Способ получения пленок С @ I @ S @ Советский патент 1993 года по МПК H01L21/203 

со

с

Использование: может быть использовано при создании полупроводниковых приборов с потенциальным барьером. Сущность изобретения: осаждают CulnSe2 методом термического испарения на нагретую подложку, причем испарение проводят для получения слоя n-типа проводимости при температуре испарителя 980-1130°С и для получения слоя р-типа проводимости при 1140-1250°С, а температуру подложки поддерживают в интервале 300-400°С. Способ позволяет получать пленки р- и n-типа в едином технологическом цикле. 1 ил.

Изобретение относится к способам получения слоев сложных алмазоподобных полупроводниковых соединений и может быть использовано при создании полупроводниковых приборов с потенциальным барьером.

Целью изобретения является получение плёночного гомоперехода в едином технологическом цикле при высоком выходе годной продукции.

Поставленная цель достигается тем, что проводят термическое испарение CulnSe2 и осаждают на нагретую подложку, Испарение проводят для получения слоя п-типа проводимости при температуре 950-1130°С и для ргтипа проводимости при температуре 1140-1250°С, а температуру подложки во время процесса осаждения поддерживают в интервале 300-400°С.

На чертеже показана зависимость концентрации носителей заряда при комнатной

температуре в однородных плёнках CulnSe2 от температуры испарения, где 1 - концентрация электронов, 2 - концентрация дырок в плёнках CulnSe2.

В основу изобретения положено влияние, поясняемое чертежом,

Сущность явления состоит в том, что при изменений всего одного параметра, а именно температуры испарения исходного вещества CulnSea, происходит закономерное изменение концентрации носителей заряда. Эта закономерность, а также возможность в процессе испарения экспрессно изменять температуру испарения как раз и явились физической основой процесса, позволяющего в едином технологическом цикле обеспечить выращивание пленочного гомоперехода при высоком.выходе годной продукции, При этом можно легко контролировать очерёдность следования плёнок различного типа проводимости.

00

о

а

со

Эффекты напыления плёнок и конверсии наступают при любом значении температуры подложек из указанного выше интервала. Пределы температур испарения при получении вещества п- и р-типа проводимости определяются соотношением концентраций образующихся в плёнках CulnSe2 доноров и акцепторов. При Ти ниже 1130°С в плёнках доминируют доноры, которые, по-видимому, являются вакансиями в подрешетке селена, тогда как при Ти выше 1140°С в плёнках CulnSe2 доминируют, вероятно, вакансии в подрешетках меди или индия, которые являются акцепторами, Нижний предел температуры испарения Ти 980°С вытекает из требования обеспечить достаточную скорость осаждения однофазного вещества. Верхний предел Ти 1250°С определяется термической стабильностью ячейки. Во время испарения температура подложки Тп из интервала 300-400°С обеспечивает получение однофазных плёнок CulnSe2 со структурой халькопирита. При выходе температурьгподложки за эти пределы наблюдается образование многофазных систем и положительный эффект, вызванный изменением Ти исчезает. .

Рассмотрим существенность отличительных признаков заявленного решения. Как было установлено впервые авторами заявки, концентрация и тип носителей заряда плёнок CulnSe2 связаны однозначно со знамением температуры испарения при фиксированном значении температуры подложки из интервала 300-400°С. Ранее зависимость концентрации и типа носителей в плёнках CulnSe2 от .Ти не была известна. Таким образом, предлагаемое решение отвечает критерию изобретения существенные отличия,

Р-тип проводимости в плёнках достигается, еслиТи 1140-1250°С. Если испарение вести при Ти 1140°С, то р-тип проводимости изменяется на n-тип, а при Ти 1250°С наблюдается образование многофазных продуктов осаждения без достаточной однородности по площади и низкого качества, т.е. нет воспроизводимости в свойствах пленки. Всё это справедливо при Тп 300- 430°С, а если установить Тп 300°С, или Тп 400°С, то опять-таки наблюдается образование в плёнках нескольких фаз и величина проводимости плёнок становится не воспроизводимой величиной.

