Структура и морфология поверхности эпитаксиальных пленок Cu2Se и CuInSe2

• Автор: Харин, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 123 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ (ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ)

1 ПОЛУЧЕНИЕ, СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ПЛЕНОК СИСТЕМ Cu-Se И Cu-In-Se (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

1.1 Система Cu-Se

1.1.1 Диаграмма состояния системы

1.1.2 Кристаллическая структура и фазовые превращения в пленках Cu2Se

1.1.3 Свойства Cu2Se

1.1.4 Применение пленок Cu2Se

1.2 Система Си - In - Se

1.2.1 Диаграмма состояния

1.2.2 Способы синтеза и структура пленок CuInSe2

1.2.2.1 Синтез поликристаллических пленок

1.2.2.2 Послойная конденсация бинарных селенидов
1.2.2.3 Синтез эпитаксиальных пленок
1.2.3 Электрические и оптические свойства объемных кристаллов и тонких пленок CIS
1.2.4 Фотопреобразователи на основе пленок CuInSe2
1.3 Заключение
2 МАТЕРИАЛЫ, СИНТЕЗ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛЕНОК Cu2Se И CuInSe2
2.1 Исходные материалы для синтеза пленок Cu2Se и CuInSe2
2.2 Способы синтеза пленок Cu2Se и CuInSe2
2.2.1 Термическое испарение материалов из независимых источников и одновременная конденсация в вакууме
2.2.2 Магнетронное распыление составных мишеней Cu-Se и In-Se

2.3 Методы анализа фазового и элементного состава и субструктуры пленок
3 СИНТЕЗ, ОРИЕНТАЦИЯ И СТРУКТУРА ПЛЕНОК Cu2Se
3.1 Синтез Cu2Se термическим испарением и конденсацией в вакууме
3.1.1 Ориентация, структура и морфология поверхности пленок (001), (111) и (110) Cu2Se толщиной до 0,1 мкм
3.1.2 Исследование пленок Cu2Se ориентаций (001) и (111) толщиной 2-5 мкм
3.2 Синтез пленок Cu2Se методом магнетронного распыления составной мишени Cu-Se
3.3 Обсуждение результатов
4 СИНТЕЗ И СТРУКТУРА ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ ПЛЕНОК CuInSe2
4.1 Исследование методами ПЭМ и ACM пленок CuInSe2, синтезированных в процессе термического испарения
4.1.1 Ориентация и структура пленок CuInSe2 толщиной до 0,1 мкм в зависимости от типа подложки
4.1.2 Исследование морфологии поверхности эпитаксиальных пленок CuInSe2 (t=0,l мкм)
4.1.3 Пленки CuInSe2 на гетероструктуре (001) фторфлогопит-трехориентационная пленка молибдена
4.1.4 Исследование пленок CuInSe2 толщиной 0,5 мкм
4.2 Синтез пленок CuInSe2 в процессе последовательного магнетронного распыления мишеней Cu-Se и In-Se
4.3 Обсуждение результатов
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

(ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ)
Актуальность темы. Разработка способов синтеза эпитаксиальных пленок CuInSe2, исследование их субструктуры и морфологии поверхности актуальны в силу следующих обстоятельств.
Фотопреобразователи (ФП) солнечной энергии, в которых в качестве активного слоя применены поликристаллические пленки тройных полупроводниковых соединений с общей формулой A1BUICV12 [1-3], имеют эффективность 17-18 % [4-6]. С учетом положительной зависимости КПД от размера зерна [7, 8] следует ожидать увеличения эффективности ФП при использовании в них эпитаксиальных пленок CuInSe2 (CIS) в качестве функционального элемента.
В то же время основная часть структурных исследований выполнена на поликристаллических пленках CuInSe2, с успехом применяющихся в солнечных элементах. При этом формирование гетероструктур солнечных элементов осуществляют на поликристаллических неориентированных пленках Мо и ITO [9, 10], что исключает возможность формирования эпитаксиальных слоев CuInSe2.
К моменту постановки настоящей работы были достигнуты определенные успехи в синтезе эпитаксиальных пленок CuInSe2 на подложках GaAs (001) и Si (111) методом молекулярно лучевой эпитаксии [11, 12], но не были проведены систематические исследования ориентированной кристаллизации пленок CuInSe2.
Диссертация выполнена в региональной научно исследовательской лаборатории электронной микроскопии и электронографии Воронежского государственного технического университета в рамках проекта НТП Минобразования (№ 206.05.01.069) и поддержана грантом РФФИ № 03-03-96024 цчр_а.

Рис 2.2. Схема реализации процесса синтеза пленок Си28е (а) и Си1п8е2 (б) в одном цикле: 1 - подогреватель подложки; 2 - подложки; 3 - вспомогательная заслонка
Рис 2.3. Схема реализации конденсации систем Си-8е и 1п-8е на нагретую и холодную подложки одновременно: а - нагрев первой подложки; б -конденсация; 1 - нагреватель подложки; 2 - подложки; 3 - основная заслонка; 4 - подвижный держатель; 5 - экран