1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Сплошные линии — теоретические зависимости при различных значениях диффузионной длины электронов й и нормированной скорости поверхностной рекомбинации з после получения пленки Спзз химическим метолом (7), после термообработки на воздухе [2) и обработки в тлевшем разряде в атмосфере нодорода с последуюшим старением [3). гии электронов в пучке. Это означает, что прн использовании электронов низких энергий (5...10 кэВ) точность измерений Ео повышается, поскольку эффективная глубина с[ генерации носителей (например, для Си„Я) определяется соотношением г(=АЕо"=0,он, (! .35) где Еэ — энергия электронов в пучке, выраженная в киловольтах, а величина с[ представлена в микрометрах.
В методе возбуждения тока световым лучом — оптическом аналоге предыдущего метода — вместо электронного луча используют лазерное излучение и диффузионную длину неосновных носителей находят из зависимости !п т'„(тз,— ток короткого замыкания) от х таким же способом, как н раньше 171]. Однако предел разрешения, обеспечиваемый методом возбуждения тока световым лучом, ограничен размером светового пятна ()1 мкм).
Кроме того, при измерениях этим методом влияние поверхностной рекомбинации на получаемые результаты становится более существенным. При учете поверхностной рекомбинации в случае возбуждения тока световым лучом Анализ свойств полулроводнииовых материалов зт эффективную диффузионную длину Е,н можно рассчитать с помощью соотношения [7Ц гм1',в 1 — ехр( — 2) ( )т(г'1%'с(п((г)2) — Лс((т(Й2)1 ~ )1+ 1 + )то(й ()т'/2) ( (и'з — 2з (1.36) Здесь (й=т/Еэ, 7=1а, Й=5т/Еэ, 1 — толщина солнечного элемента от освещаемой до тыльной поверхности, а — коэффициент поглощения света, соответствующий длине волны лазерного излучения, 5 — скорость поверхностной рекомбинации. При использовании метода наведения тока электронным лучом измерения могут быть также выполнены способом, обеспечивающим относительно меньшую точность в определении Ел (73, 74].
В этом случае образец, к примеру солнечный элемент на основе Сп„Б — Сс(5, устанавливают в таком положении, при котором электронный луч направлен перпендикулярно поверхности Сн„Я, а объем, в котором генерируются носители, перемещается, пересекая плоскость перехода, вследствие изменения Еа и соответственно эффективной глубины генерации А Для того чтобы исключить эффекты, связанные с различием электронных токов и с увеличением скорости генерации неосновных носителей при повышении ускоряющего напряжения, измеренный ток ! нормируют на /лЕв (где /л — электронный ток в пучке). При достаточно малых величинах Ел, когда генерация носителей происходит преимущественно в Сн,Ь, зависимость )и(!//лйл) от эффективной глубины генерации позволяет определить значение Ер.
Шоком (74~ были построены зависимости нормированного тока от пробега первичных электронов в Сн.5 и путем сравнения полученных результатов с теоретическими зависимостями найдены значения Ео и 5, как это показано на рис. 1.14. Глава 2 МЕТОДЫ ОСАЖДЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК 2.1 Введение Образование зародышевых центров, микроструктура растущих тонких пленок и, следовательно, их физические свойства зависят от применяемого метода осаждения и параметров этого процесса. Двумерные слои толщиной от нескольких десятых долей нанометра до сотен микрометров могут быть получены с помощью большого количества так называемых тонкопленочных и толстопленочных методов.
Толстопленочные методы связаны с осаждением пленок какого-либо вещества из приготовленных на его основе паст или растворов. Оба вида технологических методов обеспечивают получение тонкопленочных материалов с различной микроструктурой и широким диапазоном свойств. При использовании тонкопленочных солнечных элементов большой площади в наземных условиях учитываются не только их энергетические характеристики, но и экономические показатели. Это обусловливает необходимость применения методов как тонкопленочной, так и толстопленочной технологии, которые удовлетворяют таким требованиям, как простота, низкая стоимость, возможность создания однородных пленок большой площади и управления процессом осаждения, а также позволяют получать пленки с определенными структурными, физико-химическими и электрооптическими свойствами.
Методы осаждения подробно рассмотрены в литературе 11 — 6). В данной главе представлен краткий обзор методов, которые в наибольшей степени подходят для получения пленок, используемых в солнечных элементах. Особо выделен ряд новых перспективных методов, которые до сих пор не освещались. Процесс осаждения тонкой пленки состоит нз трех этапов: 1) получение вещества в виде атомов, молекул или ионов, 2) перенос этих частиц через промежуточную среду, 3) конденсация частиц на подложке. В зависимости от того, каким 39 Методы осаждения тонких пленок способом были получены частицы пара: с использованием физического 1термическое испарение или ионное распыление), химического или электрохимического процессов, можно провести следующую классификацию методов осаждения: 1) физическое осаждение из паровой фазы, 2) химическое осаждение из паровой фазы, 3) химическое осаждение из раствора, 4) электрохимическое осаждение.
