1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Капли расплавленного кремния диаметром в пределах 150 мкм пол действием ускоряющего напряжения развиваютвысокую скорость и соудзряются с нагретой подложкой, расположенной под форсункой на расстоянии 5... 8 см от выходного отверстия. Того количества расплзвленного кремния, которое поступает в форсунку под действием капиллярных сил, достаточно для осуществления устойчивого процесса электростатического распыления заряженных частиц кремния. Скорость потока частиц регу.
лируют изменением величины приложенного напряжения прн распылении расплава. С использованием потока распыленного 81 пленки кремния получают на подложках из графита, муллита, монокристаллического 51 и стеклообразного углерода. Толщина пленок достигает 500 мкм. При осаждении кремния на холодные или недоста. точно нагретые подложки образуются пленки с размером зерен около 2 мкм. При высокой температуре подложки осаждаются пленки с зернами столбчатой формы, длина которых равна толщине пленки после ее охлаждения (- 30 мкм). 2.
Электролигичеекое осаждение. Методом электролитического осаждеция можно получать поликристаллические пленки кремния на электропроводящих подложках из различных материалов. В состав применяемых электролитов, которые представляют собой расплавы двух- или трехкомпонентных солей, входят фторосиликат калия (Кт81Гт) или песок, растворенные во фторидах щелочных металлов (КГ, Е(Г). Если к электролиту приложено напряжение, то на катоде, или, отрицательном элек- 1З2 Глава 2 троде, происходит осаждение поликристаллического кремния в элементарной форме. Размер кристаллитов и толщину пленки регулируют путем изменения параметров процесса осаждения.
Для получения кремния р- или и-типа проводимости с необходимым удельным сопротивлением в состав электролита можно преднамеренно вводить легирующие примеси. Методом электроосаждения на подложках из Ап, Та, Мо, й(1 и графита выращивают поликристаллические кремниевые пленки толщиной до 250 мкм с размером зерен в пределах 100 мкм. 3. Метод осаждения с отделением пленки от подложки в результате неравномерного теплового расширения. Этот метод связан с осаждением кремниевых пленок в плазме высокого давления на многократно используемые молибденовые подложки и последующей лазерной рекристаллизацией вдоль подложки, в результате которой пленки приобретают поликристаллическую структуру. Поверхность молибденовой подложки необходимо периодически (после каждых семи циклов осаждения и отделения пленки) выравнивать для того, чтобы исключить возможность повреждения пленки при ее отделении. Процесс отделения пленки связан с образованием на поверхности раздела кремния и используемой подложки полостей Киркендала в результате преимущественной диффузии 51 через промежуточный слой Мо51к Напряжение сдвига, возникающее при охлаждении структуры, приводит к отделению пленки на участках поверхности раздела, содержащих полости, где адгезия пленки ослаблена.
Проведено исследование процесса осаждения пленок 51 в плазме с помощью хроматографического анализа газов после прохождения реактора при разделении их на компоненты. Эффективность осаждения пленки и производительность процесса максимальны в том случае, когда исходным газом служит 51НэС1т и минимальны при использовании 51С14. Однако применимость 51НгС1, в качестве исходного газа ограничена вследствие образования зародышей в паровой фазе и осаждения рыхлой пленки.
Если в качестве исходного газа применяется 51С14, то процесс осаждения оказывается более экономичным благодаря тому, что образующееся в ходе химической реакции газообразное соединение 51НС1а может быть использовано повторно. Для укрупнения зерен микрокристаллических кремниевых пленок, осаждаемых в плазме высокого давления и отделяемых от подложки, проводится процесс лазерной рекристаллизации вдоль подложки, скорость которого составляет 2,5 см/мии. 2,5.2 Супьфид кадмия (СдЯ) Осаждение методом химической пульверизации. При обычном способе получения пленок Сг(Б путем пульверизации раствора СдС!, и тиомочевины с последующим пиролизом (см.
