Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
Наиболее важной частью системы химического осаждения из паровой фазы является реактор. Реакторы можно классифицировать по следующему принципу: 1) низкотемпературные реакторы, применяемые при температурах ниже 500 °С и нормальном давлении; 2) высокотемпературные реакторы, используемые при температурах, превышающих 500 °С, и нормальном или пониженном давлении. В соответствии с характером течения газа и принципом действия низкотемпературные реакторы в свою очередь подразделяются на четыре основных класса:
1) проточный реактор с горизонтальным расположением трубы;
2) ротационный вертикальный реактор периодического действия; 3) реактор непрерывного действия, в котором поток предварительно смешанных! газов пропускается через диспергирующую пластину с крупными отверстиями; 4) реактор непрерывного действия с раздельными потоками разбавленного азотом кислорода и гидрида основного вещества, направляемыми к подложке через патрубки, которые обеспечивают ламинарное течение газов. Высокотемпературные реакторы подразделяются на 1) реакторы с «горячими стенками», применяемые в том случае, когда процесс осаждения является экзотермическим, и 2) реакторы с «холодными стенками», используемые при проведении эндотермических реакций. Различные типы реакторов подробно рассмотрены Керном и Бэном [114].
Для получения высококачественных пленок с воспроизводимыми свойствами необходим точный контроль параметров процесса осаждения, среди которых наиболее важными являются:
1) температура внутри реактора (одно- или многозонного),
2) количество и химический состав всех газов или паров, поступающих в реактор, 3) моменты времени, когда необходимо изменить энергетические характеристики системы или химический состав среды, 4) давление газов. Температура измеряется либо с помощью термопар, либо пирометрически. Выходной сигнал датчика температуры поступает в терморегулятор, который поддерживает температуру на определенном уровне с погрешностью от ±1 до ±5°С. Скорость потока газа определяется и регулируется расходомером-ротаметром или электронным датчиком контроля массы. Ротаметр имеет класс точности 5, а электронный расходомер — 2. При использовании электронных расходомеров возможно создание автоматизированных систем осаждения с программным управлением и получение с их
Методы осаждения тонких пленок
101
ВЧ ка.туш.кй
Рис. 2.18. Блок-схема системы для химического осаждения из паровой фазы, применяемая для изготовления тонкопленочных кремниевых солнечных элементов [115].
1 — перекрывающие вентили, 2 — дозирующие вентили, А, В, С, D, Е, F — расходомеры.
помощью сложных тонкопленочных структур при точном контроле состава и толщины осаждаемых слоев, которые зависят от концентрации газообразных реагентов и продолжительности процесса.
Активация химических реакций чаще всего осуществляется термическим методом. Подложку при этом нагревают с помощью наружной печи или же используют какой-либо внутренний источник тепла. Для нагрева подложки через нее пропускают электрический ток (если она изготовлена из проводящего материала), подложку помещают на пластину с высоким сопротивлением или на токоприемник, нагреваемый индукционным методом, применяют инфракрасные излучатели или мощные лампы накаливания, а также проводят электронную бомбардировку. Токоприемники обычно изготовляют из графита, покрытого плотным слоем карбида кремния. Для изготовления трубы реактора используют плавленый кварц.
На рис. 2.18 приведена схема системы химического осаждения из паровой фазы, применяемой для получения структур с р—/г-переходом на основе кремния [115].
Керн и Бэн [114], анализируя процессы химического осаждения тонких неорганических пленок из паровой фазы, отмечают, что, несмотря на большие успехи в разработке и создании реакторов, необходимо их значительное усовершенствование для сокращения потребления химических реактивов и энергии, уменьшения тепловых потерь и повышения степени полез* ного использования реактивов.
102
Глава 2
2.3.4.2b. Термодинамика и кинетика реакций. На основе законов термодинамики могут быть рассчитаны основные параметры процесса осаждения, которые позволяют определить предельное теоретическое количество осажденного вещества и парциальные давления всех компонентов паровой фазы при конкретных экспериментальных условиях. Однако изучение термодинамических характеристик процессов не дает информации о скорости протекания реакций при химическом осаждении из паровой фазы. Кроме того, при расчете термодинамических параметров система считается химически равновесной, что может не соответствовать действительности. Тем не менее такие расчеты полезны для оценки возможности осаждения пленок с использованием тех или иных реакций.
Изменение свободной энергии AGr° термодинамической системы в результате химической реакции можно рассчитать с использованием соотношения
AGr = 2 AG°f (продукты реакции) — X AG*} (реактивы),
где AG/0 — свободная энергия химического соединения. Величину AGr° можно представить в виде
—AG°r = 2,3RTlgkp,
где kp — термодинамическая константа равновесия, связанная с парциальными давлениями Рг компонентов системы соотношением
