1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 43
Текст из файла (страница 43)
формой границ зерен), зависимость этих параметров от толщины пленки может оказаться более сложной, чем предсказывает теория свободных электронов. И наконец, область 1У соответствует толстым пленкам (толщиной д))!), для которых наиболее значительными составляющими удельного сопротивления являются ра и ро. Любые изменения параметров этих пленок при вариациях толщины вызваны ее влиянием на микроструктуру пленок и вследствие этого связаны с условиями процесса осаждения. Температурный коэффициент удельного сопротивления пленок в областях !П и 1Ч всегда ниже, чем у массивных образцов, так как пленки имеют более высокое удельное сопротивление рл и лишь составляющая ра зависит от температуры. Поскольку температурный коэффициент удельного сопротивления пленок подвержен влиянию коэффициента аь линейного теплового расширения подложки, его можно существенно изменять путем выбора подложки с определенным значением аы Согласно правилу Матиссона, при введении примесей удельное сопротивление металлических пленок возрастает.
При сплавлении металлов (которое может также происходить непреднамеренно вследствие диффузии компонентов на границе раздела) для пленок бинарных сплавов с разупорядоченной структурой справедлива зависимость Мотта — Джонса, имеющая вид 209 Физические свойства тонких пленок 1 / / гг о -„ье 'а ,ьв 00 20 20а хса 0 "00 200 ;, С а Ь ! со Рис.
3.36. и) Зависимость нормированной критической толщины пленок Ля, осаждаемых методом вакуумного испарения на стеклянные подложки при температуре 23 'С со скоростью 0,1 нм/с, от угла падения О на подложку пучка пара [2341; б) зависимости критической толщины пленок от температуры подложки при отсчтствии электрического поля (!) и при наличии поля напряженностью 100 В/см (2). Ах(1 — х), где А — постоянная величина, а х — атомная концентрация одного из компонентов. Если при каком-либо составе сплава образуется ориентированная структура, удельное сопротивление достигает минимального значения.
Рассмотрим теперь факторы, которые влияют на положение границ четырех характерных областей зависимости, приведенной на рис. 3.33. Ширина каждой из этих областей определяется особенностями процессов зародышеобразования и роста конкретной пленки при данных условиях осаждения и, следовательно, не является постоянной даже для пленок одного и того же металла, если они получены в различных условиях.
Обычно при пониженной температуре осаждения благодаря меньшей подвижности адсорбированных атомов образуются более крупные зародыши, и поэтому ширина областей 1 — 1П уменьшается. Можно ввести полезный параметр, называемый критической толщиной пленки с(, (см. 1254)), по достижении которой пленка становится физически сплошной. На рис. 3.36 приведены заВИСИМОСтн 2/а От тЕМПЕРатУРЫ ОСажДЕНИЯ, УГЛа ПаДЕНИЯ На ПОД- ложку испаренных атомов и напряженности электрического поля.
При изменении условий процесса зародышеобразования возможны вариации критической толщины пленки в широких пределах. Так, например, критическая толщина пленок меди, осаждаемых на стекло при температуре ЗОО К, уменьшается приблизительно с 12 до 5 нм, если стеклянную подложку предварительно покрыть мономолекулярным слоем 510,. Среди других электрических параметров пленок представляет интерес работа выхода электронов, значения которой были измерены для ряда металлических пленок фотоэмиссионным методом.
Как правило, работа выхода для неотожженных пленок Глава 3 гщ Рис. 3.37. Зависимости оптииеских постоянных л и гг при длине волны 0,59 мкм (а) и коэффициента эаполнекия д (б) пленок серебра от их толщины сг [234). г х 1 ниже, чем для массивных образцов (в случае медных пленок это умень- шение может достигать 0,72 эВ), и ее значение возрастает при устранении структурных дефектов с помощью от- жига. 0 ьг о,в О,а 3.4.2 Оптические свойства о щ ,о 3, ц , Свер хтон кне несплошные металлические пленки по своим свойствам приближаются к диэлектрикам и имеют высокий показатель преломления и и низкий показатель поглощения й. При увеличении толщины пленки значения и понижаются, а значения й возрастают.
Зависимости оптических постоянных пленок серебра от их толщины показаны на рис. 3.37. Характерные особенности этих зависимостей можно объяснить в рамках теории Максвелла — Гарнетта или какой-либо другой теории гранулированных пленок. Как видно из рис. 3.37, существует явно выраженная зависимость между оптическими постоянными пленки и долей объема, заполненного веществом пленки (называемой коэффициентом заполнения с7).
При определенной длине волны, зависящей от размера островков, и при выполнении соотношения )е(7,))п()) в гранулированных пленках наблюдается аномальное поглощение света. Появление пика поглощения и наличие соответствующих этому эффекту максимумов на кривых спектральной зависимости п и й обсуждаются в работе (257). С физической точки зрения частицы металла, образующие пленки подобного типа, можно рассматривать как систему осцилляторов, в которой при определенной частоте наступает резонанс.
Оптические постоянные и, следовательно, коэффициенты отражения Й и пропускания Т зависят от микроструктуры пленок. На рис. 3.38 приведены спектральные зависимости )7 и Т пленок золота различной толщины, полученных при одной и той же температуре подложки, и пленок Ан одинаковой толщины, которые осаждались на подложки с различной температурой. При понижении температуры осаждения размер зерен уменьшается и возрастает концентрация дефектов. Дополнительный пик поглощения при длине волны 1 мкм связан с рассеянием света на границах мелких зерен. Значения гт' и Т сугцественно изменяются при наличии по- 21! О!языческие свойства тонких ппенок 0,7 035 0,50 0,2 0,25 0,5 0,1 0 0,5 1,0 1,5 2,0 Л, на "1 о 0,5 1,5 2,5 Л/нхн 5 Рис. 3.38.
