Разработка и исследование технологии высокоскоростного осаждения аморфного гидрогенизированного кремния и его сплавов в плазме низкочастотного разряда

Разработка и исследование технологии высокоскоростного осаждения аморфного гидрогенизированного кремния и его сплавов в плазме низкочастотного разряда

Автор: Бердников, Аркадий Евгеньевич

Шифр специальности: 05.27.01

Научная степень: Докторская

Год защиты: 2001

Место защиты: Ярославль

Количество страниц: 308 с. ил

Артикул: 2285538

Автор: Бердников, Аркадий Евгеньевич

Стоимость: 250 руб.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Физические свойства и особенности технологии
некристаллических полупроводников
. Структурные особенности и физические свойства аморфных полупроводников
1.1.1. Оптические и электрофизические свойства аморфных
полупроводников
1.1.2. Влияние микроструктуры на электрофизические свойства и стабильность аморфных полупроводников
1.1.3. Влияние условий осаждения на микроструктуру и морфолоию поверхности аморфных полупроводников
1.2. Современное состояние технологии некристаллических полупроводников на основе i
1.2.1. Ллазмохкмическкй метод осаждения пленок i.
1.2.2. Основные этапы процесса роста пленок i при
п лазмох и м и чес ко м осаж де н и и
1.2.3. Особенности процессов роста пленок i при
высокоскоростном плазмохимическом осаждении
1.3. Методы диагностики плазмохимических процессов осаждения i Выводы по главе
Глава 2. Технологическое оборудование и экспериментальные методы исследования
2.1. Конструкционнотехнологические особенности установки 4 IX для получения аморфных пленок
2.2. Экспериментальноизмерительное оборудование для диагностики ПХ процессов
2.2.1. Аппаратура и методика измерения состава плазмы методом массс пе ктром етр ни
2.2.2. Аппаратура и методика измерения характеристик НЧразряда методом оптической эмиссионной спектроскопии
2.2.3. Методика измерения электрических параметров НЧразряда
2.2.4. Аетодика исследования процессов порошкообразования в плазме НЧразряда
2.3. Экспериментальные методы исследования физических свойств аморфных пленок и характеристик приборов на их основе
2.3.1. ИКспектроскопия
2.3.2. Ожеэлектронная спектроскопия
2.3.3. Атомная силовая микроскопия
2.3.4. Электронный парамагнитный резонанс
2.3.5. Исследование термической стабильности пленок i методом дифференциальной сканирующей калориметрии ДСК
2.3.6. Измерение оптоэлскгронных характеристик аморфных полу п ров од н и ко в
2.3.7. Спекгры оптического пропускания
2.3.8. Измерение внутренних механических напряжений
2.3 9. Измерение скорости роста плевок аморфного кремния
2.3 Технологический маршрут проведения экспериментов
Выводы по главе 2
Глава 3. Плазмохимические процессы в НЧразряде и основные режимы осаждения аморфных пленок
3.1. Анализ рабочей области технологического пространства
3.1.1. Определение зон технологических параметров, обеспечивающих стабильность горения разряда
3.1.2. Однородность нанесения и воспроизводимость свойств пленок, полученных в НЧразряде
3.2. Структура НЧразряда и плазмохимические процессы получения собственных и легированных пленок аморфного кремния.
3.2.1 Электрические параметры разряда
3.2.2. Исследование наличия частиц порошка в области разряда
3.2.3. Оптические эмиссионные спектры
3.2.4. Массспектроскопия газообразных продуктов реакции
3.3. Основные особенности плазмохимических процессов осаждения сплавов на основе аморфною кремния
3.3.1. Осаждение сплава аСН
3.3.2. Осаждение сплава аЗЮсН
3.4. Особенности процессов роста пленок аморфного гидрогенизированного кремния и сплавов на его основе в плазме низкочастотного разряда
3.4.1 .Описание классического разряда постоянного тока
3.4.2. Оценка длины свободного пробега молекул при осаждении аБгН в плазме НЧразряда
3.4.3. Расчет амплитуды колебаний заряженных частиц в низкочастотном разряде
3.4.4. Расчет перемещения частиц за половину периода с учетом столкновений
3.4.5. Особенности горения НЧразряда кГц
3.4.6. Определение толщины катодного слоя
3.4.7. Слоевая структура низкочастотного разряда
3.4.8. Оценка потоков частиц на поверхность роста
3.4.9. Поток радикалов
3.4 Поток ионов
3.4 . Слой порошкообразных частиц
3.4 Анализ неустойчивости горения разряда
3.4 Отличительные особенности осаждения аморфных пленок в плазме НЧразряда
Выводы по главе 3
Глава 4. Физические свойства и механизмы роста пленок аморфного кремния в НЧ ПХО
4.1. Структурные особенности и морфология пленок аморфного гидрогенизированного кремния
4.1.1. Исследование морфологии поверхности аБГП методом атомносиловой микроскопии
4.1.2. Исследование микроструктуры и состава пленок аЗгН методом ИКспектроскогши
4.1.3. Исследование дефектов в i методом электронного парамагнитного резонанса
4.1.4. Исследование внутренних механических напряжений в
пленках i
4.2. Оптические и электрофизические свойства аморфного кремния, полученного методом НЧ ПХО
4.2.1. Микроструктура и оптические свойства собственного i
4.2.2. Электрофизические свойства и плотность состояний в i
4.3. Термическая стабильность и метастабильные процессы в пленках аморфного кремния, полученного методом НЧ ПХО
