Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
Существенное влияние на процесс формирования микроструктуры осаждаемых пленок оказывает температура подложки. При очень низких температурах образуются микрокристаллические, аморфные или пористые слои. При повышении температуры осаждения размер зерен и плотность пленок увеличиваются. Очень высокая температура способствует быстрому росту зерен. Однако в этом случае сплошность пленок ниже по сравнению с покрытиями, осаждаемыми при низкой температуре.
Парциальное давление взаимодействующих паров влияет на скорость осаждения пленки и, следовательно, на размер зерен. По мере увеличения скорости осаждения структура пленок может изменяться от столбчатой (при низкой скорости) до пористой (при высокой скорости осаждения) [124].
2.3.4.4 Виды пленок, получаемых химическим осаждением из паровой фазы
2.3.4.4а. Полупроводники. Существует большое количество публикаций по различным вопросам, связанным с химическим осаждением из паровой фазы полупроводниковых пленок. Детальное обсуждение данных работ выходит за рамки этой книги, однако характерные особенности наиболее важных про-
108
Глава 2
дессов, применяемых при химическом осаждении из паровой фазы, с указанием тех полупроводниковых материалов, которые используют в фотоэлектрических приборах, суммированы в табл. 2.9. Рассмотрим очень кратко особенности процесса осаждения некоторых наиболее важных полупроводниковых материалов.
Для получения кремния обычно применяют силан и различные хлорсиланы. Преимущество использования силана состоит в том, что осаждение можно проводить при низких температурах. Однако применение относительно дешевых хлорсиланов обеспечивает более высокую скорость роста пленок вследствие повышенной температуры осаждения. Получаемые пленки Si имеют эпитаксиальную монокристаллическую, поликристалличе-скую или аморфную структуру. В качестве материалов для подложек при выращивании кремниевых пленок используют различные виды кремния, от монокристаллического до поликри-сталлического металлургического, а также графит, нержавеющую сталь, сапфир и кварц.
Для осаждения полупроводниковых соединений [114] III— V групп периодической системы, в частности GaAs, AlAs, GaSb, InP, InAs, GaP и GaN, применяют гидриды, хлориды и метал-лорганические соединения. При получении трехкомпонентных сплавов, таких, как GaxIni~*P или GaAsi-xP*, точный контроль ширины запрещенной зоны материалов осуществляют путем изменения состава, характеризуемого параметром х. Методом химического осаждения из паровой фазы можно также создавать четырехкомпонентные сплавы [114], например Qaxln\-xAsyP\-y> имеющие необходимые значения ширины запрещенной зоны и параметров кристаллической решетки.
Пленки соединений II—IV групп осаждают[114] с использованием химической реакции между парами металла и гидридами элементов VI группы, при этом в процессе газотранспортной реакции пары соединений II—VI групп переносятся с помощью НС1 или НВг, а гидриды элементов VI группы взаимодействуют с металлорганическими соединениями, содержащими диэтиловые или диметиловые группы.
Прозрачные проводящие оксидные пленки, а именно пленки Sn02, 1П2О3, V02, V2O3, V2O5, Sn02, легированного Sb, и 1п203, легированного Sn, получают с помощью гидролиза хлоридов металлов или пиролиза металлорганических соединений.
2.3ЛЛЬ. Металлы. Химическое осаждение металлов и их сплавов сопровождается следующими процессами: 1) термическим разложением, или пиролизом металлорганических соединений, происходящим, как правило, при низких температурах;
2) восстановлением с помощью водорода галогенидов металлов, оксигалогенидов, карбонилгалогенидов и других кислородсодержащих соединений; 3) восстановлением гидридов метал-
Методы осаждения тонких пленок
109
Таблица 2.9. Исходные вещества для получения методом химического осаждения из паровой фазы различных материалов, применяемых в солнечных элементах [4]
Полу- проводник Исходные вещества Температура осаждения, °C Кристал- лическая структу- ра1) Материал подложки
Si SiCl4, H2 1200 э Пластина монокристал-лического Si
Si SiCUH, H2 1150 э То же
Si SiCl2H2; H2 1100 э »
Si SiH4, H2 1050 э »
Si SiH4, He 900 э »
Si SiH4, H2 960 э Сапфир
Si SiH4, H2 960 э Шпинель
Si SiH4, N2 или H2 SiCl3H в H2 700 .. . 900 п Si02
Si 900 .. . 1000 п Графит, металлы
Si SiH4 600 .. . 700 (низкое давление) п Структуры диэлектрик — проводник
Ge GeCI4> H2 600 .. . 900 э Сапфир, шпинель
Ge (CH3)4Ge, H2 700 .. . 1000 э То же
Ge GeH4, H, 600 э »
SiC SiCl4, толуол, H2 1100 п Пластина монокристаЛ' лического Si
SiC SiCl4> гексан, H2 1850 э То же
AlAs AI, HC1, AsH3, H2 1000 э GaAs
AlAs (CH3)SA1, AsH3, H2 700 э GaAs
CdSe Cd, H2Se, H2 700 э CdS,
CdSe (CH3)2Cd, H2Se, H2 600 э Сапфир
GaAs Ga, AsCl3> H2 760 э GaAs
GaAs ¦ Ga, HC1, AsH3, H2 725 э GaAs, Ge
GaAs (CH3)3Ga, AsH3, H2 700 э Шпинель
InP In, PC13, H2 (QH5)3In, AsH3, H2 650 э InP
InAs 675 э Сапфир
InAs HC1, AsHs, H2 (CH3)3A1, (CH3)3Ga, AsH3, H2 700 э InAs
AlGaAs 700 э GaAs, сапфир
GaAsP Ga, HC1, AsH3, PH3> H2 750 э Ge, GaAs
1) А — аморфная, М — монокристаллическая, П — поликристаллическая, Э — э пита-к сиальная
