Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана
Курсовой проект
по дисциплине «Элионные технологии»
Технология производства
фотоэлектрических солнечных
панелей на основе GaAs.
Выполнила: студентка Луцюк А. А.
Группа МТ11-82
Руководитель проекта: Бычков Сергей Павлович
Москва, 2013
Цель:
Изучение технологии изготовления
фотоэлектрических элементов на основе GaAs.
Задачи:
Провести технологический анализ изделия.
Проанализировать существующую технологию
изготовления фотоэлектрических элементов.
Проанализировать 2 метода нанесения слоя
GaAs.
Рассмотреть выбранный метод нанесения GaAs
(МОCVD).
Разработать оснастку для процесса MOCVD.
Солнечный элемент на основе GaAs.
Свойства:
•КПД 23%
•Max рабочая температура 180оС
•Ширина запрещенной зоны 1,4 еВ
•Высокий уровень поглощения солнечного
излучения.
•Высокая радиационная стойкость=>увеличение
срока эксплуатации.
•Возможность работы при высоких степенях
концентрирования солнечного излучения.
Изготовление фотоэлектрического
преобразовалетеля.
Подготовка подложки из германия n-типа
Рост пассивирующего слоя GaAs методом жидкофазной эпитаксии.
•Отжиг Ga при 1000оС 4 -10ч >
•Насыщение Ga мышьяком>
•Удаление летучих примесей: отжиг при 800 оС 40ч>
•Легирование>
•Нагрев системы до 15оС превышающих
температуру роста 2 – 3 ч>
•Охлаждение до температуры роста 700 – 800 оС
1 –слой GaAs . 2 –подложка.
Нанесение на лицевую поверхность подложки диэлектрической
пленки (оксид кремния SiO2 или нитрид кремния Si3N4)
Нанесение на диэлектрическую пленку маски из фоторезиста.
Топологическая норма 1мкм. Засветка рисунка топологии при помощи
ртутной лампы. Длина волны излучения лампы от 220-280нм — DUV
до 350-400нм — UV. Значение расширения : 0.5-0.8 мкм
Травление диэлектрической пленки через маску.
1 – слой GaAs . 2 –подложка. 3 – диэлектрическая пленка.
Легирование диффузией цинка из газовой фазы.
•Приготовление подложки
•Очистка подложки (травление)
•Продувка системы водородом
•Разогрев подложки с помощью СВЧ индуктора
до t= 600-630оС.
Коэффициент диффузии: D>10-15 см3
•Процесс осаждения при скорости роста 0.1
мкм/мин в квазизамкнутом контейнере. Источник
диффузии: чистый цинк. 2 часа.
•Отжиг
Удаление на тыльной стороне р-n перехода.
2 – подложка. 5 – лицевой и тыльный р-n переход.
Осаждение тыльного контакта.
Последовательное напыление слоя из сплава Au(Ge) и слоя Аu.
Отжиг осажденного тыльного контакта в атмосфере водорода при 220300°С.
1 – слой GaAs . 2 –подложка. 5 - р-n переход.
7 –тыльный контакт.
Нанесение на лицевую поверхность подложки маски из фоторезиста.
Топологическая норма 1мкм. Засветка рисунка топологии при помощи ртутной
лампы. Длина волны излучения лампы от 220-280нм — DUV до 350-400нм — UV.
Значение расширения : 0.5-0.8 мкм
Осаждение лицевого контакта через маску фоторезиста.
Последовательное нанесением Сr и Аu.
Отжиг осажденного лицевого контакта в атмосфере водорода при температуре
200-300°С.
1 – слой GaAs . 2 –подложка. 5 - р-n переход. 7 –тыльный контакты. 8 – лицевой
контакт.
Нанесение на лицевую поверхность подложки маски из фоторезиста.
Топологическая норма 1мкм. Засветка рисунка топологии при помощи ртутной лампы.
Длина волны излучения лампы от 220-280нм — DUV до 350-400нм — UV. Значение
расширения : 0.5-0.8 мкм
Дополнительное гальваническое осаждение золота на лицевую и тыльную
поверхности подложки.
Нанесение на лицевую поверхность подложки маски из фоторезиста.
Топологическая норма 1мкм. Засветка рисунка топологии при помощи ртутной лампы.
Длина волны излучения лампы от 220-280нм — DUV до 350-400нм — UV. Значение
расширения : 0.5-0.8 мкм
Разделительное травление структуры на отдельные фотоэлементы через маску.
Нанесение на лицевую поверхность подложки антиотражающего покрытия.
нижнего слоя из сернистого цинка ZnS и верхнего слоя из фтористого магния
MgF2 для минимизации оптических потерь падающего излучения.