Для получения плёнок вещества п-типа проводимости необходимо поддержание значения Ти 980-1130°С при ТП 300-400°С во время испарения. Действительно, если Ти 1130°С при Тп 300-400°С, то мы начинаем получать плёнку р-типа и, следовательно, цель не достигается. В случае Ти 980°С

иТп 300-400°С, процесс образования плёнки n-типа нарушается, так как она становится неоднофазной и неоднородной. Что касается значений Тп 300°С и Тп 400°С при

Ти 980-1130°С, то процесс образования плёнок n-CulnS62 становится невоспроизводимым из-за их неоднофазности и неоднородности.

Способ реализуется следующим образом. Для нанесения слоев CulnSe2 на подложки из оптического стекла применялась вакуумная напылительная система на основе УВН-7Ш. Порошкообразный CulnSe2 (2-4 г.) помещают в графитовую ячейку с

молибденовым нагревателем, обеспечивающим при токах до 200А температуру испарения Ти до 1300°С, Осаждение продуктов испарения проводилось через маски на нагреваемую с помощью печи сопротивления

(рабочий ток не более 2А) подложку с температурой Тп до 700°С. Величины Ти и Тп во время процесса поддерживались с точностью не ниже ±0,5°С с помощью системы терморегулирования. Температура (Ти, Тп)

измерялась с помощью платина-платиноро- диевых термопар, показания которых регистрировались на ленте самопишущего потенциометра типа ЭПП, После загрузки CulnSea в ячейку установка вакуумируется

(ю -10 мм рт.ст.) и с помощью системы терморегулирования устанавливают необходимые значения Ти и Тп, после чего открывается экран и происходит осаждение вещества определённого, например, р-типа

проводимости. Контроль времени осаждения определяет толщину плёнки р-типа. Затем при постоянном значении Тп производят установку такого значения Ти, когда осаждается плёнка n-типа проводимости. После завершения напыления плёнки n-типа на пленку р-типа подложка с напылёнными продуктами закрывается заслонкой и выключается питание печей испарителя и подложки, т.е. происходит снижение температуры подложки до комнатной. Затем установка разгерметизируется и полученная гомопереходная структура снабжается омическими контактами.

Практическая реализация способа

представлена в следующих примерах.

Пример 1. Получение плёнки р-типа проводимости вели при Ти 1150°С и Тп 350°С. За время испарения т 20 мин осаждается плёнка р-типа толщиной ,2 мкм. Затем устанавливается Ти 1000°С при Тп 350°С и в течение т 25 мин осаждается плёнка n-типа толщиной dM3,8 мм, После проведения процесса плёночнг.я

структура снабжалась омическими контактами. Как показали измерения, гомопереходная структура обнаруживает выпрямление К 10 при напряжении U 1 В (Т 300°С) и фотонапряжение холостого хода Uxx ±0,1 В. Представленный режим является полностью воспроизводимым. Следовательно, получение плёнки по указанному режиму обеспечивает выращивание в едином технологическом цикле с полным выходом годной продукции плёночных гомопереходов из CulnSe2.

Пример 2. Получение плёнки р-типа вели при Ти 1180°С и Тп 300°С. За время испарения т 20 мин образуется плёнка толщиной d z. 1 мкм. Затем устанавливают Ти 1000°С и Тп 300°С и в течение 30 мин осаждают пленку n-типа толщиной d 0,8 мкм. Полученная в таком режиме п-р-струк- тура обладает выпрямлением 10 и фотонапряжением 0,1 В. Режим позволяет воспроизводимо получать п-р-переходы.

Г) р им е р 3. Получение плёнки р-типа вели при Ти 1200°С и Тп 400°С. Испарение в течение г 20 мин приводит к осаждению плёнки толщиной d 1.8 мкм, После

этого устанавливают Ти 980°С и Тп 400 С. Осаждение в течение т 40 мин. позволяет получать плёнку n-типа толщиной d ± 0.4 мкм. Все созданные в таком режиме п-р- структуры обладают выпрямлением 10 и фотонэпряжением 0,1 В.

Решение проблемы получения п-р-гомо- переходов из CulnSea открывает возможность создания эффективных тонкоплёночных солнечных преобразователей для нужд наземной фотоэнергетики массового применения.

Формула изобретения

Способ получения пленок CulnSea, включающий осаждение CulnSe2 методом термического испарения на нагретую подложку, отличающийся тем, что, с целью получения пленок р- и n-типа в едином технологическом цикле, испарение проводят для получения слоя n-типа проводимости при температуре испарителя 980-1130°С и для получения слоя р-типа проводимости - при 1140-1250°С, а температуру подложки поддерживают в интервале 300-400°С.