1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 37
Текст из файла (страница 37)
При очень высоких температурах осаждения !более 500 'С), вероятно, происходит существенное изменение кинетики роста пленок, вследствие чего их поверхность становится шероховатой и рассеивающей излучение. Глава 3 Берг и др. [135] отмечают, что особенности структуры зерен и морфологии пленок (толщиной 3...4 мкм), осаждаемых методом пульверизации с последующим пиролизом, обусловливают сильное рассеяние света и большие значения эффективного коэффициента поглощения (-500 см-') при длинах волн — 1,0 мкм, т. е.
при энергиях, меньших ширины запрещенной зоны С85. У пленок С68, осаждаемых из раствора, край оптического поглощения лежит в той же области длин волн, что и у массивных кристаллов сульфида кадмия [154]. Однако из-за диффузного рассеяния света пленками мелкозернистой структуры спектральная зависимость коэффициента поглощения в этой области имеет значительно более пологую, сглаженную форму. ЗДЬ7.4 Пленке сплава 2лсСдс „Я На структурные, электрические и оптические свойства пленок сплавов наиболее существенное влияние оказывает их состав. Пленки сплавов получают методами вакуумного испарения [11, 112, ! 15, 116, 127, 130, 171], пульверизации с последующим пиролизом [136, 137, 139[ и ионного распыления [146]. Как правило, С68 и Хп8 во всем возможном диапазоне их относительных концентраций образуют твердый раствор, и независимо от метода осаждения при концентрации 7п5 в пределах до 60 а/е пленки сплавов кристаллизуются в структуре вюртцита.
Если концентрация Уп8 превышает 80 %, то пленки имеют кубическую структуру сфалерита. При концентрации Хп8 60...80 % пленки кристаллизуются в обеих указанных структурных модификациях. В случае осаждения пленок методом вакуумного испарения при концентрации Хп ниже 60 '/е образуется кристаллическая решетка вюртцита с осью с, перпендикулярной плоскости подложки. Ванкар и др. [111] установили, что тип кристаллической структуры и параметры решетки пленок ХпС68, получаемых с помощью испарения, в значительной мере определяются температурой их осаждения.
Параметр решетки а плавно изменяется при вариациях состава пленки (см. рис. 3.20, а). Кайн и др. [128] сообщают, что при таких составах ХпС45, когда пленки представляют собой смесь вюртцита и кубической фазы, расстояние между кристаллографическими плоскостями (002) гексагональной структуры и (111) кубической структуры одинаково. Поэтому при любых составах сплава кубическую структуру можно охарактеризовать эквивалентными параметрами а и с гексагональной ячейки, которые определяются расчетным путем. Существование взаимосвязи между параметрами кристаллической решетки пленок сплавов и температурой осаждения качественно объясняется отклонением их состава от сте- Физические свойства тонких пленок 0,5 5 Рис, 3.20 а. Зависимость параметра а гексагональной кристаллической решетки пленок ЕпхСс(т «Я от ик состава при температуре осаждения 200 'С (!), 170 'С (2) и 90 'С (3) [1!! ); ана. логичная зависимость для массивного образца, рассчитанная с помощью закона Вигарда (4). О;л 5 овг о 0,5 5 0,5 о С з 5 оо оо ло га гл5 Мосссдля даля ос!о, % хиометрического вследствие избыточного количества атомов металла.
Кадэн и др. [17Ц отмечают, что размер кристаллитов и направление их ориентации в весьма небольшой степени зависят от вида подложки и концентрации 7п5. При увеличении концентрации 7п5 сначала наблюдается незначительная разориентация кристаллитов столбчатой формы, которая постепенно усиливается. Согласно данным Холла и др.
[115], пленки ХпСг)5, получаемые вакуумным испарением, содержат зерна размером около 2 мкм. Бертон и др. [112) установили, что состав пленок сплава, осаждаемых с использованием одного испарителя, неоднороден по толщине. Банерджи и др. [136, 1391 показано, что параметры кристаллической решетки пленок 7п„Сг(! „5, получаемых методом пульвернзации с последующим пиролизом, плавно изменяются в зависимости от состава. Пленки сплавов, осаждаемые таким способом, представляютсобойединственную кристаллическую фазу [гексагональную илн кубическую), тнп которой определяется составом пленок.
В отличие от пленок сплавов, наносимых вакуумным испарением, свойства кристаллической структуры пленок, получаемых посредством пульверизацин, не зависят от температуры осаждения. При концентрации цинка менее 60 % пленки имеют гексагональную структуру, а при концентрациях Хп выше 80 % — кубическую. В диапазоне концентраций 0,6<х<0,8 в пленках присутствуют как гексагональная, так и кубическая модификации. Согласно сообщению Сингха и Джордана [1371, в пленках сплавов толщиной 5...6 мкм, осаждаемых методом пульверизации с последующим пиролизом, наблюдается ярко выраженная преимущественная Глава 3 174 !б' и' ббб тбб >бб зб' а-' 0,2 б,б б,б б,б Ьб х б бл ОЛ б,б б,б Ьб х Рис. 3.20 б. Зависимость отношения 6 фотопроводимости к темноаой проводимости от параметра х пленок ЕпхСог „5, получаемых методом пульверизании с последующим пиролизом 11391.
