1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Диффузионная длина неосновных носителей в пленках ОаАь, получаемых химическим осаждением нз паровой фазы, согласно оценкам, составляет 0,2... 0,4 мкм [92]. Пленки ОаАь, выращиваемые на графитовых подложках [91), имеют диффузионную длину носителей в пределах 0,5...0,8 мкм, Концентрация носителей в пленках СтаАь, осаж- Физические свойстве тонниз ппенок даемых химическим методом из паров металлорганнческих соединений [87], равна 6.10" см-', а диффузионная длина дырок в монокрнсталлических пленках, как показали измерения, превышает 2 мкм. Янгом и др.
[106] проведены измерения электрических характеристик поликристаллических пленок ОаАз, легированных селеном и цинком, осаждение которых проводилось химическим методом из паров металлорга~ических соединений. Авторами установлено существование температурной зависимости удельного сопротивления пленок и подвижности носителей в широком интервале температур. Полученные результаты согласуются с предположением о рассеянии носителей на границах зерен.
Электрические свойства сплавов на основе СтаАз зависят главным образом от их состава. 3.2.7 Сульфид кадмия (Ст)5) Сульфид кадмия относится к наиболее широко исследованным тонкопленочным полупроводниковым материалам. Осаждение слоев Ст!8, пригодных по своему качеству для изготовления солнечных элементов, осуществляется с помощью различных методов. К ним относятся: вакуумное испарение [107 — 130], пульверизация с последуюгцим пиролизом [109, 13! — 143], ионное распыление [144 — !48], молекулярно-лучевая [149] и газовая [150] эпитаксии, газотранспортное осажденне в квазизамкнутом объеме [114, 15!], химическое осаждение из паровой фазы [163], трафаретная печать [152, !53], осаждениеиз раствора [154 — 156], анодирование [157] и электрофорез [164].
3.2.73 Структурные свойстве Пленки СЙ5, получаемые вакуумным испарением и предназначенные для создания солнечных элементов, обычно имеют толщину 15...30 мкм, и нх осаждение проводят со скоростью 0,5...3 мкм/мин прн температуре подложки 200...250 'С и температуре нспарителя 900...1050 'С [113, 117, 130]. При этих условиях пленки Сс!8 кристаллизуются в структуре вюртцита н оказываются ориентированными таким образом, что плоскость (002) параллельна, а ось с перпендикулярна поверхности подложки. Как показано на рис. 4,2, пленки имеют столбчатую структуру, причем каждый столбик представляет собой отдельное зерно. Размер зерен в таких пленках, как правило, изменяется от ! до 5 мкм, хотя сообщалось [!30] о получении и более крупных зерен размером до 10 мкм.
Следует отметить, что пленки меньшей толщины состоят из более мелких разориентированных зерен [121]. На кристаллическую структуру и микроструктуру пленок существенное влияние оказывает температура подложки в процессе осаждения. 160 Глава 3 Ванкар и др. [111) и Дас [116), исследуя зависимость структурных свойств пленок Еп,СА „Ь, получаемых вакуумным испарением, от температуры подложки, установили, что кристаллографическая структура и параметры кристаллической решетки пленок С65 в значительной мере определяются температурой их осаждения. Пленки С65, получаемые при температуре подложки в интервале от комнатной до 150 'С, имеют структуру сфалерита, тогда как при температуре подложки 170 'С и выше пленки кристаллизуются в структуре вюртцита.
В диапазоне температур от 150 до 170 'С пленки имеют двухфазную структуру, состоящую из смеси сфалерита и вюртцита. При температуре осаждения, равной или превышающей 200 'С, образуются пленки с преимущественной ориентацией зерен. Повышение температуры осаждения пленок Сп5 приводит к увеличению размера зерен. Размеры поверхностных неровностей пленок при возрастании температуры подложки сначала увеличиваются, а затем при температуре более 150 'С уменьшаются, вероятно, вследствие повторного испарения С65. В пленках, нанесенных при температуре выше 200 'С, обнаружены раковины [116]. Для получения зерен размером, достигающим 100...800 мкм, Фрааз и др. [125) осуществляли рекристаллизацию полученных вакуумным испарением пленок С65 посредством их термообработкн в потоке Изб.
При атом изменялась ориентация оси с кристаллической решетки Сд5 и наблюдалось разрушение столбчатой микроструктуры пленок. Согласно результатам Амита [113), при увеличении толщины пленок наблюдаются укрупнение зерен, повышение степени их преимущественной ориентации, а также степени ориентации оси с в направлении на нспарителГк кроме того, возрастают размеры поверхностных неровностей. Холл [119) отмечает, что в пленках С65 непосредственно после осаждения ось с зерен обычно отклонена от нормали к поверхности подложки в среднем на угол, равный 19'.
Кривая распределения угла отклонения оси с относительно средней величины имеет гладкую форму, а полуширина распределения на уровне, соответствующем половине максимума, составляет 10...!2'. В результате последующей термообработки пленок при температуре 190 'С и высоком давлении [-7 10з Па) полуширина указанного распределения на уровне половины максимума уменьшается до 3'. Исходя из результатов электронно-микроскопических исследований, Цэнг [121) сделал вывод о том, что в верхнем слое пленок СдЯ со структурой вюртцита содержатся зерна с наклонными границами и их угол разориентации изменяется от 9 до 40'. Основная же часть границ зерен параллельна друг другу.
