ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Методы получения гидрогенизированного аморфного кремния из "Новые материалы в полупроводниковой электронике " В настоящее время пленки гидрогенизированного аморфного кремния в основном получают разложением силана в плазме тлеющего разряда. Подложки, на которые необходимо нанести пленки гидрогенизированного аморфного кремния, размещают в рабочей камере и пропускают через нее со скоростью от 0,1 до 30 см /мин смесь газообразного силана с водородом, возбуждая и поддерживая с помощью электромагнитного поля тлеющий газовый разряд. Разложение молекул силана на атомы водорода и кремния, осаждаемые на подложки, происходит в плазме тлеющего разряда. В зависимости от способа возбуждения тлеющего разряда различают несколько типов установок нанесения пленок аморфного кремния. [c.15] Безэлектродные высокочастотные системы возбуждения и поддержания тлеющего разряда с помощью индуктора, расположенного снаружи рабочей камеры (рис. 6, а), обычно работают при частоте напряжения питания индуктора в диапазоне от 0,5 до 13,5 МГц (давление силана от 10 до 270 Па) и обеспечивают скорость нанесения пленок 10—100 нм/мин. Основной их недостаток — неоднородность наносимых пленок а-51 Н, связанная с ограниченными размерами рабочей камеры. [c.15] В значительной мере этот недостаток устраняется применением двухэлектродных емкостных систем, в которых два плоскопараллельных электрода размещены внутри рабочей камеры (рис. 6, б). Для возбуждения и поддержания тлеющего разряда на электроды подается напряжение частотой, как правило, 13,5 МГц. Давление силана обычно составляет 0,7—30 Па. Скорость нанесения пленок около 50 нм/мин. [c.15] Для более точного управления процессом разложения силана и, как следствие, свойствами получаемых пленок в современных установках в области плазмы тлеющего разряда дополнительно создают магнитные и электрические поля. [c.16] Электрические, оптические и фотоэлектрические свойства пленок к2-51 Н в большой степени зависят от температуры подложек в процессе нанесения и с ростом ее улучшаются. Однако чрезмерное повышение температуры подложек приводит к уменьшению содержания водорода в пленке (при высоких температурах атомы водорода покидают пленку) и резкому ухудшению ее свойств. Поэтому температура подложек при нанесении пленок а-5И Н разложением силана должна быть в диапазоне от 200 до 400 °С. Содержание водорода в пленках а-51 Н. можно изменять от 3—13 до 30—35 %. [c.16] Пленки л- 1 Н, получаемые разложением силана, обладают высокими фотоэлектрическими свойствами, что обеспечивает их успешное применение в фотоэлектрических преобразователях солнечной энергии (солнечных батареях). Однако необходимые для их нанесения газообразные компоненты обладают повышенной опасностью. Так, силан взрыво- и пожароопасный газ, самовоспламеняющийся при контакте с воздухом, а фосфин и диборан — газы высокой токсичности. [c.16] Распространенным методом получения пленок гидрогенизированного аморфного кремния является высокочастотное ионно-плазменное распыление кремния в атмосфере арюнно-водородной плазмы, которое также широко используется в производстве полупроводниковых приборов и микросхем для нанесения пленок других материалов. [c.16] Легируют пленки Н тремя способами введением в газовую смесь фосфина или диборана (что нежелательно из-за их высокой токсичности) одновременным распылением кремния и легирующего материала распылением кремниевой мишени, легированной в заданном количестве нужной примесью. [c.17] Фотоэлектрические свойства пленок Н, получаемых высокочастотным ионно-плазменным распылением, несколько хуже, чем пленок, наносимых разложением силана, что обусловлено большей концентрацией локализованных состояний в запрещенной зоне. Вместе с тем метод ионно-плазменного распыления выгодно отличается от метода разложения силана с точки зрения безопасности. [c.17] Таким образом, легированием можно получать гидрогенизиро-ванный аморфный кремний как л-, так и р-типа электропроводности и изменять ее абсолютные значения от 10 до 10 Ом см , т. е. в 10 раз. [c.18] Присутствующий в гидрогенизированном аморфном кремнии водород оказывает влияние не только на электрические, но и на оптические свойства материала. Одной из основных оптических характеристик кремния является коэффициент оптического поглощения и его зависимости от энергии фотонов (или длины волны) излучения. [c.18] Коэффициент оптического поглощения пленок а-51 Н при большей энергии фотонов резко возрастает, так как эта энергия становится сравнимой с шириной запрещенной зоны материала. Следовательно, энергии оказывается достаточно для перевода электронов из валентной зоны в зону проводимости. Такой перевод электронов означает также увеличение концентрации как свободных электронов в зоне проводимости, так и д1.фок в валентной зоне, что ведет, как известно, к росту электропроводности материала. [c.19] Явление увеличения электропроводности полупроводника под действием излучения называют фотопроводимостью и широко используют при создании различных приборов, чувствительных к освещению. Фотопроводимость может возникнуть в полупроводнике лишь при определенной, близкой к ширине его запрещенной зоны энергии фотонов падающего излучения. Излучение с энергией фотонов, меньшей ширины запрещенной зоны, будет проходить через полупроводник не поглощаясь. При энергиях, значительно больших ширины запрещенной зоны, фотоны будут поглощаться поверхностью полупроводника и образующиеся при этом свободные электроны и дырки не проникнут в его толщу. [c.19] Зависимость фотопроводимости Оф пленок а-31 Н от энергии фотонов Еф излучения (кривая /) показана на рис. 9. Определяли фотопроводимость как разность между электропроводностями пленки а-51 Н при воздействии излучения с данной длиной волны и в темноте. На рис. 9 показана также зависимость интенсивности солнечного излучения / от энергии фотонов (кривая 2). Как видно из этого рисунка, кривые / и 2 хорошо согласуются друг с другом максимум фоточувствительности соответствует области длин волн, в которой наблюдается максимальная интенсивность солнечного излучения. Это послужило одной из основных причин широкого использования гидрогенизированного аморфного кремния в фотоэлектрических преобразователях (ФЭП) солнечной энергии — солнечных батареях. Другой причиной является низкая стоимость гидрогенизированного аморфного кремния по сравнению со стоимостью моно-кристаллических полупроводников, традиционно используемых в этой области. [c.19] Коэффициент полезного действия ФЭП малой площади (до 0,1 см ) составляет 8—12 %, а большой (более 100 см ) равен 4—8 %. При разомкнутой электрической цепи напряжение одной элементарной ячейки (напряжение холостого хода) составляет 0,7—0,8 В. Последовательное соединение элементарных ячеек в интегральных ФЭП позволяет получать напряжение холостого хода до 7—8 В. Максимальная плотность тока (ток короткого замыкания) ФЭП при освещенности 100 мВт/см- составляет 10—18 мА/см . [c.20] Фотоэлектрические преобразователи на основе гидрогенизированного амор фного кремния в настоящее время широко используются в качестве источников энергии для калькуляторов, часов, портативных радио- и телевизионных приемников, магнитофонов. Выпуск таких ФЭП в мире составляет миллионы штук в месяц. [c.20] Таким образом, применение гидрогенизированных аморфных сплавов кремния с азотом и с элементами четвертой группы периодической системы наряду с возможностью эффективного легирования открывает широчайшие возможности в управлении свойствами этих материалов. [c.22] Вернуться к основной статье