A-si h sluoksnių gamyba karštos vielos metodu
5 (100%) 1 vote

A-si h sluoksnių gamyba karštos vielos metodu

Turinys

I. Įvadas……………………………………………………………………………3

II. Literatūros apžvalga……………………………………………………………4

1. Amorfiniai puslaidininkiai………………………………………………4

2. H – įtaka a-Si savybėms………………………………………………..4

3. Dydžiai, apibūdinantys kokybines sluoksnių savybes………………….5

4. A-Si:H sluoksnių gamybos technologijos………………………………6

4.1 Dulkinimo metodas……………………………………………7

4.2 Cheminio nusodinimo metodai…………………………………7

4.2.1 Rusenantis išlydis…………………………………….7

4.2.2 Karštos vielos metodas……………………………….9

5. A-Si:H formavimo įrenginiai………………………………………….11

Išvados………………………………………………………………………………….14

III. Literatūra…………………………………………………………………….15

Įvadas

Puslaidininkinės amorfinės medžiagos šiuo metu plačiai naudojamos pramonėje,

tai ir fotojautrių sluoksnių kopijavimo aparatūroje gamybai, saulės elementams, plonasluoksniams tranzistoriams, naudojamiems skystų kristalų ekranuose, įvairiems vaizdo priėmėjams gaminti.

Viena iš platesnių amorfinių medžiagų pritaikymo sričių yra saulės elementų gamyba. Saulės elementas – tai fotoelektrinis prietaisas, skirtas saulės energiją paversti į elektrinę. Saulės elementų panaudojimas patrauklus tuo, kad tai yra praktiškai neišsenkantis energijos šaltinis.

Paskutiniu metu tiriami a-Si:H arba cSi:H, kurie gali patenkinti keliamus reikalavimus. Vandenilis įvedamas, kad išvalytų draustinių juostų tarpą nuo lokalinių būsenų, kurios blogina sluoksnių fotoelektrines savybes. Sluoksniai, suformuoti iš paminėtų medžiagų, pasižymi geromis fotoelektrinėmis savybėmis. Sluoksnių gamybos technologijų yra keletas, iš kurių šiuo metu perspektyviausia – panaudojant karštą vielą, kuri sąlygoja kokybiškesnių sluoksnių gavimą, supaprastina technologinę įrangą lyginant su kitais gamybos būdais. Pavyzdžiui, nereikia naudoti aukšto dažnio elektrinio lauko kaip rusenančio išlydžio metode.

Mano darbo tikslas – susipažinti su a-Si:H gamybos technologijomis, atkreipiant dėmesį į karštos vielos metodą, kuris mūsuose dar nenagrinėtas, bei, remiantis šiuo metodu, pagaminti a-Si:H sluoksnių pavyzdžių. Taip pat nustatyti technologinius parametrus, kuriems esant būtų gaunami geriausias elektrines savybes turintys sluoksniai.

Literatūros apžvalga

1. Amorfiniai puslaidininkiai

Amorfiniai kūnai skirtingai nei kristaliniai pasižymi tik artimąja tvarka. Artimąja tvarka pasižyminčiuose kūnuose atomų simetrinis išdėstymas išlieka tik kelių tarpatominių atstumų ilgyje, kai tuo tarpu kristaliniuose kūnuose tolimoji tvarka pasireiškia periodiniu atomų išsidėstymu per 10 – 100 tarpatominių atstumų.

Amorfiniai puslaidininkiai nėra pagaminami iš lydalo. Paprastai jie gaunami plonų sluoksnių pavidalu. Pagamintas sluoksnis yra amorfinis tuomet, kai rentgenogramoje stebimi difuziniai žiedai, o ne Brego žiedai ar atskiros dėmės, charakteringi polikristaliniams ar monokristaliniams kietiems kūnams. Amorfinis kūnas virsta kristaliniu atsirandant jame gemalams (mikrokristalams).

2. H – įtaka a-Si savybėms

A-Si dėl netvarkios struktūros draudžiamų energijų juostos tarpe atsiranda lokalinės būsenos. Tiriant a-Si:H, pagamintą rusenančiame išlydyje, pastebėta, kad didėjant vandenilio kiekiui sluoksnyje, valentinės zonos viršus leidžiasi žemyn ir didėja draudžiamų energijų juostos tarpas. Tai yra todėl, kad įvesti H atomai užpildo Si-Si nutrauktus ryšius ir kadangi Si-H ryšio energija didesnė nei Si-Si, tai susidarančios būsenos atsidurs valentinėje juostoje.

Pakaitinus a-Si:H plėveles iki daugiau nei 350oC temperatūros, vandenilis difunduoja iš medžiagos nutraukdamas ryšius su Si.

A-Si:H galima gauti iš gryno Si įmaišant į pastarąjį atominį H. Kadangi suskaldyti vandenilio molekules reikia labai daug energijos, atominis H nenaudojamas. Atominis vandenilis apie 500oC temperatūroje lengvai difunduoja į a-Si sluoksnį, nes H matmenys yra pakankamai maži. Teoriškai nustatyta, jog norint užpildyti visus laisvus ryšius, reikia įvesti apie 0.1% vandenilio. Tačiau eksperimentai parodė, jog paramagnetiniai centrai pilnai užpildomi įvedant apie 1% H. Tai yra daugiau nei apskaičiavus teoriškai. Iš to mes matome, kad nutraukti ryšiai užpildomi neefektyviai.

