Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
2.2.3.5 Ионное осаждение
Ионным осаждением называют метод, основанный на термическом испарении вещества на подложку (катод) с ее одновременной бомбардировкой положительными ионами (напри-
58
Глава 2
мер, Аг+), получаемыми в тлеющем разряде или с помощью ионного источника. Бомбардировка осаждаемой пленки приводит к ее уплотнению и повышению адгезии. Недостатками метода являются ионное травление растущей пленки и захват пленкой быстрых ионов газа. Более совершенный и более важный вариант метода ионного осаждения включает ионизацию паров с помощью ускоренных электронов, получаемых из термоэмиссионного источника, и осаждение на подложку ионов, которые при необходимости могут быть ускорены.
2.2.3.6 Реактивное ионное распыление
Благодаря высокой химической активности ионов и возбужденных атомов, которые легко создавать в плазме тлеющего разряда при постоянном токе или высокочастотном разряде, можно получать тонкие пленки карбидов, нитридов, оксидов, гидридов, сульфидов, арсенидов и фосфидов. С этой целью в плазму инертного газа вводят реакционноспособный газ. В зависимости от давления и химической активности взаимодействующих частиц, свойств подложки и температурных условий химическая реакция происходит на катоде, в плазме или у анода. Состав пленок, получаемых этим методом, зависит от особенностей кинетики плазмы и термодинамических параметров протекающих процессов. Среди основных приложений этого метода — получение оксидных пленок с регулируемым составом для солнечных элементов со структурой металл — диэлектрик — полупроводник и полупроводник — диэлектрик — полупроводник, а также для просветляющих покрытий. В настоящее время достаточно хорошо освоено применение реактивного распыления для плазменного или «сухого» травления (селективного и неселективного характера) целого ряда металлических и неметаллических поверхностей [4] путем введения в плазму соответствующих галогеноуглеродов, вступающих в реакцию с подложкой, в результате которой образуются галоге-ниды с высоким давлением паров. Таким способом можно получать тонкие пленки с намеченным контактным рисунком при создании контактной сетки на поверхности солнечных элементов.
2.3 Методы химического осаждения
2.3.1 Пульверизация с последующим пиролизом
Пульверизация раствора с последующим пиролизом была впервые применена в 1910 г. для получения прозрачных оксидных пленок [17]. В 60-е годы Чемберлин и др. [18—20] использовали этот метод для осаждения пленок сульфидов и селени-
Методы осаждения тонких пленок
59
дов. При пиролизе распыленного раствора происходит термостимулированная реакция между кластерами атомов различных химически активных веществ, находящихся в жидкой или паровой фазе. Если считать, что осаждение тонкой пленки представляет собой процесс послойной конденсации атомов, молекул или ионов, то в зависимости от размеров получаемых кластеров пульверизацию с последующим пиролизом можно отнести либо* к тонкопленочным, либо к толстопленочным методам осаждения.
Этот метод получил широкое развитие благодаря усилиям Чемберлина и др. [18—23] (ныне сотрудников Photon Power Inc.), Бьюба и др. [24—30] в Станфордском университете, Са-велли и др. [31—34] в университете г. Монпелье, а также Чопра и др. [35—42] в Индийском технологическом институте, г. Дели. Недавно Чопра и др. [43] опубликовали обзор исследований в этой области. В следующих разделах особенности процесса пульверизации с последующим пиролизом будут рассмотрены более подробно.
2.3.1.1 Физические аспекты
Метод пульверизации с последующим пиролизом связан с распылением на нагретую подложку раствора (чаще всего водного), содержащего растворимые соли компонентов осаждаемого соединения. Капли распыленного раствора, достигнув поверхности горячей подложки, подвергаются пиролитическому разложению (эндотермический процесс), а продукт реакции образует на поверхности отдельные кристаллиты или группы кристаллитов. Летучие побочные продукты реакции и избыток растворителя выделяются в виде пара. К подложке подводится тепловая энергия, необходимая для термического разложения раствора, химического взаимодействия компонентов вещества и последующих процессов агломерации и рекристаллизации групп кристаллитов, завершающихся образованием сплошной пленки.
Блок-схема обычной установки для пиролиза распыленного раствора, применяемой в лаборатории авторов книги, представлена на рис. 2.3. Распыление химического раствора на мельчайшие капли осуществляется с помощью пульверизатора при использовании очищенного газа-носителя, который непосредственно участвует (как это происходит в случае осаждения пленок SnO*), но может и не участвовать (например, при получении пленок CdS) в реакции пиролиза. Газ-носитель и распыляемый раствор, подаваемые в пульверизатор, имеют постоянные, заранее рассчитанные давления и скорости потоков. Температуру подложки поддерживают на определенном уровне при помощи устройства с обратной связью, которое регулирует
60
Глава 2
Рис. 2.3. Блок-схема установки, применяемой в лаборатории авторов для осаждения тонких пленок CdS методом пульверизации с последующим пиролизом.