Выращивание слоя GaAs методом
жидкофазной и газофазной эпитаксии.
Реализация ЖФЭ
слайдерная кассета.
Этапы ЖФЭ:
•Помещение Ga в слайдерную кассету
•Отжиг Ga при 1000оС 4 -10ч
•Насыщение Ga мышьяком
•Добавление поликристаллического GaAs
•Удаление летучих примесей: отжиг при 800 оС 40ч
•Обезгаживание
•Загрузка подложек
•Легирование
•Нагрев системы до 15оС превышающих температуру роста 2 – 3 ч
•Охлаждение до температуры роста 700 – 800 оС
Реализация МОГФЭ
с использованием металлоорганических соединений
Этапы МО ГФЭ:
•Приготовление подложки
•Очистка подложки
•Травление подложки
•Продувка системы водородом
•Разогрев подложки с помощью СВЧ индуктора до t= 650-750оС
•Процесс осаждения при скорости роста 0.1 мкм/мин
•Отжиг
Зависимость скорости роста при МО ГФЭ от температуры и
давления.
Типичная температурная кривая
Зависимость толщины
процесса роста при использовании эпитаксиального слоя GaAs от
метода ЖФЭ.
времени выращивания
Схематическое представление
процесса МО ГФЭ
Оборудование
Промышленная MOCVD установка
фирмы AIXTRON:
•Реактор вертикального типа
•Реактор с холодной стенкой
•Давление от атм. до 0,1торр
•Размер подложки 3-4дюйма
•Температура в зоне роста
до 1200оС
•Разводка для 4-х газов
Оборудование.
Свойства ESY-10 TTT:
•Вертикальный кварцевый реактор
•3 зоны нагрева
•Зона постоянного температурного влияния 250мм
•Максимальная температура 1050 оС
•Шаг регулировки температуры 0,5 оС
•Подходит для производства многослойных сртруктур
•Обработка максимум 200 пластин за один цикл
Преимущества ЖФЭ:
• выращенный слой может содержать меньше примесей, чем
исходные компоненты;
• простота;
• высокая степень частоты;
•можно выращивать плёнки толщиной от 0,1 мкм до нескольких
мкм.
Недостатки ЖФЭ:
•Сложность получения образцов большой толщины
•Трудность с переналадкой установки
•Несовершенная морфология
Преимущества МО ГФЭ:
• простота
•Легкость управления
•Идеально подходит для гетероэпитаксиии, т.к. в ходе процесса
достигается высокая скорость образования зародыщей центров, а
стенки реактора остаются холодными
•Возможность выращивания твердых растворов AlxGa1-xAs
Недостатки МО ГФЭ:
•Загрязнение растущей пленки углеродом.
Принципиальная схема установки для МОГФЭ.
Схема типичной MOCVD-системы
Схема вертикального реактора MOCVD
Схема горизонтального реактора открытого
типа с охлаждаемыми стенками
1 – кварцевый корпус,
Обозначения:
NV – Вращательный объемный вакуумный насос
PA – Вакууметр ионизационный
PT – Вукууметр тепловой (термопарный)
VT – Клапан
VF - Натекатель
Четыре основные системы MOCVD-установка:
1.Реактор.
2.Газовая схема.
3.Система поддержки давления в камере реактора.
4.Система поглощения токсичных газов и паров.
Определение передаточного коэффициента двухпарной гитары:
nд iчп iг i рп nподл
iг
nподл
формула _ настройки
nд iчп i рп
1
1500
iг
1 20
30
20 30
20
2
iг
0.4
1500
1
1
50
5
Параметры режима:
•Приготовление подложки
•Очистка подложки
•Травление подложки
•Продувка системы водородом
•Разогрев подложки с помощью СВЧ индуктора до t= 600700оС
•Процесс осаждения при скорости роста 0.1 мкм/мин
•Отжиг
MOCVD реактор- верх
2 – катушка высокочастотного генератора для
нагревания подложки,
3 – блок нагревания,
4 – подложки,
5 – водяное охлаждение (впуск),
6 – водяное охлаждение
(выпуск).
Схематически показано распределение скоростей
v и температуры T в газовом потоке в
диффузионном слое вблизи подложки.
Общий вид MOCVD реактора
Подложкодержатель
Выводы:
Проанализирована технология производства фотоэлектрических
панели и выбрана наиболее важная операция: нанесение GaAs.
Проанализированы 2 способа получения GaAs слоя. Выбран
наиболее эффективный метод: MOCVD.
Выбраны режимы для реализации процесса.
Разработан подложкодержатель,выбран шкив и ремень для
передачи вращательного момента на подложкодержатель.
Спасибо за внимание.
