Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
Необходимо особо выделить следующие моменты.
1. Рассеяние электронов на структурных дефектах (в основном на одиночных вакансиях и образованных ими кластерах внутри зерен, а также на границах зерен) оказывает наиболее существенное влияние на удельное сопротивление пленок, если их толщина сравнима или превышает среднюю длину I свободного пробега электронов.
Физические свойства тонких пленок
207
4-
о - осйжбение, 27 °С ж-отжиг & Вакууме, 100 °С, 10"чПа ? -отжиг В 02,Ю0°С,10~2Па • -отжиг. В Вакууме,250 С,10 Па V —отжиг. & Вакууме,250°С710~АПа
----- С а-стекло
-----Cu.-Si.0-стекло
-----Теоретическим
зависимость
20
40
60
cl, нм
5 2 \ и.
IZ ^ 1
Теоретические ”Л зависимости
----Си - стекло
----Си- SlO —
стекло
о—осажйение,27 С •-отжиг., 250 °С, 10” д—осажйение,270С v-отжиг,250°С, 10"^ Па
20
40
60
80
d., нм
Рис. 3.35. а) Зависимости удельного сопротивления пленок меди (нанесенных на чистую поверхность стекла и на стеклянную подложку, покрытую слоем SiO) от их толщины d при различных параметрах процессов осаждения и отжига [259]; б) зависимости температурного коэффициента удельного сопротивления d (In рp)/dT (Т, К) пленок меди (нанесенных на чистую поверхность стекла и на стеклянную подложку, покрытую слоем SiO) от их толщины непосредственно после осаждения и после отжига в вакууме [259].
2. В металлах, обладающих низким удельным сопротивлением, форма границ зерен не оказывает значительного воздействия на процесс рассеяния носителей, поскольку границы имеют небольшую толщину по сравнению со средней длиной свободного пробега электронов проводимости. Однако рассеяние, обусловленное влиянием «геометрического» фактора, играет очень важную роль в том случае, когда границы зерен содержат вакансии или имеют искаженный потенциальный рельеф, например вследствие окисления (в пленках легко окисляющихся металлов, таких, как Сг, Та, Ti, Nb). Пленки с химически активными границами зерен обладают высоким удельным сопротивле-
208
Глава 3
нием, которое имеет отрицательный температурный коэффициент.
3. Полагают, что при высокой температуре осаждения отжиг вакансий в процессе роста пленки оказывается более эффективным, чем при последующей термообработке. При уменьшении температуры осаждения пленки концентрация всех видов «замороженных» дефектов резко возрастает. Поскольку энергия активации процесса диффузии вакансий в благородных металлах довольно велика (~ 1 эВ), при температурах, близких к комнатной, высокая концентрация «замороженных» вакансий сохраняется, что способствует значительному росту удельного сопротивления пленок. При повышении температуры осаждения (или отжига) миграция и аннигиляция вакансий приводят к уменьшению удельного сопротивления. При высоких температурах происходят переползание и исчезновение дислокаций, сопровождающиеся укрупнением зерен и их рекристаллизацией. Эти процессы оказывают незначительное воздействие на удельное сопротивление и его температурный коэффициент, однако они существенно влияют на другие электрические характеристики, такие, как термо-э.д.с. [259].
4. Поскольку параметры процесса переноса электронов определяются особенностями движения носителей заряда внутри энергетических зон, а появление размерных эффектов лишь частично связано с рассеянием носителей, обусловленным «геометрическим» фактором (т. е. формой границ зерен), зависимость этих параметров от толщины пленки может оказаться более сложной, чем предсказывает теория свободных электронов.
И наконец, область IV соответствует толстым пленкам (толщиной d^>l), для которых наиболее значительными составляющими удельного сопротивления являются рв и рг>. Любые изменения параметров этих пленок при вариациях толщины вызваны ее влиянием на микроструктуру пленок и вследствие этого связаны с условиями процесса осаждения. Температурный коэффициент удельного сопротивления пленок в областях III и IV всегда ниже, чем у массивных образцов, так как пленки имеют более высокое удельное сопротивление рf и лишь составляющая рв зависит от температуры. Поскольку температурный коэффициент удельного сопротивления пленок подвержен влиянию коэффициента аь линейного теплового расширения подложки, его можно существенно изменять путем выбора подложки с определенным значением аь.
Согласно правилу Матиссона, при введении примесей удельное сопротивление металлических пленок возрастает. При сплавлении металлов (которое может также происходить непреднамеренно вследствие диффузии компонентов на границе раздела) для пленок бинарных сплавов с разупорядоченной структурой справедлива зависимость Мотта — Джонса, имеющая вид
Физические свойства тонких пленок
209
О ТОО 200 Т,°с 5
0° 20°
40° Q
а
Рис. 3.36. а) Зависимость нормированной критической толщины пленок Ag, осаждаемых методом вакуумного испарения на стеклянные подложки при температуре 25 °С со скоростью — 0,1 нм/с, от угла падения Q на подложку пучка пара [254]; б) зависимости критической толщины пленок от температуры подложки при отсутствии электрического поля (1) и при наличии поля напряженностью 100 В/см (2).
