Реферат: Физические свойства плёнок Cu для тонкопленочных фотопреобразователей

где – скорость роста кристаллу. Частота гомогенного зародышеобразования в стационарных условиях при температуре Т может быть описана следующем выражением:

(2)

где – свободная энергия Гиббса; – средний атомный диаметр; - объемная концентрация атомов; - среднее значение коэффициента диффузии атомов через границу жидкость – зародыш.

Энергию можно рассчитать по методике [2], которая предусматривает использование энергии связи атомов Те-Те и Те-Si, а коэффициент диффузии можно рассчитать за формулой:

(3)

где – коэффициент вязкости. При расчете энергии связи атомов исследуемой системы мы получили: Е_Si-Te = 186 ± 3 кДж*моль^-1, E_Te-Te = 168 ± 3 кДж*моль^-1 .

На пути к созданию предельно миниатюрных кремниевых приборов и устройств с деталями нанометровых размеров все более высокие требования предъявляются к структурному совершенству поверхности и объёма монокристаллов кремния. Известно, что в наиболее совершенных бездислокационных монокристаллах кремния содержатся собственные и примесные «микродефекты» (МД) с размерами от нано – до микрометров. Они влияют на электронные, оптические и механические свойства кремниевых приборов. Выявление таких дефектов и изучение их свойств является одной из важных задач при совершенствовании технологии выращивания кристаллов и изготовления перспективных кремниевых приборов [1, 2].

Среди современных методов выявления тонкой структуры кристаллов, таких как оптические, электронные, рентгеновские варианты микроскопии, спектроскопии и томографии, рассматриваемый здесь металлографический метод выделяется высокой чувствительностью, широкой распространенностью и кажущейся простотой реализации [3, 4]. Сущность этого метода заключается в формировании дефектно-контрастного рельефа поверхности кристалла в результате растворения в специальных селективных (дефектно-контрастных) травителях с последующим микроскопическим анализом особенностей рельефа травленой поверхности. Дефектно-контрастный рельеф представляет собой совокупность следов в виде холмиков и ямок от микродефектов, бывших в стравленном слое или на его внешней поверхности. Детали процесса дефектно-контрастного растворения изучены недостаточно и не находят адекватного объяснения в современных теориях растворения кристаллов. В частности, нет полного понимания природы «эффекта памяти» травления – сохранения оптического контраста индивидуального следа микродефекта при большой толщине стравленного слоя, а также «эффекта увеличения» – увеличения размера следа (до десятков микрон) от дефекта малого размера (единицы и десятки нанометров). Эти особенности процесса растворения определяют чувствительность и избирательность рассматриваемого метода в целом. Основные объекты исследования – отдельные следы МД и дефектовыявляющие растворы. Определялась зависимость формы и геометрических параметров МД (высота, диаметр) от состава травителя (тип и концентрация окислителя), от времени травления (толщина стравленного слоя), а также от предполагаемого сорта дефекта-инициатора. Изучались бездислокационные монокристаллы кремния типа БКДБ, выращенные методом Чохральского в различных условиях, с различной концентрацией легирующей примеси, подвергнутые различной термообработке после выращивания. Одна из особенностей эксперимента – реализация поэтапного растворения и изучения образцов. Детали дефектно-контрастного рельефа изучали с помощью микроинтерферометра МИИ-4 и металлографического микроскопа ММР-2Р, дооснащённых системой цифровой регистрации изображений. Условия эксперимента и предварительные результаты исследования содержатся в работе [5].

Экспериментальные данные показали существенные отличия дефектовыявляющих свойств изученных травителей: от полного отсутствия таких свойств до проявления известных и новых их особенностей при изменении окислителя и относительной концентрации компонентов раствора. В частности, установлено, что при растворении исследуемых поверхностей в некоторых травителях системы HF – CrO₃ – H₂ O наблюдалось образование следов МД в виде холмиков округлой и тетрагональной формы, которая давала хороший контраст при микрооптическом наблюдении. Форма следов существенно не изменялась при травлении на глубину в десятки микрометров («эффект памяти формы»). Показано, что одной из особенностей растворов с данным окислителем, включая известные «травители Сиртла», является увеличение размера следов при увеличении толщины стравленного слоя («эффект увеличения»). Следует отметить различия в форме следов МД при растворении поверхностей различных марок кремния в идентичных травителях данной системы. Например, при травлении на глубину до 160 мкм на поверхности БКДБ – 4,5 формируются следы МД исключительно округлой формы и небольшого диаметра (до 20 мкм), а на поверхности БКДБ-12 развиваются следы как округлой, так и тетрагональной формы, причем диаметр последних достигает 80 мкм. Наблюдаемые отличия в составе следов различной формы на поверхности изучаемых марок кремния обусловлены различием атомных структур дефектов-прародителей и различием условий их формирования в процессе выращивания кристаллов. Дефектовыявляющие травители с окислителем K₂ Cr₂ O_7, включая известный «травитель Секко», также формируют различный дефектно-контрастный рельеф на поверхности различных образцов кремния. Однако, в отличие от травителей HF – CrO₃ – H₂ O данные растворы формируют следы МД другой формы, геометрические параметры которых (высота и диаметр) почти не изменяются с увеличением толщины стравленного слоя, т.е. «эффект увеличения» в данных растворах выражен слабее.

Отметим, что этот эффект определяет недостаточную адекватность распространенного способа классификации микродефектов по размеру их следов [3, 4], т. к. он ответственен за образование больших и малых следов от микродефектов одного сорта, если последние были расположены на различной глубине стравленного слоя.

Полученные экспериментальные данные позволили выделить перспективные составы дефектно-контрастных травителей и предложить новые методики качественного и количественного анализа содержания микродефектов в монокристаллах кремния, основанные на комбинированном использовании новых растворов в сочетании с подробным анализом формы следов микродефектов на травленой поверхности.

Ширина запрещённой зоны синтезированных плёнок, рассчитанная из спектров оптического пропускания, варьируется в диапазоне 1,27 – 1,41 эВ, что соответствует требованиям высокоэффективного фотопреобразования солнечного излучения

Заключение

Полученные результаты свидетельствует о перспективности предложенного метода синтеза тонких плёнок CIGSS, используемых для создания высокоэффективных тонкопленочных ФП. Это обусловлено возможностью синтеза однофазных плёнок CIGSS с заданными физическими характеристиками (ширина запрещённой зоны, распределение компонент по глубине, коэффициент оптического поглощения, удельное электрическое сопротивление и пр.) посредством контроля соотношения компонент и технологических режимов производства. Внедрение данного метода позволяет упростить технологию производства тонких плёнок CIGSS с одновременным повышением экологической безопасности процесса.

Литература

[1] Ramanathan, M.A. Contreras, C.L. Perkins, S. Asher, F.S. Hasoon, J. Keane, D. Young, M. Romero, W. Metzger, R. Noufi, J. Ward, A. Duda // Prog. Photovolt. Res. Appl. Vol. 11. 225. (2003).

[2] M. Gossa, W.N. Shafarman. Thin Sold Films, Vol. 480–481, 33 (2005),

[3] V. Alberts, J. Titus, R.W. Birkmire // Thin Solin Films. Vol. 451–452, 207 (2004).

[4] Powder Diffraction File, Joint Committee on Powder Diffraction Standards, ASTM, Philadelphia, PA, (1998).