотовления рельефом пилообразной формы. Метод графоэпитаксии пока представляет лишь академический интерес, и вопрос о направлениях его практического применения остается открытым, тем не менее он привлекает внимание возможностью получения для солнечных элементов кристаллических пленок большой площади путем осаждения паров кремния на аморфные подложки из углерода и других электропроводящих материалов с поверхностным рельефом, создаваемым методом рентгеновской литографии.
