close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY7739

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 7739
(13) C1
(19)
(46) 2006.02.28
(12)
7
(51) H 01L 31/18
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОК
ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ ZN2-2XCUXINXIV2
BY 7739 C1 2006.02.28
(21) Номер заявки: a 20030307
(22) 2003.04.10
(43) 2004.12.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт физики
твердого тела и полупроводников
Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Гременок Валерий Феликсович; Зарецкая Елена Петровна;
Залесский Валерий Борисович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт физики
твердого тела и полупроводников Национальной академии наук Беларуси"
(BY)
(56) Adurodija F.O. et al. Thin Solid Films,
1999. - V. 338. - P. 13-19.
BY a20010307, 2002.
US 5501786 A, 1996.
EP 1255305 A2, 2002.
WO 01/37324 A1.
(57)
Способ получения пленок твердых растворов Zn2-2xCuxInxIV2, включающий две стадии, на первой из которых на подложку или на подложку с проводящим контактом методами вакуумного напыления наносят элементарные компоненты базового слоя, а на
второй осуществляют отжиг полученной структуры в парах халькогена, отличающийся
тем, что в качестве компонентов базового слоя наносят совместно или последовательно
слои халькогенида цинка, Cu и In либо их халькогенидов с требуемым для синтезируемого
соединения атомным соотношением компонентов с превышением на 5-10 ат. % над стехиометрическим содержанием индия, а отжиг осуществляют при температуре изменяемой
в пределах 150-550 °C и избыточном давлении паров халькогена в течение времени, необходимого для синтеза и рекристаллизации пленки твердого раствора.
Фиг. 1
BY 7739 C1 2006.02.28
Изобретение относится к области технологических процессов в микроэлектронике и
может быть использовано в полупроводниковой электронике при производстве солнечных
элементов для синтеза полупроводниковых пленок Zn2-2xCuxInxVI2, применяемых в качестве оптически активного поглощающего слоя и широкозонного окна, тонкопленочных
фотодетекторов, детекторов ионизирующих излучений, тонкопленочных диодов и транзисторов.
Известен способ [1] синтеза пленок твердых растворов Zn2-2xCuxInxSe2 методом лазерного испарения, заключающийся в распылении предварительно синтезированного соединения с заданным соотношением компонент лучом импульсного лазера с длиной волны
λ = 1,06 мкм и частотой импульса τ = 10-3 с вакууме 10-5 Торр на стеклянную подложку
при ее температуре 450-500 °С. Указанный способ требует проведения длительного технологического этапа синтеза соединения Zn2-2xCuxInxSe2 при высоких температурах, сопряженного с риском взрыва, обусловленного высокой упругостью паров халькогена.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ синтеза
полупроводниковых CuInSe2 тонких пленок со структурой халькопирита [2] методом термической диффузии паров селена в Cu-In металлическую пленку внутри закрытого графитового контейнера, в котором размещены подложки с нанесенными слоями Cu-In и
твердотельный источник халькогена (селена). На первой стадии такого процесса ВЧмагнетронным распылением из Си и In мишеней чистоты 99,999 % на стеклянную подложку со слоем молибдена при комнатной температуре наносится Cu-In металлическая
пленка толщиной около 0,85 мкм. На второй стадии процесса осуществляется диффузия
паров селена создаваемых испарением твердотельного источника, в Cu-In металлическую
пленку внутри закрытого графитового контейнера при пониженном давлении 10-2 Торр за
счет двухэтапного нагревания контейнера до температур 250 °С и 500 °С.
Данный способ не обеспечивает воспроизводимости состава синтезируемого слоя, что
обусловлено неравномерностью плотности потока халькогена; усложняет технологический процесс, поскольку требует создания и поддержания пониженного давления в реакторной области для проведения термической диффузии.
Технической задачей изобретения является расширение диапазона физических
свойств пленок твердых растворов Zn2-2xCuxInxVI2, повышение воспроизводимости их состава, упрощение технологии производства с одновременным повышением экологической
безопасности процесса. Поставленная техническая задача решается тем, что способ получения пленок Zn2-2xCuxInxVI2 осуществляется в две стадии, на первой из которых на подложку или на подложку с проводящим контактом методами вакуумного напыления
наносят последовательно или совместно слои халькогенида цинка, Cu и In либо их халькогенидов с требуемым для синтезируемого соединения атомным соотношением компонентов с превышением на 5-10 ат. % над стехиометрическим содержанием индия; а на
второй осуществляется отжиг полученной структуры в парах халькогена при температуре,
изменяемой в пределах 150-550 °С и избыточном давлении паров халькогена в течение
времени, необходимого для синтеза и рекристаллизации слоя. Экспериментально показано,
что превышение концентрации индия над стехиометрической на 5-10 ат. % необходимо
для компенсации потерь индия в процессе синтеза, вызванного образованием легколетучего бинарного халькогенида индия при Т ≈ 150 °С [3].
