1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 42
Текст из файла (страница 42)
По мере увеличения концентрации носителей их подвижность сначала понижается, а затем возрастает. Такой вид зависимости объясняется захватом носителей границами зерен, Пленки ЕпО, осаждаемые химическим методом из паров металлорганических соединений [270] на подложки с температурой 280...350 'С, имеют удельную проводимость в пределах 10 з...50 Ом — ' ° см-'. Подвижность носителей в пленках ограничена из-за процессов термоионной и термоэлектронной эмиссии на границах зерен. При использовании высокочастотного реактивного магнетронного Глава 3 гаг й ео Я Е я 60 Е 40 а. в.
Е Я ао в 20 го а ол 1О 1,1 Л,мам 0,5 0,7 О,З распыления могут быть получены пленки ЕпО с удельной про- водимостью [О-а...5 [ОЯ Ом ' см-', значение которой опреде- ляется условиями процесса распыления. 3.3.5.3 Оптические свойства Для пленок ЕпО, как и для массивных кристаллов этого вещества, характерны прямые оптические переходы, которым отвечает ширина запрещенной зоны З,З эВ ]2[8]. Пленки, осаждаемые методом пульверизации с последующим пиролизом, обладают высоким оптическим коэффициентом пропускания (-85%) в области солнечного спектра при удельном сопротивлении -8 [0-4 Ом ° см 1259].
У пленок со слоевым сопротивлением 85 Ом/квадрат, получаемых магнетронным распылением ]27[], коэффициент пропускания в спектральном диапазоне 0,4... 0,8 мкм составляет около 90%. В табл. 3,3 приведены для сравнения характеристики нескольких видов прозрачных проводящих оксидных пленок, осаж- Рис. 3.31. Спектральные зависимости параметров различных прозрачных проводящих пленок. Коэффициент пропускания1 1 — ХпО [251[, 2 — 1ТО [225[, 3 — 5пО,, легированный фтором [219[, 4 — С4[тЯп04 [252!. Коэффициент отражения: б — 1ТО [225[, б — ЯпОт, легированный фтором [219[, Физические свойстве тонких пленок 203 600 10 100 е л 60 м х С ОО м 20 Рис. 3.32.
Зависимости слоеного сопротивления (4) и коэффициента пропускания (2) легированных фтором пленок ЯпО», полученных методом пульвериэации с последующим пнролнэом, от нх толщины 4(. даемых разными методами. На рис. 3.31 изображены спектральные зависимости коэффициентов пропускания и отражения различных оксидных пленок. На рис. 3.32 представлены зависимости слоевого сопротивления и коэффициента пропускания легированных фтором проводящих оксидных пленок ЬпОк от их толщины. 3.4 Кинетические явления в металлических пленках Металлические пленки применяются для создания прозрачных электродов в солнечных элементах с барьером Шоттки, а также сетчатого и сплошного контактов в различных конструкциях солнечных элементов.
В данном разделе кратко рассмотрены те свойства металлических пленок, которые влияют на характеристики элементов. Более глубокое и подробное обсуждение этих вопросов проведено в ряде монографий 1254, 255] и обзоров [256 — 258]. 60 40 60 Е ао в 0 0,2 о,а О,б 0,6 К,мкм 0 (0»О ! (О О ОО О" вббавбаансе» с" '4' а» Д Я Я Д 3 3 з а О а 3 а н а а а 4 х з а а к а х с » » 3 О, О о С4 о о о о о о о о о о х О 4 х О к к Ф х о н а О.
х с» с» о о о о а ° сх ка а» а О а О о 3 3 сс 3 О а' х у х а к О 3 о м а а О х а а х к С о х х х и Х а О Х х а к а 3 о О о О. к х 'х 3! О а й О р а к Х х к а б а 4 а х 44 4 »б а 3 0» 4 О 44 Е,» Х 1 и а 3 х н з к О 3 х х 3 а к а О О х а а О О с О к 3 О х ОЕ !ХО 'аннавенаобн -оа эоеэо»с» ннназжвэо носа»в )О)Е СО 4 4О О ООО О СО 4О 44» ! 0»а» со с»сок» с» ОООООО О СООТГ ~ СОСОС» ОООО ООО счсч 4' а он» ОООСО ! СОСОО\ ОООО ООО СОО СЬСО ~ СОСОСО ос»осо а»оса ОООО ООО Сч О СЧ СЧ СО О со а а а»а а «оса ОООООООО О О О 0»О»О»СО ) 00СООЪ О О О" О О" О" О О СО О»СО ! О»СО О 4' О» С4 С'» И» Ч' ОООО ООО С'» 4 4 СОСО а»со сосо ~ солсо ОООО ООО С'»4 СО О 4'СОСЧ 00 О СО» С»СОСО ОООООООО счо асчл ЯОО ОСЧ 4 С» С лба~~~а~ ЖИЕЕфЖЕ~ф С СЛЛЛСОСО С О»О»- е»сб аебееен/но 'аннаеенсобн -о» эоеаон3 аынаежеао Наса»б ! !!О-.,! ~ = ~О ~ ЧО ~0»" С'4К'О С4 О ) 4»0»«ЛО- О СОСО ЛС» 04 СО О Вс СОС»О са аа»со ~ Оса сч" СЧ СО С'4 СЧ лсчОО а»0»О Олл а» ~ О»сох» СО- О-- 0»са Л К СОСО С»" СЧ 0»"Со ~ СО са 4-.