Методы осаждения тонких пленок 133 раздел 2.3.1) химическая реакция распыленного на подложку раствора протекает с довольно большой скоростью. Вследствие недостаточно высокой поверхностной подвижности ионов при относительно низкой температуре подложки осаждаемая пленка содержит структурные дефекты. Кроме того, с поверхности подложки необходимо удалять сложные остаточные побочные продукты реакции. Чтобы исключить недостатки, свойственные этому процессу, разработан новый метод осаждения, который состоит в том, что на поверхности нагретой подложки после пульверизации раствора соответствующей соли кадмия в первую очередь формируется пленка Сг10, которая затем полностью превращается в С05 в результате обмена анионами, происходящего при повышенной температуре в парах сульфида.
В этом случае первоначальная реакция образования оксида протекает до ее полного завершения в соответствии с термодинамическими параметрами это~о процесса. Кроме того, при получении С05 побочным продуктом реакции сульфирования является вода, а уплотнение кристаллической решетки сульфида в процессе реакции замещения происходит с небольшой скоростью в условиях, близких к равновесным. В целом осаждение пленки СЮ представляет собой сочетание двух процессов: пульверизации раствора и химического осаждения из паровой фазы, сопровождающегося реакцией замещения. Пленки СдО получают на стеклянных подложках посредством пульверизации водных или безводных растворов различных органических и неорганических солей кадмия.
Скорость роста пленки зависит от вида подложки, состава растворителя, скорости потока раствора и температуры подложки. Тип соли кадмия и растворителя обусловливают степень кристалличности и преимущественной ориентации зерен пленки. Прп использовании некоторых видов солей кадмия пленка СЙО не образуется.
Скорость осаждения пленки может достигать 0,2 мкм1мии. Пленка С45 формируется в процессе отжига при соответствующих температурах пленки С110 в потоке газовой смеси Н,5 с Нь Процесс ионного обмена характеризуется энергией активации, равной 0,93 эВ, а скорость роста пленки достигает 1 ... 2 мкм/ч. Вследствие различной плотности материалов пленка Сд5 по завершении химической реакции имеет примерно вдвое большую толщину по сравнению с исходной пленкой СдО, Типичный размер зерен в пленках Сд5 составляет от 0,5 до 1 мкм.
Увеличению размера зерен до 3 мкм способствует повышение скорости потока Нт5 на завершающем этапе отжига. Глава 3 ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТОНКИХ ПЛЕНОК, ПРИМЕНЯЕМЫХ В СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ 3.1 Введение Исчерпывающий обзор литературы по тонким полупроводниковым пленкам выходит за рамки этой книги. В данной главе мы ограничимся рассмотрением тех полупроводниковых материалов, которые применяются или могут быть использованы для изготовления тонкопленочных солнечных элементов. Кроме того, будут обсуждаться только те свойства пленок, которые влияют на фотоэлектрические характеристики элементов. Поскольку тонкие полупроводниковые пленки по своим параметрам существенно отличаются друг от друга в зависимости от вида материала и метода его осаждения, мы рассмотрим характерные особенности конкретных материалов и проведем сравнение пленок, получаемых различными методами.
В разделах 3.4 и 3.5 будет дано краткое описание свойств пленок металлов и диэлектриков, которые являются неотъемлемой частью тонкопленочных солнечных элементов, в частности элементов с барьером Шоттки и со структурой проводник — диэлектрик — полупроводник. 3.2 Полупроводниковые пленки 3.2.1 Кремний (5!) Тонкие пленки кремния получают различными методами, в том числе химическим осаждением из паровой фазы [1 — 16]„ испарением [17 — 20], ионным распылением [21 — 24], нанесением на керамические подложки [25 †], осаждением на многократно используемые подложки с последующим отделением пленок за счет неравномерного теплового расширения [28, 29], электролитпческим [30] и электрогидродинамическим [31] методами.
135 Физические свойства тонких пкенок 3.233 Структурные свойства Согласно данным Адамчевской и др. [3], кремниевые пленки, получаемые химическим осаждением из паровой фазы на аморфных подложках, нагретых до температуры менее 500'С, обладают аморфной структурой. При более высокой температуре подложки (-550'С) образуются поликристаллические пленки с разориентированными зернами. Пленки, осаждаемые при температуре 600...700'С, имеют поликристаллическую структуру с преимущественной ориентацией зерен, которая в этом температурном диапазоне меняется от направления <1!0> до <100>, а затем до <111>.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
