Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
Рост пленки при химическом осаждении из паровой фазы представляет собой процесс послойной конденсации атомов или молекул. Во многих чертах он аналогичен процессу роста пленки при использовании физических методов осаждения из паровой фазы, таких, как испарение или ионное распыление, поскольку в каждом из этих случаев пленка формируется из паровой фазы. Существенное различие между процессами химического и физического осаждения из паровой фазы состоит в том, что при‘химическом осаждении пленка образуется в результате гетерогенной химической реакции, когда не требуется, чтобы средняя длина свободного пробега молекул газа была бы более высокой или сравнимой с размерами камеры для осаждения. Тем не менее химическое осаждение из паровой фазы при необходимости можно осуществлять при низком давлении или в условиях высокого вакуума.
94
Глава 2
Наиболее важные преимущества метода химического осаждения из паровой фазы состоят в следующем: 1) поскольку насосы и другое вакуумное оборудование обычно не применяются, установка имеет относительно простую конструкцию, и ее можно быстро подготовить к следующему циклу осаждения с целью получения новой пленки; 2) процесс осаждения можно проводить с высокой скоростью; 3) при получении пленок химических соединений легко регулировать их состав; 4) довольно простыми способами можно осуществлять легирование пленок, контролируя количество вводимой примеси; 5) возможно осаждение многокомпонентных сплавов; 6) осаждение тугоплавких материалов проводится при более низкой температуре по сравнению с вакуумным испарением; 7) возможно-'выращивание эпитаксиальных слоев с высокой степенью совершенства структуры и низким содержанием примесей; 8) покрытия могут наноситься на объекты сложной конфигурации; 9) непосредственно перед процессом осаждения возможно проведение химического газового травления подложек.
Однако данный метод имеет ряд недостатков, к которым относятся: 1) высокая сложность (с точки зрения термодинамики и кинетики реакций) процессов, происходящих при осаждении пленки, и их недостаточное понимание; 2) необходимость нагрева подложки до более высокой температуры, чем при физическом осаждении пленок из паровой фазы; 3) высокая токсичность, взрывоопасность и коррозионная активность реакционных газов, используемых в процессе осаждения, и продуктов химических реавдий; 4) возможность взаимодействия коррозионно-активных паров с подложкой, осаждаемой пленкой или материалами, из которых изготовлено оборудование, а также внедрение в растущую пленку в виде примесей летучих продуктов химических реакций, протекающих в процессе осаждения;
5) ограниченный выбор материалов подложки вследствие возможности диффузии, сплавления и протекания на поверхности подложки химических реакций при высокой температуре;
6) трудности в осуществлении контроля осаждения однородной пленки; 7) как правило, отсутствие возможности маскирования подложки.
В последующих разделах будут рассмотрены характерные особенности процесса химического осаждения из паровой фазы. Подробное изложение этих вопросов можно найти в исчерпывающих обзорах по данному методу осаждения пленок [107, 108].
2.3.4.1 Химические аспекты
Для проведения химического осаждения из паровой фазы можно использовать любую химическую реакцию с участием реакционноспособных паров одного или нескольких видов, в ре-
Методы осаждения тонких пленок
95
зультате которой образуется вещество в твердой фазе. В некоторых случаях при достаточно высокой температуре в реакции может участвовать и подложка. Так, например, на кремниевых и алюминиевых подложках при воздействии окислительной атмосферы образуются слои соответственно SiC>2 и А120з. Выбор типа химической реакции для практического осуществления проводится с учетом свойств подложки и особенностей реакции. Помимо этого нужно принимать во внимание, что в действительности процесс протекания реакции может быть довольно сложным, сопровождающимся образованием (в соответствии с кинетикой реакции) промежуточных продуктов. Особенности кинетики реакции зависят от ряда факторов, среди которых наиболее существенными являются скорости потоков газов, их парциальное давление, температура осаждения, температурный профиль подложки, природа материала и поверхностные свойства подложки.
Химические реакции, используемые при химическом осаждении из паровой фазы, можно разбить на следующие группы:
1) реакции разложения, 2) восстановление галогенов с помощью водорода или металлов, 3) полимеризация, 4) транспортные реакции. Ниже приводится их краткое описание.
2.3 АЛ а. Разложение. При подведении достаточно большого количества энергии используемое для осаждения пленки газообразное соединение, которое пропускается над подложкой или находится в адсорбированном состоянии на ее поверхности, разлагается, а образующееся твердое вещество конденсируется на подложке. Эта реакция может быть записана в виде
АВ (паровая фаза)А (твердая фаза) + В (паровая фаза).
Исходными веществами для проведения реакций такого типа служат как органические, так и неорганические соединения с ионной или ковалентной связью. В качестве примера можно привести следующую типичную реакцию разложения:
