Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
Метод высокочастотного ионного распыления [21] позволяет получать пленки Si с ярко выраженной ориентацией в направлении < 111 > на подложках из сапфира с температурой выше 900 °С, поверхности которых параллельны плоскости (0001). При температуре подложки 800... 900 °С образуются поликристал-лические пленки. При еще более низкой температуре осаждаются аморфные пленки. В кремниевых пленках, получаемых на подложках из муллита (методом выращивания слоев поликри-сталлического Si на керамических подложках [25]), образуется
1} Таблетки, спеченные из порошков кремния. — Прим. ред.
Физические свойства тонких пленок
137
текстура с преимущественной ориентацией зерен относительно оси <110>, а направление роста (<211 >) совпадает с направлением вытягивания подложки из расплава. Размер зерен достигает величины порядка нескольких миллиметров [25, 26]. Пленки, осаждаемые на многократно используемые подложки 129], имеют столбчатую структуру, однако рост зерен происходит в направлении, перпендикулярном плоскости подложки. Размер зерен равен 1 ... 5 мкм. В результате лазерной рекристаллизации кремниевых лент зерна становятся более крупными и достигают нескольких миллиметров в ширину и нескольких сантиметров в длину. Кремниевые пленки, осаждаемые электролитическим методом [30] на подложки из Ag, Та, Mo, Ni и графита и имеющие толщину порядка 200 мкм, состоят из крупных зерен диаметром до 100 мкм. Пленки Si, получаемые (на подложках из графита, муллита и стеклообразного углерода) электрогидро-динамическим методом, при низкой температуре осаждения содержат зерна малого размера ( — 2 мкм). При распылении расплава кремния на подложки, нагретые до высокой температуры, образуются зерна столбчатой формы диаметром около 30 мкм.
3.2.1.2 Электрические свойства
Хиросэ и др. [6] провели детальное исследование влияния параметров процесса осаждения на электрические свойства кремниевых пленок, получаемых на кварцевых подложках методом химического осаждения из паровой фазы. Энергия активации, найденная по результатам исследования электропроводности пленок при воздействии постоянного электрического поля и для температур выше 280 К составляющая 0,53. ..0,61 эВ, меняется в зависимости от температуры осаждения. При температурах, меньших 280 К, реализуется механизм прыжковой проводимости по глубоким энергетическим состояниям, локализованным вблизи уровня Ферми. Концентрация дефектов, которые идентифицируются с помощью метода электронного парамагнитного резонанса, составляет не менее 1018 см-3. Температурная зависимость удельной проводимости показана на рис. 3.1. Анализ зависимости фотопроводимости от температуры (см. рис. 3.2) свидетельствует о том, что по обе стороны от уровня Ферми существуют энергетические зоны локализованных состояний. Хиросэ и др. [6] высказали предположение, что появление этих зон вызвано главным образом наличием «хвостов» состояний, связанных с областями вблизи границ зерен. Ёсихара и др. [8] установили, что энергия активации, определенная из исследования проводимости поликристаллических кремниевых пленок, в которые внедрены атомы бора и фосфора, обратно пропорциональна концентрации легирующей примеси (см. рис. 3.3).
ft, Омн • см";
138
Глава
3
т,к
Полученные результаты авторы интерпретировалиу исходя из модели границ зерен, основанной на предположении, что границы служат ловушками для носителей заряда. Расчеты показали, что плотность ловушечных состояний равна 3,5Х Х1012 см-2 в пленках Si, легированных бором, и
5,2 • 1012 см~2 — в пленках Si, легированных фосфором. При этом необходимо отметить, что плотность ловушечных состояний и, следовательно, слоевое сопротивление пленок, зависящие от температуры осаждения, уменьшаются при повышении температуры. Этот вывод иллюстрирует
рис. 3.4.
При изменении температуры осаждения от 700 до 1050 °С плотность ловушечных состояний снижается с 3,5 • 1012 до 2,ОХ ХЮ12 см~2, в то время как слоевое сопротивление уменьшается приблизительно с 105 до 102 Ом/ квадрат. Снижение плотности ловушечных состояний наблюдается также при отжиге, однако количество ловушек увеличивается по мере возрастания концентрации внедренного кислорода. Двуреченский и др. [2] при исследовании пленок Si методом электронного парамагнитного резонанса обнаружили дефекты,
Физические свойства онких пленок
139
представляющие собой вакансии, плотность которых составляет 3 • 1014.. .4 • 1014 см-2.
Пленки Si, создаваемые вакуумным испарением [17], непосредственно после осаждения имеют низкие значения удельной проводимости
( ~ 10~3 Ом-1 • см-1) и подвижности носителей (~0,5 см2/
(В-с)), которые почти не зависят от концентрации примеси. В результате отжига проводимость возрастает на несколько порядков величины.
В отожженных образцах наблюдается зависимость проводимости от уровня легирования, а энергия активации проводимости, как и в пленках, получаемых методом химического осаждения из паровой фазы, уменьшается при повышении концентрации примеси.
Анализ температурных зависимостей подвижности носителей заряда (см. рис. 3.5) показывает, что при низких концентрациях примеси (<4 - 1019 см-3) рассеяние носителей вызвано в основном наличием потенциальных барьеров между кристаллитами, при более высоких же уровнях легирования преобладает решеточное и примесное рассеяние.