ОО С4 СО О СЧО»и»| С44 О» С4 4 О СОСО 0»~ Лс О 0»СОС»О О Р»СО Са" СЧ ОО О ~ СЧ СО Сч О О О ЛСО4О "00 са"а»" ! а 0» 0»4 00 С'4 О» СЧО 4 Х»О»4О О 4- О а» ~ -" а о О» СО О а»оно со а Оса СЧСЧ О» О О а» сч ч' сч о всчл 8 айа Осе-4 О и С ~аИ~ааИ~~ ~~~~о.~~а есоО40О С СО С СЛЛЛО»Л С О»сл,~ аэ» цО 205 Физические свойстве тонких пленок 3 Е Е 2 о с,мм Рис.
3.33. Типичная зависимость удельного сопротивления р при 300 К пленки Ап, нанесенной на стеклянную подложку, от ее толщины и'. Области 1 — 1Ч характеризуются различными механизмами проводимости, Рис. 3.34. Температурные зависимости логарифма удельной проводимости несплошных пленок платины различной тол- -1с щины, описываемые уравнением Аррениуса [2341. Увеличение толщины пленок соответствует возрастанию Ел — расчетных значений энергии активации.
3.4.1 Электрические свойства Типичная зависимость удельно- в ,2 го сопротивления металлической пленки от ее толщины показана на рис. 3.33. Эта зависимость имеет четыре характерные области. Об- --13 ласть 1 соответствует несплошным пленкам, состоящим из отдельных 3,2 3,4 3,6 3,В 4,0 островков (гранул). Электропро- ю)гт (т, к) водность таких пленок определяется расстоянием между островками, их размерами и температурой. Как видно из рис. 3.34, зависимость удельной проводимости сверхтонких пленок платины от температуры отвечает уравнению Аррениуса.
Измеренные значения энергии активации совпадают со значениями, определяемыми из выражения для удельной проводимости б = (АдТй) ехр ( — ((ф — ВОЩАТ) ). 206 Глава 3 Здесь А и  — постоянные величины, ф — работа выхода электронов из массивного металлического образца, д — расстояние между островками. Величина ВдЧй характеризует уменьшение работы выхода под влиянием сил изображения. Температурный коэффициент удельного сопротивления отрицателен, и его значение зависит от микроструктуры пленки. В области 11 пленки обладают физически несплошной, сетчатой структурой, однако островки электрически соединены друг с другом. Удельное сопротивление и его температурный коэффициент зависят от относительного объема сплошных участков пленки, и каждая из этих величин является суммой двух составляющих, связанных со сплошной и несплошной частями пленки, В области 111 для пленок характерна физически сплошная однородная структура.
Их удельное сопротивление рл может быть представлено в виде суммы Рл = Рв+ Рз + Ров+ Рп + РГ каждое слагаемое которой отвечает определенному механизму рассеяния (символами В, 5, ОВ, 12 и ! обозначены процессы рассеяния электронов соответственно на фононах в объеме пленки, свободных поверхностях пленки, границах зерен, структурных дефектах и примесях).
Слагаемое, связанное с рассеянием на поверхности, зависит от толщины пленки и ее поверхностных свойств. В эпитаксиальных пленках, а также пленках с крупными ориентированными зернами, получаемых путем осаждения металлов на сильно нагретые подложки, свободные электроны почти зеркально отражаются от поверхностей. Однако в поликристаллических пленках, обычно используемых в солнечных элементах, по-видимому, преобладает диффузное рассеяние носителей и величина рз определяется с учетом размерных эффектов.
Необходимо также отметить, что при наличии на поверхности пленки мономолекулярных слоев другого вещества характер поверхностного рассеяния меняется, однако удельное сопротивление отклоняется при этом на небольшую величину ((20 $). Составляющие удельного сопротивления рсл н Рв сУщественно зависЯт от микРостРУктУРы (а значит, и от толщины пленки), условий ее осаждения и последующей термообработки. Рис. 3.35,а и б иллюстрируют влияние температуры осаждения и отжига пленок меди на зависимость удельного сопротивления и его температурного коэффициента, Й(!и рг)1ЙТ, от толщины пленок. 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 1 свободного пробега электронов. гот Физические свойства тонких пленок с о 6 О, а 20 ао 60 60 П,нм з 2 О, 1 .б 0 20 ао 60 60 а,чм 6 Рис. 3.35.
а) Зависимости удельного сопротивления пленок меди (нанесенвых на чистую поверхность стекла и на стеклянную подложку, покрытую слоем 5!0) от их толщины с( при различных параметрах процессов осаждения и отжига [259]; б) зависимости температурного коэффициента удельного сопротивления и' (!п ркрт(Т (Т, К) пленок меди (нанесенных аа чистую по.
верхность стекла н на стеклянную подложку, покрытую слоем ЫО) 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, Т!,[ч[Ь). 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 (-! эВ), при температурах, близких к комнатной, высокая концентрация «заморожениых» 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 рекристаллизацней. 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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
