Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
Процесс разложения, называемый также пиролизом, может быть высокотемпературным, требующим нагрева подложки до температуры выше 600 °С, и низкотемпературным, осуществляемым в диапазоне температур от комнатной до 600 °С. При высокой температуре разлагаются галогениды металлов, в частности йодиды. К соединениям, которые разлагаются при низкой температуре, относятся гидриды металлов, карбонилы металлов, сложные карбонильные соединения, основная часть металлоорганических соединений, борогидриды металлов и некоторые из наиболее неустойчивых галогенидов металлов и карбонилгалогенидов.
96
Глава 2
При проведении пиролиза в условиях низкого давления паров или при получении большого количества продуктов реакции разложения подложку необходимо нагревать до более высокой температуры. Повышение температуры подложки благоприятно сказывается на качестве кристаллической структуры, стехиометрии, степени чистоты и адгезии осаждаемого слоя.
Несмотря на простоту процесса разложения, могут возникнуть определенные проблемы, связанные с образованием нескольких нелетучих остаточных продуктов реакции, таких, как углерод (входящий в состав карбонильных и металлоорганических соединений), бор (из борогидридов) и оксиды (из кислородсодержащих соединений). При электронной бомбардировке, применяемой для активации процесса разложения, происходит превращение адсорбированных на поверхности подложки различных силиконовых масел в SiO и Si02, которые содерждт включения, представляющие собой компоненты органических соединений [109].
2.3 .4.1 в. Восстановление. Процесс восстановления можно рассматривать как процесс разложения какого-либо соединения при участии еще одного реакционноспособного вещества. В этом случае осаждение пленки происходит при более низкой температуре по сравнению с температурой пиролиза первого компонента. В качестве восстановителя применяют водород или пары металла, в то время как осаждаемое вещество может входить в состав галогенидов металлов, карбонилгалогенидов, оксигало-генидов и других кислородсодержащих соединений. В некоторых случаях при осуществлении пиролиза введение восстановителя в пары реакционноспособных веществ предотвращает нежелательную конденсацию оксидов или карбидов металлов совместно с осаждаемой пленкой. Скорость реакции восстановления при химическом осаждении из паровой фазы с использованием галогенидов металлов зависит от активности восстановителя и возрастает при переходе от одного элемента к другому в такой последовательности:
Н2 — Cd — Zn — Mg — Na — К (T < 1000° С).
Однако при очень высокой активности восстановителя реакция в паровой фазе начинается преждевременно и осаждается рыхлая пленка. Характерным примером процесса химического осаждения из паровой фазы, основанного на реакции восстановления, является осаждение кремния из паров соответствующего галогенида при использовании в качестве восстановителя Н2 или Zn:
SiCl4 + 2H2-^Si + 4HCl.
Водород не относится к числу высокоактивных восстановителей, и его преимущество состоит в том, что в предварительно полу-
Методы осаждения тонких пленок
97
ченной смеси водорода с галогенидом металла преждевременной реакции восстановления не происходит.
Металлы, применяемые в качестве восстановителя, могут внедряться в осаждаемую пленку в виде примесей. Для того чтобы предотвратить этот процесс, количество используемого металла определяют, исходя из стехиометрического соотношения, и осаждение проводят при пониженном давлении паров. Если в процессе реакции металл, являющийся восстановителем, образует с галогеном соединение, которое оказывается менее летучим по сравнению с осаждаемым металлом (и поэтому может совместно с ним конденсироваться на подложке), то условия осаждения необходимо регулировать таким образом, чтобы давление образовавшегося галогенида было ниже давления его насыщенного пара при температуре осаждения. Что касается перечисленных выше металлов, которые применяются в качестве восстановителей, то их фториды, хлориды и бромиды (за исключением соединений с цинком), а также иодиды (за исключением иодидов цинка и магния) являются менее летучими соединениями, чем осаждаемые металлы, входящие в состав исходных галогенидов, причем наименьшей летучестью обладают фториды, а наибольшей — иодиды. Соединения щелочных металлов с галогенами менее летучи по сравнению с восстановленными металлами, содержащимися в исходных галогенидах. Поэтому наиболее благоприятные условия для осаждения обеспечивают иодиды, а щелочные металлы в наименьшей степени подходят для использования в качестве восстановителя.
Для термической активации реакции восстановления может потребоваться сильный нагрев подложки. Однако при чрезмерно высокой температуре возможен пиролиз продуктов реакции замещения (таких, как галогеноводород), сопровождающийся обратной реакцией компонентов или травлением подложки.
2.3.4.1с. Полимеризация. При полимеризации органических соединений или органических и неорганических веществ происходит их превращение в мономеры, молекулы которых соединяются между собой под действием одного из следующих активационных процессов: 1) электронной или ионной бомбардировки, 2) облучения светом, рентгеновским излучением или Y-лучами, 3) электрического разряда в парах мономера, 4) каталитической реакции на поверхности подложки или поверхностной рекомбинации мономеров, имеющих свободные радикалы. Полимерные пленки могут быть получены пбсредством
