Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
110
Глава 2
Продолжение
Полу- проводник Исходные вещества Температура осаждения, °C Кристал- лическая структу- ра1) Материал подложки
GaAsP Ga, AsCl3, PC13, H2 800 Э GaAs
GaAsSb Ga, HCI, AsH3, SbHo, H2 Ga, In, HCI, PH3, H2 Ga, In, HCI, AsH3, H2 700 Э GaAs
GalnP 700 Э GaAs
Ga InAs 725 Э GaAs
Ga InAs (CH3)3Ga, (C2H5)3In, AsH3, H2 600 Э GaAs
InAsP In, HCI, AsH3, PH3, H2 Ga, In, HCI, PH3, AsH3, H^ 700 Э InAs
Ga InAsP 650 э InP
ZnS Zn, H2S, H2 825 э GaAs, GaP
ZnS (C2H5)3Zn, H2S, H2 750 э Сапфир
ZnS ZnS, HCI, H2 800 э GaAs
ZnSe Zn, H2Se, H2 890 э GaAs, сапфир
ZnSe ZnSe, HBr, H2 550 э GaAs, Ga
ZnSe (C2H5)2Zn, H2Se. H21 750 э Сапфир, BeO
CdS Cd, H2S, Ho 690 э GaAs, сапфир
CdS (CH3)2Cd, H2S, H2 475 э Сапфир
CdTe Cd, Те, He 700 .. . 960 п Углерод
CdTe (CH3)2Cd, (CH3)2Te, H2 500 э Сапфир, шпинель, ВеО
Sn02 (C4H9)2Sn, (OOCH3)2, 02, H20, n2 420 А Si, кварц, стекло
Sn02 : Sb (C4H9)2Sn, (OOCH3)2, SbCl5, n 450 А То же
ln203 : Sb U2 Хелатное соединение In, (C4H9)2Sn, (OOCH3)2, H20, o2, n2 (C5H702)iV, n2 02 500 А »
v2o3, V02, v2o5 400 П Стекло, сапфир, кварц
ZnO (C3H502)2Zn 500 .. . 600 650 А м Металлы »
n203 (C5H702)3In 450 .. . 550 630 А М »
А — аморфная, М — монокристаллическая, П — поликристаллическая, Э— эпитаксиальная
Методы осаждения тонких пленок
111
лов находящимися в паровой фазе более активными металлами-восстановителями; 4) транспортной химической реакцией.
2.3.4.4с. Диэлектрики. В большинстве случаев метод химического осаждения из паровой фазы в отличие от других методов осаждения позволяет получать более высококачественные диэлектрические пленки, которые применяются как оптические покрытия, покрытия для пассивации поверхности, изоляционные покрытия в многослойных структурах, как маски при проведении диффузии и фототравления, а также как покрытия, предотвращающие коррозию.
2.3.4.5 Газотранспортные реакции в квазизамкнутом объеме
Для выращивания эпитаксиальных пленок полупроводников и их соединений рядом исследователей [125, 126] осуществлялась химическая транспортная реакция в квазизамкнутом объеме. При использовании этого метода между близко расположенными (на расстоянии мм) источником и подложкой поддерживается определенная разность температур. В результате взаимодействия химически активного газа с веществом источника образуется летучее соединение, которое затем разлагается у поверхности подложки, и исходное вещество осаждается в виде тонкой пленки. Скорость роста пленки сильно зависит от кинетики процесса переноса активного газа, температуры источника и подложки, состояния поверхности подложки и, разумеется, термодинамических параметров химических реакций. Теоретический анализ процессов, происходящих при осаждении пленки, выполнен Бейли и др. [127].
С помощью этого метода осаждения Мэем [128] получены эпитаксиальные кремниевые пленки в условиях, когда перенос Si осуществляется парами 12 с низким давлением, а источник имеет более низкую температуру, чем подложка. Куртис и Браннер [129] для эпитаксиального осаждения пленок CdS и GaAs, скорость роста которых составляла около 1 мкм/мин, применяли химические транспортные реакции, аналогичные реакции
CdS (конденс. сост.) + Н2 (газообр. фаза) H2S (газообр. фаза) +
+ Cd (газообр. фаза).
Этим методом получены также эпитаксиальные пленки CdTe [130] и GaAs [131] при использовании в качестве газа-носителя водяного пара.
2.3.4.6 Плазменное осаждение
Плазменное осаждение, называемое также осаждением в тлеющем разряде, представляет собой, по существу, процесс химического осаждения из паровой фазы, осуществляемый
112
Глава 2
в плазме. С помощью плазмы тлеющего разряда (при постоянном токе или высокочастотном возбуждении) пары разлагают на составляющие, в результате взаимодействия которых образуется вещество осаждаемой пленки. Так, например, в процессе химической реакции между содержащимися в паре SiH4 и NH3 осаждается пленка Si3N4. Аналогичным образом при взаимодействии SiH4 с парами Н2О образуется пленка Si. При разложении паров тетраэтилортосиликата формируется пленка SiO*. Метод плазменного осаждения удобен для получения полимерных пленок сложного состава.
Наиболее интересной областью применения этого метода в настоящее время является осаждение пленок гидрогенизиро-ванного аморфного кремния для солнечных элементов, которое проводится в тлеющем разряде в атмосфере чистого или разбавленного аргоном силана SiH4. Для осаждения пленок используется простая установка, в которой безэлектродный тлеющий разряд возбуждается внешним витком при частоте от 0,5 до 13,5 МГц. При давлении 13. ..27 Па и скорости потока SiH4 (в стандартных условиях) 0,2.. .5,0 см3/мин скорость осаждения пленки составляет 10...100 нм/мин. Степень однородности пленок гидрогенизированного аморфного кремния значительно повышается, если тлеющий разряд в SiH4 создается между плоскопараллельными электродами (разряд постоянного тока) или с помощью конденсатора возбуждается высокочастотный разряд с частотой 13,56 МГц. Изменяя плотность катодного тока от 0,2 до 2,0 мА/см2 в тлеющем разряде постоянного тока при давлении SiH4—133 Па, можно осаждать пленки со скоростью 0,1.. .1,0 нм/мин. В тлеющем разряде, возбуждаемом высокочастотным полем, при давлении 0,7.. .33 Па и скорости потока SiH4 (в стандартных условиях) 10. ..30 см3/мин достижимы скорости осаждения пленок около 50 нм/мин. Состав пленок, в частности концентрация водорода, сильно зависит от характеристик разряда, давления SiH4 и температуры подложки. При высоком давлении SiH4 формируются пленки, имеющие островковую структуру. Пленки гидрогенизированного аморфного кремния представляют собой сплав Si с Н2, в котором атомное содержание Н2 достигает 50%. Пленки, осаждаемые при температуре ниже 200 °С, содержат включения дигидрида и, возможно, тригидрида кремния. При температуре осаждения, превышающей 200 °С, водород присутствует в пленке, по-видимому, только в виде моногидрида кремния (включения SiH). Данные о наличии атомов или молекул водорода в междоузлиях отсутствуют. Пленки гидрогенизированного аморфного кремния можно легировать бором или фосфором при введении в газовую фазу паров В2Н6 или РН3.