4.3.1. Светоиндуцированная метастабильность в пленках i Н, полученных методом НЧ ПХО
4.3.2. Термическая стабильность и релаксационные процессы в пленках i, полученных методом НЧ ПХО
Выводы по главе
Глава 5. Физические свойства и механизмы роста пленок легированного аморфного кремния, полученных методом НЧ ПХО
5.1. Особенности механизмов роста п микроструктуры пленок iII, легированных фосфором
5.1.1. Химический состав и особенности роста пленок i птипа, полученных методом НЧ ПХО
5.1.2. Морфология поверхности пленок iН типа, полученных методом НЧ Г1ХО
5.1.3. Особенности микроструктуры пленок i типа. полученных методом НЧ ПХО
5.2. Оптические и электрофизические свойства пленок i птипа, полученных методом НЧ ПХО.
5.2.1. Уровень Ферми и эффективность легирования пленок i нтипа, полученных методом НЧ ПХО
5.2.2. Оптические свойства и водородная микроструктура
5.2.3. Влияние микроструктуры на оптические и электрофизические свойства i типа, полученных метолом НЧ ПХО
5.3. Особенности механизмов роста и микроструктуры пленок i, легированных бором
5.3.1. Химический состав и особенности роста слоев iI ртипа
5.3.2. Морфология поверхности пленок i ртипа, полученных методом НЧ ГIXО
5.3.3. Особенности микроструктуры пленок i ртипа, полученных методом НЧ ПХО
5.4. Оптические и электрофизические свойства пленок iI ртипа, полученных методом НЧ ПХО
5.4.1. Влияние легирования на положение уровня Ферми в пленках i ртипа, полученных методом НЧ ПХО.
5.4.2. Оптические свойства пленок i ргипа, полученных методом НЧ ПХО
5.4.3. Влияние исходных газов на эффективность легирования пленок iН ртипа
Выводы по главе
Глава 6. Физические свойства и механизмы роста пленок аморфных сплавов на основе элементов 4 группы
6.1. Микроструктура и физические свойства пленок аморфных сплавов а8С
6.1.1. Химический состав и особенности роста сплавов
на основе аСН
6.1.2. Морфология поверхности пленок аСН, полученных
методом НЧ ПХО
6.1.3. Особенности микроструктуры пленок аСН, полученных методом НЧ ПХО
6.2. Оптические и электрофизические свойства сплавов аСН, полученных в плазме НЧ разряда
6.2.1. Оптические свойства сплавов аБЮН, полученных
методом НЧ X
6.2.2. Электрофизические свойства сплавов аБКЛН, полученных методом НЧ ПХО
6.3. Оптические и электрофизические свойства сплавов аСН ртипа, полученных методом НЧ ПХО
6.4. Микроструктура и физические свойства пленок аморфных сплавов а8ЮеН
6.4.1. Химический состав и особенности роста пленок аморфных сплавов а8ЮеН
6.4.2. Исследование морфологии поверхности пленок а8СеН. полученных методом НЧ X
6.4.3. Исследование микроструктуры и состава пленок а8ЮеН. полученных методом НЧ ПХО
6.5. Оптические и электрофизические свойства сплавов а8ЮеН, полученных методом 4 ПХО.
Выводы по главе
Глава 7. Технология получения и основные характеристики солнечных батарей на основе аморфного кремния и его сплавов
7.1. Конструкционно технологические особенности элементов солнечных батарей на основе аморфного кремния
7.2. Исследование возможности использования пленок собственного аБгН. полученного в плазме НЧразряда в структуре элементов солнечных батарей
7.3. Технологический маршрут изготовления элементов солнечных батарей на основе аморфного кремния
7.4.Элекгрофизические характеристики элементов солнечных батарей на основе аморфного кремния и его сплавов с углеродом Вывода по главе 7 Основные результаты и выводы Литература Акты внедрения
Введение
В настоящее время одним из важнейших направлений развития электронных технологий является разработка высокоскоростных и низкотемпературных методов формирования материалов и устройств для создания элементной базы современной твердотельной электроники. Увеличение скорости роста пленок при формировании структур и устройств твердотельной электроники вызвано необходимостью их производства в промышленном масштабе и, таким образом, является важным фактором экономической обоснованности того или иною технологическою процесса. Болес того, увеличение скорости роста пленок и, соответственно, уменьшение времени технологическою процесса формирования полупроводниковых структур, решает важную задачу увеличения выхода годных, поскольку снижается вероятность деградации предварительно сформированных слоев. Тенденция к снижению температуры подложки практически обеспечивает возможность создания многоуровневых функциональных устройств, в том числе интегрированных в схемы обработки информации, что является основой современной функциональной электроники и микроэлектроники.
Такой подход имеет общую тенденцию в различных направлениях современной твердотельной электроники и наиболее отчетливо проявляется в области технологии некристаллических материалов и приборов на их основе. Фундаментальная природа некристаллических материалов сама по себе позволила скачком снизить температуры технологических процессов от 0С в случае эпитаксиальных слоев до С при создании материалов на основе аморфного гидрогеннзированного кремния аБгН, обладающих заданным набором полупроводниковых свойств .
Актуальность