Дэре и Парик [108) отмечали, что степень упорядочения структуры, совершенство кристаллической решетки и качество Физические свойства тонких пленок огранки кристаллитов повышаются при создании более глубокого вакуума в процессе осаждения пленок СдЬ. Ромео и др. [107) изучали влияние отношения концентраций атомов Ст( и Ь на свойства пленок С68, напыляемых с применением двух испарителей. Авторами показано, что пленки высокого качества могут быть получены в широком диапазоне отношений концентраций Сб и Ь, однако наилучшие результаты обеспечивает отношение, равное 1,5.
Кроме того, более совершенную кристаллическую структуру имеют пленки СЙЬ, в которых концентрация легирующей примеси (в данном случае — индия) достигает предела растворимости. Наиболее важным параметром, влияющим на кристаллографические характеристики и микроструктуру пленок Сп8, получаемых методом пульверизации с последующим пиролизом, является температура подложки в процессе осаждения [131, 134, 1581 Однако размер зерен и степень их ориентации (если происходит рост упорядоченной структуры) зависят также от ряда других факторов, в том числе от состава соли, содержащейся в распыляемом растворе [136, 159], отношения концентраций катионов и анионов [131 — 134, 140, 141, 143), а также от вида легирующей примеси [134, 140).
Рис. 3.14 иллюстрирует влияние отношения концентраций Сд и 8, температуры подложки, толщины пленки, легирующей примеси, наличия на подложке других слоев и отжига, осуществляемого после осаждения, на степень ориентации пленок С65. Необходимо отметить, что эти результаты не носят общего характера и что различными авторами при аналогичных условиях осаждения были получены пленки с разными направлениями ориентации. Пленки СдЯ, осаждаемые с применением раствора соли уксусной кислоты, состоят из очень мелких зерен [159). При использовании растворов хлоридов образуются более крупные зерна с определенным направлением ориентации оси с [136, 1591. Обычно в пленках С68, получаемых методом пульверизации с последующим пиролизом, размер зерен составляет 0,1...0,5 мкм, однако, согласно сообщениям некоторых авторов [132, 138), он может достигать !...4 мкм.
Наличие таких примесей, как 1п и Ац, способствует укрупнению зерен; нерастворимые же примеси, подобные А!зОз [135, 160, 1611, присутствующие в сколько-нибудь значительной концентрации, препятствуют рекристаллизации пленок С68, а также вызывают резкое уменьшение размеров зерен и нарушение их преимущественной ориентации. Вследствие выделения А!хОз на границах зерен поверхность пленок С68 приобретает лабиринтную структуру. Поверхностный рельеф пленок нелегированного сульфида кадмия и СЙБ с примесью А1зОз показан на рис. 4.3. Ма и Бьюб [1581 отмечают, что пленки, осаждаемые методом пульверизации с последую- (52 Глава 3 и 14 Н 1Ь )а 1З Н М 1З 15 14 13 15 М 15 5.
15 и 1З 15 :4 15 15 Я,)З 15 М 13 ь И и О 1Ь 14 О 15 14 1Ь 11 Н 13:г и д рис. 3 !4 Влияние отношения концентраций атомов СЬ и В (а), температуры подложки (б), толщины пленки (в), легирующей примеси (г), наличия на подложке других слоев (г)) н отжита, проводимого после осаждения (е) на степень ориентации пленки. а) температура попложки Тп 340 'С; 1 — СЬ: 3=05; 2 — С«13 2; 3 — СЬ: 3 1; б) СЬ' 5 111 Тп=ЗОО С 2 Тп =420 С' а) !п =380'С; 1 — «=4,3 мкм; 2 — 11=1,8 мкм; г) СЬ: 3=1, Т 400(С, «=5 мкм; 1 — нелегироваиная пленка; 2 — пленка, легироваии вая Л! (5%)1 0) Т =380'С; 1 — пленка толщииов 4,3 мкм, легированная А! (5%)1 2 — плевка толп щипая 4,3 мкм, легированная А! (5 еь), и иелегираваниа» пленка (общая толщина О мкм), е) СЬ: 55=0 5, 1 — нелегированная пленка ла отжига; 2 — пленка. легированная хп, яо отжига; 3 — нелегированная пленка после отжнга; 4 — пленка, легированная Еп, после отжига.
Физические свойства тонких пленок збз щим пиролизом на подложки, имеющие низкую ((400 'С) и высокую (>400 'С) температуру, кристаллизуются в структуре сфалерита и вюртцита соответственно. Однако, по мнению Банерджн и др. [139], тип формирующейся кристаллической структуры не зависит от температуры осаждения пленки. Отличительными свойствами пленок, получаемых данным методом, являются их высокая адгезия к подложке и наличие сплошности даже при небольшой толщине. Для пленок СЖ, осаждаемых с' помощшо ионного распыления, характерна более высокая степень ориентации оси с по сравнению с пленками, получаемыми вакуумным испарением [148].
Кроме того, при их одинаковой толщине в пленках, создаваемых методом ионного распыления, содержится меньшее количество сквозных пор. Эти пленки [145] обычно состоят из зерен меньшего размера ((1 мкм),тем не менее они обладают столбчатой структурой. Пленки Сд5, образующиеся при ионном распылении, всегда кристаллизуются в гексагональной структуре с преимущественной ориентацией оси с относительно нормали к поверхности подложки [162]. Пил и Меррэй [147] отмечают, что при таком способе нанесения пленок в них присутствуют захваченные в процессе роста ионизированные частицы газа, в котором возбуждается разряд. Митчел и др.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