На основе методов физического и химического осаждения из паровой фазы разработаны комбинированные методы, такие, как реактивное испарение, реактивное ионное распыление и плазменное осаждение. В последующих разделах рассматриваются основные принципы и характерные особенности различных методов осаждения тонких пленок. 2.2 Физическое осаждение из паровой фазы 2.2.1 Вакуумное испарение 2,2ДД Кинетика процесса Испарение материала осуществляется при довольно высокой температуре, обеспечивающей необходимое давление паров. Согласно кинетической теории Ленгмюра — Дэшмана, скорость свободного испарения атомов с чистой поверхности единичной площади в вакууме определяется уравнением )У, = 2,635 10а"Р,/1МТ)и'.
(2.!) Здесь ту",— скорость испарения атомов в см-' ° с — '; Р,— выраженное в Па равновесное давление пара испаряемого вещества в условиях насыщения при температуре Т", М вЂ” молекулярная масса частиц пара. Преодолев промежуточную среду, атомы пара конденсируются на подложке в виде тонкой пленки. Скорость конденсации или осаждения атомов пара зависит от взаимного расположения испарителя и подложки, а также от коэффициента конденсации прн данном физическом состоянии поверхности. Частицы пара рассеиваются в результате столкновений с молекулами остаточного газа в вакуумной системе. Вероятность рассеяния и пропорциональна ехр ( — сЧ)с), где г) — расстояние между источником и подложкой, Х вЂ средн длина свободного пробега молекул остаточного газа.
Кроме того, молекулы газа соударяются с поверхностью подложки со скоростью, определяемой уравнением (2.1), где, разумеется, параметры Р, и М относятся к молекулам газа, имеющего темпе- н По-видимому, авторы имеют в виду долю общего количества молекул газа, которые не претерпевают столкновений на длине пути и'. — Призе ларив, Главе 2 40 Таблица 2.!. Характеристини остаточного воздуха при температуре 25 оС в вакууме, обычно создаваемом при осаждении пленок 121 Количество молекул, ~ соударяющихся с понерхностью в ед. вр., см-' с-' Количества мономолекулярнмх слоев, осаждаюгцихся в течение 1 с11 Средняя длина свободного пробега между соудареииям», см Частота столкновений между молекулами, с-' Давление, Па 0,5 51 510 5,1.
1О' 5,1. Ц1а 3 8.10тв 3,8 1Отв 3,8 10'а 3,8 ця 3,8 1О" 9 1О' 900 90 0,9 9. 1О'— а 1,33 1,33. 1О-' 1,38 1О-в 1,33 1О-' 1,ЗЗ 10 4400 44 4,4 4 4. 10-в 4,4 1О-е 1предполагается, что котффициент конденсации равен единице. ратуру Т, Как показывает анализ представленных в табл. 2.! данных по кинетическим свойствам остаточного воздуха, во избежание значительного загрязнения пленок их осаждение прн средней скорости роста от 0,1 до 1 нм/с необходимо проводить при давлении, меньшем 10 ' Па. Однако при повышенных температурах коэффициент прнлипания атомов остаточного газа резко уменьшается, благодаря чему уже при давлении -10 ' Па возможно получение чистых пленок, за исключением случая осаждения легко окисляющихся веществ, когда необходим более высокий вакуум.
2.2.1.2 Частицы пара Лишь ограниченное число веществ, к которым относятся Б, Ве, Те, В1, ВЬ, Р и Аз, при определенных температурах испаряется в виде многоатомных кластеров; прн испарении остальных элементарных веществ„находящихся в твердой фазе (сублимация) илн в жидком состоянии, образуются нейтральные атомы. Вследствие термической ионизации атомов пар может содержать незначительное количество заряженных частиц.
Испарение сплавов н соединений обычно сопровождается диссоциацией или ассоциацией либо обоими процессами одновременно. В том случае, когда летучесть компонентов сплавов. и соединений значительно отличается, происходит термическое. разложение.
Если компоненты имеют одинаковую летучесть, их испарение протекает с близкой скоростью. Испарение соединений при различной летучести компонентов приводит к тому, что состав пара и конденсата отличается от состава источника. Различие в составе возрастает в том случае, когда пар состоит нз атомов, имеющих разные коэффициенты конденсации. Как правило, при повышении температуры испарения и уменьшению Методы осаждения тонких ппанок давления паров преобладающим становится процесс диссоциации.
Например, вследствие диссоциации бинарных оксидов, испаряемых прн высокой температуре, источник и конденсат имеют различный состав. Лишь небольшое число соединений, таких, как Мять ВзОм СаРь З10, ОеО и БпО, при испарении не диссоцннрует. Компоненты сплавов испаряются независимо друг от друга, преимущественно в виде отдельных атомов, даже в том случае, когда чистый элемент испаряется в виде молекул. Применение закона Рауля для описания процесса испарения жидкого сплава дает следующее выражение для отношения количества атомов компонентов А и В в потоке пара: н2 (2.2) Здесь Са н Са — атомные концентрации соответствующих компонентов сплава. Отличие в поведении реального жидкого сплава по сравнению с идеальным раствором учитывается путем введения в данное уравнение коэффициента активности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