Все эти реакции являются газокинетическими, то есть, каждое столкновение реагентов ведет к реакции. Увеличение мощности разряда при повышенных давлениях приводит к увеличению скорости генерации радикалов Н2, а. В результате при определенных условиях в разряде могут наблюдаться макроскопические образования в виде полимеризованных частиц и порошка . Кроме того, в электроотрицательных газах, таких как моносила, электроны с низкой энергией могут захватываться даже радикалами , что способствует полимеризации и образованию отрицательно заряженных и нейтральных вследствие отлипания макрочастиц. Однако, несомненный интерес к данному типу вторичных реакций определяется тем, что их образование в газовой фазе часто сопровождаются значительным на порядок и выше увеличением скорости роста пленок i ,, . Транспорт реагентов к поверхности роста. Диффузионный транспорт радикалов к подложке определяется градиентом концентрации радикалов вблизи ее поверхности . Механизмы установления градиента концентраций определяются пространственным расположением области генерации радикалов относительно поверхности роста , . В случае генерации радикалов вдали от поверхности роста градиент их концентрации контролируется вторичными реакциями в газовой фазе. Приближение области генерации к поверхности подложки снижает роль вторичных реакций и увеличивает роль диффузионных процессов. В этом случае транспорт радикалов к поверхности подложки контролируется поверхностными реакциями. Поверхностные реакции и рост пленки. Протекание поверхностных реакций зависит от энергетических характеристик поверхностного слоя и природы достигающих приповерхностного слоя частиц. Рост пленки в режиме контролируется поверхностной диффузией радикалов i3 и водорода . Это определяет оптимальную температуру подложки 0 г 0 С, при которой формируется однородная по структуре пленка с приборными электронными свойствами. Получение пленок i с приборным качеством классическим методом в арежимс горения разряда происходит при скоростях порядка 1 Ас 5. Для практическою применения аморфных полупроводников требуется толщина пленок порядка микрона и, соответственно, время нанесения часа. Н является фундаментальной, поскольку все свойства пленки сопряжены со скоростью роста, и для се увеличения необходимо принципиальное изменение типов проходящих реакций как в газовой фазе, так и на поверхности роста. Поэтому внимание исследователей в последние годы привлечено к недостаточно исследованным областям горения разряда. Вне а режима например, при повышенных давлении и мощности, в 7 и 7режимах скорость роста пленок аБпН значительно возрастает при одновременном образовании полимеризованных частиц в объеме плазмы у режим или на границе объема плазмы и приэлскгродных слоев 7 режим. Полимеризованные частицы при адсорбции на подложке являются центрами образования микронео,чнородностей в виде микропустот, водородных кластеров и др. С другой стороны, в этих режимах значительную роль в поверхностных процессах начинает играть ионная бомбардировка поверхности, в результате которой свободная поверхностная энергия может существенно возрастать. Определенной взаимосвязи между микроструктрурой и электрофизическими свойствами пленок, полученных вне арежима горения разряда, в настоящее время не установлено. В ряде работ . Это обстоятельство определяет перспективу для осаждения качественных пленок вне а режима горения разряда. Механизмы роста пленок айгН и прежде всего газофазных процессов за пределами арежима еще недостаточно изучены. Установлено, что в ВЧразряде увеличение мощности ведет к увеличению скорости роста до Ас . При этом плотность пленок уменьшается, что свидетельствует об увеличении содержания кластеризованного водорода в пленке 1. Последовательность изменения механизмов роста пленок с ростом мощности разряда рассмотрена в работе . Показано, что с увеличением мощности растет скорость реакции полимеризации с последующим формированием кремний водородных кластеров. При этом увеличение неоднородности микроструктуры связывается с участием полимеризованных частиц в процессе роста пленок .

Рекомендуемые диссертации данного раздела

28.06.2016

+ 100 бесплатных диссертаций

Дорогие друзья, в раздел "Бесплатные диссертации" добавлено 100 новых диссертаций. Желаем новых научных ...

15.02.2015

Добавлено 41611 диссертаций РГБ

В каталог сайта http://new-disser.ru добавлено новые диссертации РГБ 2013-2014 года. Желаем новых научных ...


Все новости

Время генерации: 0.287, запросов: 229