Рис. 3.20. в, Зависимость удельного сопротивления р пленок 2пхСй, „5, получаемых методом пульверизании с последующим пиролизом, от параметра х 1!391. ! — непосредственно после осаждения, 2 — после отжига. л ориентация зерен вдоль оси с, а типичный размер зерен составляет 1 ... 2 мкм. При вариациях концентрации Хп средний размер зерен меняется незначительно. При значениях х, превышающих 0,7, на поверхности пленок образуются трещины. Увеличение концентрации Хп обычно сопровождается повышением удельного сопротивления пленок сплава на несколько порядков величины. Низкоб, б,б б,б х омные [1 ...
20 Ом см) пленки сплава с небольшой концентрацией Хп мог' ависимость гут быть получены методом вакуум- зоны пленок ного испарения [115, 116]. Дас [116] от параметра х установил, что при увеличении содержания Хп уменьшаются как концентрация носителей, так и их подвиж- В работе Банерджи и др. [139] показано, что редственио после осаждения пленок сплава методом пуль- я з,б я аб Рис.
3.20. оптической щенной ЕпхСд~-х5 [116]. ность. непос 475 Физические свойства тонких пленок 3.2.8 Селенид меди (Спз5е) Поскольку интерес к тонким пленкам Спз5е как к материалу для изготовления солнечных элементов усилился лишь в последние годы, количество публикаций по данному вопросу очень ограничено. Тонкие пленки СпзЯе получают преимущественно вакуумным испарением [172 — 174].
Спз5 существует в нескольких кристаллографических модификациях, и свойства пленок в значительной степени определяются их составом, который в свою очередь зависит от условий осаждения. Зд.ад Структурные свойства В процессе вакуумной термообработки пленок при температуре ниже 350 'С Шафизаде и др. [173] наблюдали последовательность фазовых переходов Сп5е: !ОО... ЗОО С ЗОО"С кубическая гранецентрированная решетка, а=о 555 О 575 лгм Охлаждение до ко атнов Сцз5е кубическая тем ниакагранецентри. темперарованная турная решетка. ллодифика. а=Отеч ция Параметр а кубической гранецентрированной решетки Спз Ве меняется в интервале 0,568...0,575 нм, соответствующем вариациям состава от Сц!,48е до Сп! 758е.
В диапазоне составов от Спьт55е до Спз8е существует упорядоченная низкотемпературная фаза селенида меди. При температуре выше 350 'С СпЯе распадается на две фазы с а=0,584 и 0,565 нм. При охлаждении селенида меди до комнатной температуры веризации отношение значений их электропроводности при наличии и отсутствии освещения составляет 104 для пленок чистого сульфида кадмия и 1 для пленок чистого сульфида цинка. Данные результаты представлены на рис. 3.20, б, Темповое удельное сопротивление этих пленок повышается при увеличении концентрации Хп. В результате отжига удельное сопротивление пленок сплава уменьшается, при этом, как видно из рис. 3.20 в, эффект отжига максимален для пленок чистого СЮ и пренебрежимо мал при х)0,80.
Что касается оптических характеристик пленок сплава, то они плавно изменяются при вариациях состава. Пленки любого состава являются «прямозонными» полупроводниками [116], причем зависимость ширины запрещенной зоны от состава при переходе от чистого С65 к чистому ХпЬ, как следует из рис. 3.20 г, отличается от линейной. Наблюдаемое увеличение ширины запрещенной зоны при возрастании в сплаве концентрации 2п способствует повышению напряжения холостого хода солнечных элементов на основе Спз8 — ХпкС4!л и5. Главе 3 176 образуется и одновременно существует две фазы — низкотемпературная модификация Сцт5е и модификация, имеющая кубическую гранецентрированную решетку с а=0,563 нм, которой отвечает фаза селенида меди, близкая по составу к Сишв5е.
Параметры элементарной ячейки эпитаксиальных пленок [172] низкотемпературной модификации Сив5е, выращиваемых на монокристаллах 5)аС! при температурах 200 и 400 'С, выраженные через параметры гексагональной решетки а н с, равны соответственно 0,707 н 0,668 нм. Балдхаупт и др. [174] сообщали о получении тонких пленок Сцв кВе, содержащих только гексагональную фазу, при температуре подложки !50...275 'С. Отмечается, что при более высоких температурах подложки состав пленок в меньшей степени зависит от скорости осаждения Бе (еслн она превышает некоторое пороговое значение).
Согласно измерениям, размер зерен в пленках составляет — 1 мкм. 3.2.8.2 Электрические свойства Измерения эффекта Холла и удельного сопротивления показывают, что пленки Сцв „Ве обладают проводимостью р-типа и в пленках, имеющих состав Сцьв5е, подвижность дырок равна 10 смт/(В с), а их концентрация — 2 !Ом см-т [174]. 3.2.8.3 Оптические свойства По характеру спектральной зависимости коэффициента поглощения [174] можно заключить, что поглощение света в пленках Сцв „Яе сопровождается как непрямыми оптическими переходами (соответствующее значение ширины запрещенной зоны — 1,4 эВ), так и прямыми переходами (шнрина запрещенной зоны — 2,2 эВ). 3.2.9 Сульфид меди (Сцт5) Помимо халькоцита (Сцв5), отличающегося наиболее высоким содержанием меди, и ковеллита (Сц5) обладающего наиболее высокой концентрацией серы, существует несколько других модификаций массивных кристаллов Сцк5, которые идентифицируются либо по типу кристаллической структуры, либо по составу, либо по обоим признакам одновременно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