Praktiniam naudojimui gaminamuose a-Si:H sluoksniuose optimali vandenilio koncentracija yra apie 10%.

3. Dydžiai, apibūdinantys kokybines sluoksnių savybes

Pagrindiniai dydžiai apibūdinantys sluoksnių kokybines savybes būtų: laidumas (foto ir tamsinis), aktyvacijos energija, krūvininkų judrumas, gyvavimo trukmė ir defektų kiekis sluoksnyje. A-Si:H sluoksnių tamsinis laidumas labai jautrus vandenilio koncentracijai. Didinant H kiekį vyksta gilių defektinių būsenų kompensacija. Keičiasi dominuojantis krūvio pernešimo mechanizmas nuo šuolių per draustinės
juostos lokalines būsenas prie pernešimo per delokalizuotas būsenas. Šio tipo laidumo atveju galioja Moto dėsnis:



Nežiūrint į gana nemažą sluoksnių, gautų netgi ta pačia aparatūra, parametrų išbarstymą, galima įžvelgti bendrus bruožus. Pavyzdžiui, didėjant H koncentracijai nuo 0 iki 20% laidumas gali sumažėti net šešiom eilėm. Taip pat buvo pastebėta, kad didelių H koncentracijų atveju sluoksniuose tarp 200 ir 400 K temperatūroje, laidumas yra grynai aktyvacinio pobūdžio su maža aktyvacijos energija. Sluoksnių laidumas jautrus ir kitiems augimo parametrams: padėklo T, bombardavimui, proceso metu besikeičiančiam padėklo potencialui. Fotolaidumas aprašomas:



čia G – generacijos greitis,  – krūvininkų gyvavimo trukmė,  – krūvininkų dreifinis judrumas, e – elektrono krūvis. Fotolaidumas priklauso nuo Fermi lygio padėties, nes šis nulemia, kur vyksta rekombinacija. Tiriant  priklausomybę nuo padėklo potencialo, buvo gautos kreivės, turinčios vieną maksimumą, tačiau, esant skirtingoms H koncentracijoms, jis buvo skirtingose vietose.

Iš  matavimų galime nustatyti defektų kiekį sluoksnyje. Netvarkių struktūrų draustinės juostos praktiškai užpildytos lokalinėmis būsenomis. Būsenos skirstomos į seklias ir gilias. Seklios yra tokios, tarp kurių ir laidumo juostos per krūvininko dreifo bandiniu trukmę gali nusistovėti termodinaminė pusiausvyra. Būtent seklių lygmenų koncentraciją lemia medžiagos netvarkumo laipsnis. Šie lygmenys ir sąlygoja krūvio pernešimo dispersiškumą, sumažina krūvininkų judrumą.

Krūvininko gyvavimo trukmė  galima sakyti tiesioginiai nusako defektų kiekį, nes ją lemia krūvio nešėjų pagavimas į medžiagos struktūrinius defektus, priemaišas esančias arti draustinės juostos vidurio.

4. A-Si:H sluoksnių gamybos technologijos

Mokslinėje spaudoje apžvelgiamų a-Si:H gamybos technologijų yra keletas, kurios yra nuolat tobulinamos, ieškoma optimaliausių sprendimų. Pagrindiniai metodai būtų šie: a) dulkinimo (plazminio ir magnetroninio),

b) garinant Si lazeriu ar elektroniniu spinduliu,

c) cheminio nusodinimo iš dujinės fazės (rusenančio išlydžio arba karštos

vielos).

A-Si:H sluoksniai gauti garinant Si iš kristalinio Si, jį veikiant lazerio arba elektronų spinduliu vandenilio atmosferoje, turi labai dideles lokalinių būsenų koncentracijas (1019 – 1021 cm-3eV-1) judrumo tarpe, kurios “pririša” Fermio lygį judrumo tarpo vidury. Tokių sluoksnių praktinis panaudojimas yra labai problematiškas.

Šiuo metu Jūs matote 31% šio straipsnio.
Matomi 1007 žodžiai iš 3232 žodžių.
Peržiūrėkite iki 100 straipsnių per 24 val. Pasirinkite apmokėjimo būdą:
El. bankininkyste - 1,45 Eur.
Įveskite savo el. paštą (juo išsiųsime atrakinimo kodą) ir spauskite Tęsti.
SMS žinute - 2,90 Eur.
Siųskite sms numeriu 1337 su tekstu INFO MEDIA ir įveskite gautą atrakinimo kodą.
Turite atrakinimo kodą?
Po mokėjimo iškart gausite atrakinimo kodą, kurį įveskite į laukelį žemiau:
Kodas suteikia galimybę atrakinti iki 100 straispnių svetainėje ir galioja 24 val.