Спектральные зависил1ости хоэффипиентов отражения )7 и про- пускания Т пленок золота [262[; а) пленки толщиной 12 нм имеют разную кристаллическую структуру (1, 2, 3); б) толщина пленок; 7 — 27,5 нм, 2— 15,0 нм, 3 — 5,6 нм. верхностного рельефа, оптической анизотропии, неоднородностей состава и при нарушении стехиометрии состава пленок. Рассеяние излучения поверхностными неровностями приводит к относительному изменению коэффициента отражения на величину 205//т- (4по/Х)' (при малых значениях о/).), где о — среднеквадратичная шероховатость поверхности.
У пленок, получаемых вакуумным испарением, легко достижимы значения о/Х-10 ', поэтому уменьшение коэффициента отражения в данном случае невелико (<[%). Пленки, состоящие из зерен Таблица 3.4. Некоторые электрические параметры различных металлических пленок [254, 255) Удельное сопротивле ииа при 20 С, мком см Температурима коэффициент удевьного сопротивления при 20 'С К Средкеквадратичиая шероховатость, им Работа выхода, эв Металл 16,9 (273 К] 57,0 (300 К) 40,0 (293 К) 45,0 (293 К) 20,2 4,28 2,65 4,26 1,59 5,1, 2,44 1,67 0,8 9,7 5,6 5,7 2,5 Л! Лн Лп Сп и! Ре ТР Мо Та Т! Сг Р1 Рб РЬ Ми Сд 4,65 4,5 4,55 4,6 4,25 4,33 4,5 5,65 5,12 4,25 3,62 3,94 0,00429 0,0041 0,0034 0,0068 0,0069 0,0065 0,0045 0,004 0,00! 0,0025 ггв Глава 3 Таблпаа 3.5.А Коэффипиенты отразкения и пролускания металлических пленок разной толщины, применяемых в солнечных элементах, при нескольких значениях длины волны [263, 264! Металл Х = 0,546 мкм 0,33 0,51 0,60 0,24 0,74 0,12 0,81 0,07 А1 на стекле 0,90 <0,001 7а — — 0,545 мкм Сп Х .=- 0,545 мкм 0,209 0,445 0,369 0,244 0,421 0,200 0,475 0,160 0,509 0,132 0,544 0,097 0,614 0,053 Ст столбчатой формы (образующихся при наклонном падении потока испаряемого вещества), обладают анизотропными свойствами.
В них наблюдается сильное поглощение света, зависящее от направления распространения лучей, а положение плоскости поляризации определяется направлением главной оси зерен. Неоднородность и нестехнометричность состава пленок оказывают существенное влияние на оптические свойства пленок сплавов и полупроводников. В табл. 3.4 и З.б суммированы некоторые полезные данные об электрических и оптических свойствах металлических пленок, применяемых в солнечных элементах. Эти пленки, как пра- 4,0 8,0 12,0 16,0 20,0 24,0 28,0 32,0 36,0 40,0 50,0 20,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 100,0 20,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 100,0 Х=О 0,125 0,52 0,70 0,79 0,84 0,88 0,90 0,91 0,91 0,92 0,92 О,!33 0,264 0,340 0,395 0,437 0,465 0,513 4 мкм 0,65 0,36 0,19 0,11 0,05 0,03 0,019 0,011 0,006 0,004 <0,00! 0,605 0,374 0,291 0,227 0,186 О,! 36 0,073 0,85 0,88 0,89 0,90 0,90 0,91 0,91 0,03 0,02 0,01 0,005 0,004 0,002 <0,001 7а = 0,650 мкм 0,38 0,42 0,63 0,18 0,75 0,09 0,82 0,05 0,85 0,02 0,87 0,01 0,88 0,008 0,89 0,004 0,90 0,003 0,90 0,002 Физические свойства тонких пленок 215 Продолжение Металл Х, мкм л а а Х, мкм Р1 0,256 ~ 1,169 0,445 0,583 0,590 0,594 1, 929 3,! 59 3,539 3,659 6,299 0,769 9,799 0,835 12,199 0,864 15,499 0,885 0,999 1,969 3,289 4,649 3,419 5,9! 9 7,499 !0,899 0,444 1,939 0,588 2,629 0,667 2,909 4,649 0,750 4,889 0,760 0,496 0,548 0,616 0,659 9,889 0.88 вило, имеют поликристаллнческую структуру с размером зерен, изменяющимся при типичных условиях осаждения примерно от 1О нм (в материалах с высокой температурой плавления) до 500 нм (в благородных металлах и материалах с более низкой температурой плавления).
Влияние размера зерен сказывается не только на электрических и оптических свойствах пленок, но в значительной мере и на взаимной диффузии атомов соседних слоев, поскольку в области границ зерен диффузионные процессы протекают наиболее интенсивно. 3.5 Диэлектрические пленки При изготовлении солнечных элементов диэлектрические пленки применяются для создания электроизоляционных и промежуточных слоев между металлами и полупроводниками; кроме того, они используются в качестве пассивирующнх и просветляющих покрытий. В следующих разделах кратко рассмотрены свойства нескольких видов диэлектрических пленок, влияющие на характеристики элементов, а в табл. 3.6 приведены некоторые электрические и оптические параметры этих пленок.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
