Способ получения тонкой пленки соединения Cu(InxZn1-x)(SeyS1-у)2

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОЙ ПЛЕНКИ СОЕДИНЕНИЯ(71) Заявители Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Иванов Василий Алексеевич Гременок Валерий Феликсович Залесский Валерий Борисович(73) Патентообладатели Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Способ получения тонкой пленки соединения (1-)(1-у)2, в котором на нагретую до 100 С стеклянную подложку путем термического испарения в вакууме последовательно наносят базовые слои , ,ис требуемыми для заданного стехиометрического состава пленки толщинами, а затем проводят диффузию серы и селена, взятых в соотношении 11, в указанные базовые слои в температурном интервале от 250 до 460 С при атмосферном давлении в потоке азота. 11399 1 2008.12.30 Изобретение относится к области технологических процессов в полупроводниковой электронике и может быть использовано при формировании тонкопленочных солнечных элементов, фотоэлектрических преобразователей, детекторов ионизирующих излучений. Известен способ получения пленоктолщиной 0,3-0,4 мкм методом лазерного импульсного испарения 1, заключающийся в испарении предварительно синтезированного соединения с заданным соотношением компонент под действием излучения эксимерноголазера в течение 8 мин на кремниевыеподложки при температуре 500 С. Недостатками данного способа являются длительность процесса получения и невысокое качество пленок. Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ формирования полупроводниковых тонких пленок (1-)2 2 путем двухстадийного отжига базовых слоев // в селеносодержащей атмосфере. Базовые слои были нанесены термическим испарением в вакууме на стеклянные подложки. Температура подложек составляла 100 С. Селенизация базовых слоев осуществлялась путем диффузии элементарного селена из твердотельного селена в проточной атмосфере инертного газа 2. Первая стадия селенизации осуществлялась при температуре 250 С в течение 10-20 мин, вторая стадия - при температуре 460 С в течение 20-40 мин. Данный способ позволяет получать пленки с максимальной шириной запрещенной зоны, изменяющейся в пределах от 1,04 эВ, соответствующей полупроводниковому соединению 2, до 2,6 эВ . Недостатком данного способа является узкий спектральный диапазон ширины запрещенной зоны. Задачей данного изобретения является расширение спектрального диапазона ширины запрещенной зоны в пределах от 1,04 эВ 2 до 3,6 эВ . Поставленная техническая задача решается тем, что способ получения тонкой пленки соединения (1-)(1-)2, в котором на нагретую до 100 С стеклянную подложку путем термического испарения в вакууме последовательно наносят базовые слои С ис требуемыми для заданного стехиометрического состава пленки толщинами, а затем проводят диффузию серы и селена, взятых в соотношении 11, в указанные базовые слои в температурном интервале от 250 до 460 С при атмосферном давлении в потоке азота. Сущность изобретения заключается в том, что в базовый слой дополнительно добавлен слой сульфида цинка , а отжиг базового слоя осуществляется при температуре 250-460 С в парах серы и селена, полученных при их испарении из неограниченных на время реакции источников, в течение времени, необходимого для формирования однофазной полупроводниковой (1-)(1-)2 пленки. Способ получения (1-)(1-)2 тонких пленок включает следующие последовательности операций формирование на исходной подложке (или на подложке с проводящим контактом) различными методами вакуумного напыления (термическим, ионно-плазменным и т.п.) элементов базового слоя халькогениды цинка и пленки металлов (С, ) - с требуемым для синтезируемого соединения атомным соотношением отжиг полученной структуры в парах селена и серы (селенизация-сульфидизация) при атмосферном давлении в потоке азота 2 в реакторной системе. Выбор температурного интервала обусловлен следующими факторами при температуре 250 С происходит термическая диффузия халькогеновив базовый слой с образованием многофазной смеси из непрореагировавших бинарных интерметаллических соединений и бинарных халькогенидов меди, индия и цинка, что подтверждается данными рентгеновского фазового анализа при температуре 460 С происходит формирование пленок однофазного полупроводникового соединения (1-)(1-)2 с преимущественной ориентацией в направле 2 11399 1 2008.12.30 нии (112) (фиг. 1), характеризующихся однородной поверхностью (фиг. 2, а), имеющих размер зерна 1-3 мкм (фиг. 2, б) и -тип проводимости при температурах свыше 460 С происходит увеличение шероховатости поверхности,появление микропор и отклонение состава пленок от стехиометрического, обусловленное реиспарением легколетучих компонент. На фиг. 1 представлена рентгенограмма пленки (1-)(1-)2, полученной при температуре отжигов базового слоя 250 и 460 С. На фиг. 2 приведены морфология поверхности (фиг. 2, а) и поперечный разрез (фиг. 2, б) пленки (1-)(1-)2. Совокупность указанных признаков позволяет расширить диапазон ширины запрещенной зоны пленок (1-)(1-)2, что приводит к улучшению характеристик солнечных элементов на их основе. Способ осуществляется следующим образом На первом технологическом этапе на стеклянной подложке марки - формируется базовая пленка из последовательно осажденных слоев ///. Толщина каждого слоя рассчитывается исходя из его атомного веса, плотности и стехиометрической формулы синтезируемого соединения. Например, для получения пленки с составом 0,811,240,061,680,24 толщина слоев , ,идолжна составлять 0,56, 0,11,0,25 и 0,33 мкм соответственно. Слои наносятся методом термического распыления на установке вакуумного напыления УВН 71 П-3 в вакууме 710-5 Торр. Температура подложки составляет 100 С. Получаемая в результате отжига в парах серы и селена пленка толщиной 2,0 мкм имеет состав с атомным содержанием компонент С 21,1 ат. ,29,2 ат. ,2,6 ат. ,41,0 ат. ,6,1 ат.(определенным по данным количественного рентгеновского микроанализа, -360), что в пределах погрешности измерения близко к требуемому. Второй этап - формирование полупроводникового соединения (1-)(1-)2 путем отжига базового слоя /// в парах серы и селена в реакторной зоне промышленной диффузионной печи типа СДОМ. Подложки с осажденными слоями /// помещаются в контейнер. На расстоянии 2-3 мм под ними помещается лодочка с гранулами серы и селена массой 150 мг. Контейнер загружается в реакционную камеру трехзонной диффузионной печи, и камера герметизируется металлической заглушкой с выводом на вытяжную вентиляцию для того, чтобы пары серы не попадали в атмосферу помещения. Для удаления из реакционной камеры кислорода и создания инертной газовой атмосферы 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 250 С, в которой выдерживается 10-20 мин, а затем перемещается в зону с температурой 460 С и выдерживается 20-40 мин. Далее проводится остывание синтезированных пленок в течение 1 ч при токе азота 10 л/ч до комнатной температуры. Отжиг базовых слоев осуществляется при атмосферном давлении в потоке азота 2 в реакторной системе, границы которой обеспечивают поддержание избыточной концентрации халькогенов, создаваемой за счет испарения твердотельных источников (серы, селена), помещенных в реакторную систему, при температурах 250-460 С в течение времени, необходимого для формирования и рекристаллизации пленки полупроводникового соединения (1-)(1-)2. Таким образом, данный способ позволяет получать тонкие пленки указанных соединений, применение которых в качестве светопоглощающих слоев солнечных элементов позволит повысить их эффективность. Источники информации 1..,.,.,.,.0,620,190,19(111). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4