Выбор температурного интервала обусловлен следующими факторами:
при температуре ниже 150 °С происходит термическая диффузия халькогена в базовый слой с образованием многофазной смеси из непрореагировавшего ZnSe и бинарных
халькогенидов Си и In (что подтверждается данными рентгеновского фазового анализа
(фиг. 1) и распределения элементов по глубине (фиг. 2);
в температурном интервале от 150 до 480 °С происходит полное растворение ZnSe и
синтез однофазного соединения Zn2-2xCuxInxSe2 (фиг. 3);
2
BY 7739 C1 2006.02.28
в температурном интервале 480-550 °С в результате рекристаллизации синтезированного слоя Zn2-2xCuxInxSe2 формируется пленка с однородным распределением компонент и
размером зерна 3-5 мкм (рис. 4);
при температурах свыше 550 °С происходит деградация микроструктурных характеристик (увеличение шероховатости поверхности, появление микропор) и смещение состава от стехиометрического, обусловленное реиспарением легколетучих компонент.
Совокупность указанных признаков позволяет расширить диапазон физических
свойств за счет применения твердых растворов Zn2-2xCuxInxVI2, упростить технологию
производства пленок твердых растворов Zn2-2xCuxInxVI2 за счет применения инертной газовой атмосферы вместо среды с пониженным давлением, повысить экологическую безопасность производства за счет исключения из технологического цикла высокотоксичных
галогенсодержащих газов.
Пример технического выполнения.
На первом технологическом этапе на подложке (Corning-glass) (или на подложке с
проводящим контактом) формируется базовый слой из последовательно осажденных ZnSe
и (Cu + In).
Толщина каждого слоя рассчитывается исходя из его атомного веса, плотности и стехиометрической формулы синтезируемого соединения. Например, для получения пленки с
составом Zn0,4Cu0,8 In0,8Se2 толщина слоев ZnSe и Cu + In должна составлять 0,3 мкм и
0,5 мкм соответственно. Соотношение Cu/In задается равным 0,8. Получаемый в результате
синтеза слой имеет состав Zn0,38Cu0,77 In0,88Se2 с атомным содержанием компонент
Zn = 9,85, Cu = 19,92, In = 21,78, Se = 48,47, (определенным по данным количественного
рентгеновского микроанализа, Stereoskan-360), что в пределах погрешности измерения
близкого к требуемому.
Слой ZnSe наносится методом термического распыления на установке вакуумного напыления УВН 71П-3 в вакууме 7⋅10-5 Торр. Температура подложки составляет 100-120 °С.
На подложку со слоем ZnSe на той же установке осаждается пленка Cu + In толщиной 0,5 мкм.
Второй этап - синтез соединения Zn2-2xCuxInxSe2 путем отжига в парах селена проводится в реакторной зоне промышленной диффузионной печи типа СДОМ. Подложки с
осажденными слоями ZnSe, Cu, In помещаются в контейнер. На расстоянии 2-3 мм под
ними помещаются лодочки с гранулами металлического селена, общей массой 100 мг.
Контейнер с образцами и лодочками с селеном загружаются в реакционную камеру трехзонной диффузионной печи, и камера герметизируется металлической заглушкой с выводом на вытяжную вентиляцию для того, чтобы пары селена не попадали в атмосферу
помещения. Для удаления из реакционной камеры кислорода и создания инертной газовой
атмосферы реакционная камера продувается газообразным азотом с расходом 100 л/час в
течение 15-20 мин. Затем расход азота уменьшается до 6 л/час, и контейнер вдвигается в
зону с температурой 150-160 °С, в которой выдерживается 15 минут и далее перемещается
в следующую зону с температурой 250-260 °С, в которой выдерживается 20-30 минут и
затем перемещается в зону с температурой 480-550 °С и выдерживается 15-20 мин. Затем
проводится остывание синтезированных пленок в течение 1 ч при токе азота 10 л/ч до
комнатной температуры. Давление паров халькогена (в описанном примере - селена) задается температурами горячих зон и расстоянием от лодочек с селеном до поверхности образцов.
Халькогенизация базовых слоев осуществляется при атмосферном давлении в потоке
азота N2 в реакторной системе, границы которой обеспечивают поддержание избыточной
концентрации халькогена, создаваемой за счет испарения твердотельного источника халькогена, помещенного в реакторную систему, при температурах 150-550 °С в течение времени,
необходимого для формирования и рекристаллизации пленки соединения Zn2-2XCuxInxIV2.
3
BY 7739 C1 2006.02.28
Источники информации:
1. Рудь В.Ю., Рудь Ю.В., Бекимбетов Р.Н., Гременок В.Ф., Боднарь И.В., Русак Л.В. Фоточувствительность тонкопленочных структур на основе твердых растворов (CuInSe)2(2ZnSe)1-x
// Физика и техника полупроводников. - 2000. - Т. 34. В. 5. - С. 576-581.
2. Adurodija F., Song J., Kim S.D., Kwon S.H., Kim S.K., Yoon K.H., Ahn B.T. Growth of
CuInSe2 thin film by by high vapor Se treatment of co-sputtered Cu-In alloy in a closed graphite
container // Thin Solid Films. - V. 338 (1999). - P. 13-19 (прототип).
3. Wolf D., Muller G. // In-situ monitoring of phase formation in CuInSe2 thin films //
Jpn. J. Appl. Phys. - V. 39. - 2000. Suppl. 39-1. - P. 173-178.
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
307 Кб
Теги
by7739, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа