66735

Технология получения тонкопленочных структур для оптоэлектроники на основе опытной установки ионно-лучевого осаждения

Диссертация

Энергетика

С помощью ионного осаждения можно получать слои самых различных элементов: полупроводников металлов оксидов нитридов. Солнечные элементы полученные с помощью установки ионно-лучевого осаждения будут отличаться качеством и низкой себестоимостью.

Русский

2014-08-26

2.37 MB

8 чел.

Южно-Российский Государственный Технический Университет

На правах рукописи

Письменский Максим Васильевич

Технология получения тонкопленочных структур для оптоэлектроники на основе опытной установки ионно-лучевого осаждения

Специальность 05.27.06 - “Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной  техники”.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

                                                               кандидат технических наук, доцент

                    Сысоев Игорь Александрович.

Новочеркасск 2006

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Основная тенденция развития технологии полупроводниковых приборов и солнечных элементов в частности - повышение контролируемости технологических процессов и степени их совместимости.

Способ локальной эпитаксии из пучков низкоэнергетических ионов выделяется возможностью контроля и управления важнейшими параметрами потока осаждаемых частиц (энергия, плотность потока, состав и др.). Это позволяет получать пленочные материалы с определенной топологией и заданными свойствами и структурой, обладающие повышенной адгезией к подложке, а также квантово-размерные структуры, использование которых очень перспективно. Интересным приложением эпитаксии пленок из ионных пучков является возможность получения метастабильных при нормальных условиях структур, нереализуемых традиционными методами.

Другой отличительной особенностью данного метода является возможность реализации технологической обработки пластины в замкнутом цикле, что исключает нарушающее воздействие внешней среды, исключает необходимость создания условий дорогостоящей чистой комнаты и позволяет полностью автоматизировать процессы обработки, поскольку все управление установкой можно осуществлять путем изменения соответствующих электрических величин. Кроме того, безмасочный и безрезистивный процесс на основе данного метода значительно упрощает технологию в целом, исключив обычные способы формирования рисунка и благодаря упрощению процесса, увеличивается выход годных приборов.

Ионное осаждение возможно проводить как сфокусированным пучком, для получения локальных структур, так и пучком, разведенным в растр, если необходимо нанесение слоев на всю площадь пластины. С помощью ионного осаждения можно получать слои самых различных элементов: полупроводников, металлов, оксидов, нитридов. С точки зрения изготовления приборов еще более важен тот факт, что одним и тем же методом можно в принципе последовательно осаждать полупроводниковые, изолирующие и металлические слои в чистых вакуумных условиях. Вариацией энергии падающих на подложку ионов в технологической камере могут проводится различные операции: очистка подложки, синтез сложных соединений, эпитаксиальный рост различных структур. Ионно-лучевая технология позволяет применять наиболее эффективный и качественный метод тонкой очистки поверхностей от загрязнений ― ионную бомбардировку, при которой происходит распыление поверхностных слоев мишени. Происходит очиска поверхности подложки, контактировавшей с окружающей средой, удаляются загрязнения вызванные адсорбированными атомами газа, слоем естественного окисла, атомами и молекулами, сорбированные поверхностью в процессе предшествующих химических обработок, данный процесс высоко и эффективен и не требует больших энергетических затрат.

Таким образом, учитывая все вышесказанное, можно придти к выводу, что основной отличительной особенностью проектируемой установки является ее универсальность и перспективность. Солнечные элементы, полученные с помощью установки ионно-лучевого осаждения, будут отличаться качеством и низкой себестоимостью.


Глава 1

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПРОБЛЕМАТИКА РАБОТЫ

           В первой главе проведен критический анализ типовых конструкций солнечных элементов. Рассмотрены физические основы работы солнечных элементов и конструктивные особенности фотопреобразователей. Рассмотрены основные технологии получения солнечных элементов особенности и возможности различных методов. Особое внимание уделено тонкопленочным солнечным элементам и методу ионно-лучевого локального осаждения. Обсуждаются вопросы целесообразности использования технологии ионно-лучевого осаждения. Обоснована постановка задачи исследования.

1.1 Типовые конструкции солнечных элементов и их эффективность.

           Создание новых технологий получения дешевых солнечных элементов с относительно высоким КПД является одним из приоритетных направлений в области энергетики. Подробнее рассмотрим виды солнечных элементов /1/. На рисунке 1.1  схематически показаны поперечный разрез и вид сверху солнечного элемента на основе п-р-гомоперехода в Si. Основой элемента является пластина толщиной  ≈ 500 мкм из монокристалла Si. Толщина пластин выбирается исходя из конструктивных критериев, чем из требований полного поглощения света. В  солнечных элементах толщиной 50 мкм получен КПД s= 11,8% .

             При соответствующем подборе нагрузочного сопротивления вырабатываемая энергия может достигать 80 % произведения Iкз Vхх (Iкз — ток короткого замыкания,     Vхх — напряжение холостого хода элементов) /3/.

Текстурированный или не отражающий свет элемент Comsat-Comsat nonreflecting cell-CNR – пример солнечного элемента совершенной конструкции. Его лицевая сторона текстурирована, т.е. преобразована в трехмерную поверхность, содержащую маленькие пирамидки высотой 1–2 мкм, которые образуются, например, при травлении поверхности (100) Si в анизотропном травителе, содержащем 2–3% NaOH. В этом случае появляются четырехгранные пирамиды, ограненные плоскостями (111), с углом при вершине 70,5°. После формирования текстурированной поверхности проводят диффузию фосфора и осаждают лицевой сетчатый токосъем состава Ti - Pd - Ag.

Коэффициент отражения чистого кремния уменьшается с ~35 % для плоской поверхности до ~20 % для текстурированной поверхности. Нанесение дополнительного просветляющего покрытия снижает потери на отражение вплоть до нескольких процентов. Уменьшение отражения приводит к возрастанию как тока короткого замыкания, так и напряжения холостого хода, что в свою очередь повышает эффективность преобразования /5/. Для текстурированных элементов в условиях АМ0 получен КПД выше 15 %.

Траектории световых лучей на идеализированной текстурированной поверхности солнечного элемента при показателе преломления среды n = 1,0 и       nSi = 3.8

Гетеропереходы представляют собой переходы, образующиеся при контакте двух полупроводников с различными энергетическими положениями запрещенной зоны. Типичная энергетическая диаграмма n-p-гетероперехода, находящегося в состоянии термодинамического равновесия, показана на рисунке 1.2.

Фотоны с энергией, меньшей Еg1, но большей Еg2, будут проходить через слой первого полупроводника, который играет роль оптического окна, и поглощаться во втором полупроводнике. Носители, генерируемые излучением внутри обедненного слоя и в электронейтральном объеме полупроводника в пределах диффузионной длины от перехода, будут коллектироваться переходом подобно тому, как это имеет место в солнечных элементах с п—р-гомопереходами. Фотоны с энергией, большей Еg1, поглощаются в первом полупроводнике, и переход будет коллектировать носители, генерируемые этим излучением на расстоянии от перехода, не превышающем диффузионную длину, либо непосредственно в области пространственного заряда перехода.

Преимущества солнечных элементов с гетеропереходами перед обычными солнечными элементами с р—n-переходами состоят в следующем: а) в увеличении спектрального отклика в коротковолновом диапазоне при условии, что энергия Еg1 достаточно велика и фотоны с высокой энергией поглощаются в обедненном слое второго полупроводника; б) в понижении последовательного сопротивления при условии, что первый полупроводник можно сильно легировать, не ухудшая при этом условия прохождения света через него; в) в высокой радиационной стойкости, если первый слой полупроводника достаточно толстый и полупроводник имеет широкую запрещенную зону /20/. Интересным примером солнечного элемента с гетеропереходом является гетеропереход проводящее стекло – полупроводник. К проводящим стеклам относятся окисные полупроводники, такие, как окисел индия (In2O3 с Eg=3,5 эВ и электронным сродством  =4,45 эВ), окисел олова (SnO2 с Eg=3,5 эВ и электронным сродством = 4,8 эВ) и окисел сплава индия и олова (ITO, смесь In2O3 и SnO2 с Eg=3,7 эВ и электронным сродством от 4,2 до 4,5 эВ). Эти окисные полупроводники в виде тонких пленок обладают замечательным сочетанием хорошей электрической проводимости и высокой оптической прозрачности. Поэтому они играют роль части гетероперехода и просветляющего покрытия. Значения КПД лежат в диапазоне 12 – 15 %. Для солнечных элементов n-ITO/p-InP в условиях климата России  КПД = 14 %.

Для получения высокой эффективности преобразования был предложен каскадный солнечный элемент с гетеропереходами он представлен на рисунке 1.3.   

Прибор состоит из широкозонного (Eg=1,59 эВ) и узкозонного (Eg=0,95 эВ) элементов, последовательно соединенных туннельным диодом на гетеропереходе. Туннельный диод создается во время единого цикла изготовления такой монолитной структуры. На рисунке также показана лицевая гетероповерхность, которая служит оптическим окном и позволяет снизить потери от поверхностной рекомбинации. Свет, который проходит первый элемент, не поглощаясь в нем, не поглотится также в сверхтонком туннельном диоде, а приведет к генерации и коллектированию носителей в узкозонном элементе. Оптимизировав соотношение между запрещенными зонами этих двух элементов, можно уравнять значения их рабочих токов. При этом предельное теоретическое значение КПД в климатических условиях России при комнатной температуре оказывается выше 30 %. К недостаткам этих элементов относится высокая энергоемкость, дороговизна материалов и относительно низкий КПД для большинства элементов. Известен  солнечный элемент с барьером Шоттки, на лицевую поверхность которого наносят слой металла. Слой металла должен быть

достаточно тонким, чтобы основная доля света достигала полупроводника /23/. Можно выделить три компоненты фототока. Одна из них обусловлена  поглощением в металле фотонов с энергией hv которая стремиться к qб (qб — высота барьера), что вызывает возбуждение дырок через

Рис. 1.1  Схематическое изображение типового солнечного кремниевого элемента с р—n-переходом:

а вид сверху;

                                                      б — вид сбоку.

1-лицевой контакт, 2-контактная гребенка, 3-просветляющее покрытие, 4-nслой,

5-p-n-переход, 6-p-слой, 7-тыловой контакт.

Рис. 1.2  Диаграмма энергетических зон n-р-гетеропереходов в состоянии термодинамического равновесия. Eg1, Eg2 – Ширина запрещенной зоны первого и второго полупроводника. Ec - скачок зон проводимости, Eс – зона проводимости, Ev – валентная зона.

Рис. 1.3  Идеализированная диаграмма энергетических зон каскадного солнечного элемента с двумя переходами

барьер в полупроводник. Этот процесс используется для фотоэлектрических измерений высоты барьера.

Попадающий в полупроводник коротковолновый свет поглощается главным образом в обедненном слое. Длинноволновый свет, поглощаясь в нейтральном объеме полупроводника, создает электронно-дырочные пары; затем электроны, так же как и в случае обычного рn-перехода, диффундируют к краю обедненного слоя, где происходит их коллектирование. В условиях, типичных для работы солнечных элементов, возбуждение светом носителей из металла в полупроводник составляет менее 1% полного фототока, и поэтому этим процессом можно пренебречь.

К преимуществам солнечных элементов с барьерами Шоттки относится:

а) изготовление таких элементов при низких температурах, поскольку отпадает необходимость в проведении высокотемпературной операции — диффузии;

б) применение данной технологии при создании поликристаллических и тонкопленочных солнечных элементов;

в) высокая радиационная стойкость элементов, поскольку вблизи их поверхности существует сильное электрическое поле;

г) большой выходной ток и хороший спектральный отклик, что также обусловлено непосредственным примыканием обедненного слоя к поверхности полупроводника, вследствие чего ослабляется негативное влияние малых времен жизни и высокой скорости поверхностной рекомбинации /24/.

В солнечных элементах на МДП-структурах между металлом и полупроводниковой подложкой создается тонкий изолирующий слой. Преимущество солнечных элементов на МДП-структурах связано с тем, что в них имеется сильное электрическое поле вблизи поверхности полупроводника, которое направлено так, что помогает коллектированию носителей, создаваемых коротковолновым светом; кроме того, в активной области таких элементов нет кристаллических дефектов, возникающих при диффузии примесей и присущих солнечным элементам с диффузионными р—n-переходами.   

В солнечных элементах на МДП-структурах вся поверхность элемента покрыта очень тонким слоем металла. На рисунке 1.4 показана такая конструкция элемента, в которой используется гребенка в виде МДП-структуры с толстым металлом. Между отдельными полосками полупроводник покрыт прозрачным диэлектрическим слоем. Слой SiO2 толщиной 1000 А служит одновременно и прозрачным диэлектрическим слоем, и просветляющим покрытием. Эта конструкция отличается от гетероперехода ITOSi, поскольку SiО2—диэлектрик и весь ток протекает через зубцы гребенчатой туннельной МДП-структуры. Если в окисле имеется положительный встроенный заряд, то вблизи поверхности полупроводника будет образовываться помимо обедненного слоя также и инверсионный слой. Генерируемые светом неосновные носители (электроны в случае подложки р-типа) будут коллектироваться из обедненного и инверсионного слоев с помощью гребенчатой туннельной МДП-структуры со слоем SiO2 толщиной 20—30 А.

Кроме того, инверсионный слой будет экранировать центры поверхностной рекомбинации. На таких структурах в условиях AM1 КПД достигает 11 %

В тонкопленочных солнечных элементах, представленных на рисунке 1.5, активными полупроводниковыми слоями являются поликристаллические или неупорядоченные пленки, которые наносятся или выращиваются на электрически активных или пассивных подложках (таких, как стекло, пластмасса, керамика, металл, графит или металлургический кремний). Тонкие пленки CdS, Si, GaAs, InP, CdTe и т. д. наносятся на подложку с помощью различных методов, таких, как газовая эпитаксия, плазменное распыление и осаждение. Если толщина слоя полупроводника превышает обратный коэффициент поглощения, большая часть света будет поглощаться в полупроводнике; если диффузионная длина превышает толщину пленки, большая часть генерируемых светом носителей может быть коллектирована.

Основное достоинство тонкопленочных солнечных элементов заключается в том, что их стоимость может быть низкой, поскольку технология их изготовления дешевая и при этом используются сравнительно дешевые материалы /34/. К основным недостаткам относятся низкий КПД. и постепенная деградация характеристик. Низкий КПД обусловлен частично влиянием границ зерен, а частично низким качеством полупроводникового материала, выращиваемого на различных подложках /48/. Проблема деградации связана с химическими реакциями, протекающими между полупроводником и окружающей атмосферой (кислородом, парами воды).

Тонкопленочный солнечный элемент на CdS схематически показан на рисунке 1.5 Элементы создаются с использованием подложек, покрытых электролитически осажденной медью, поверх которой наносится слой цинка толщиной 0,5 мкм. На подложку, подогретую до 220 °С, осаждается слой CdS толщиной 20 мкм. Реакция между пленкой CdS и ионами меди приводит к образованию слоя Cu2S толщиной 1000 А. Поверх слоя наносятся прозрачная контактная гребенка и слой просветляющего покрытия /41/.

По существу этот элемент представляет собой гетеропереход с большой плотностью ловушек на границе раздела. При освещении с лицевой стороны излучение поглощается в основном в Cu2S. Спектральный отклик и фототок ограничиваются высокой скоростью поверхностной рекомбинации, малой диффузионной длиной и интенсивной рекомбинацией на границе раздела. Несмотря на это, КПД такого элемента близок к 10 %. Кроме того, здесь возможен дальнейший прогресс: ожидается, что при замене от 15 до   25 % цинка кадмием вырастет выходное напряжение и КПД окажется выше    14 %.

Основой другого тонкопленочного элемента служит гетеропереход CuInSe2/CdS. Ток короткого замыкания и к. п. д. зависят от размера зерен. При увеличении радиуса зерна от 0,3 до 1 мкм и выше КПД возрастает от 4 до 6,6 %. В качестве материалов для создания дешевых солнечных элементов можно рассматривать целый ряд тройных соединений. В качестве материала для тонкопленочных солнечных элементов используется также аморфный кремний. Слои толщиной 1—3 мкм выращиваются на стеклянных подложках, покрытых слоем металла или ITO, с помощью разложения силана в высокочастотном разряде. Кристаллический и аморфный кремний сильно различаются: первый имеет непрямую запрещенную зону шириной 1,1 эВ, в то время как характеристики оптического поглощения в гидрогенезированном a-Si напоминают характеристики кристалла с прямой запрещенной зоной шириной 1,6 эВ. На тонких пленках гидрогенезированного a-Si были созданы солнечные элементы как с р—n-переходами, так и с барьерами Шоттки.

Таким образом, из приведенного обсуждения следует, что высокоэффективные солнечные элементы можно создавать из полупроводников с очень высокой плотностью дефектов, если полупроводниковые пленки достаточно тонкие, имеют высокий коэффициент поглощения вблизи края фундаментального поглощения и в них достигаются требуемые значения подвижности

Рис. 1.4. Поперечное сечение солнечного элемента с гребенчатой МДП-структурой.

1-Металлическая гребенка (Al), 2-Слой SiO2, 3-Инверсионный слой,  4-Обедненный слой, 5- Подложка Si, , 6-Слой Al.

Рис. 1.5 Солнечный Тонкопленочный солнечный элемент на CdS.

1- герметизирующее и просветляющее покрытие, 2- гребенка, 3-слой Cu2S и CdS,    4-слой CdS, 5-омический контакт, 6-подложка .

Так как тонкопленочные солнечные элементы являются достаточно дешевыми и у них неплохие показатели КПД, то можно сказать, что их применение является экономически обоснованным /42/.

К одной из перспективных конструкций относится многопереходный солнечный элемент на V-канавках рисунок 1.6. Такой элемент состоит из ряда отдельных р+рп+ (или р+–р–n+-диодов, соединенных последовательно. Трапецеидальная форма отдельных диодов получается за счет анизотропного травления поверхности кремния (100)  через маску термически выращенной двуокиси кремния. В результате повышенной эффективности поглощения, относительно низкого последовательного сопротивления и отсутствия затенения лицевой поверхности (в этой конструкции нет коллектирующей гребенки) можно предположить, что данный элемент будет иметь КПД выше  20 %

Другой перспективной конструкцией является солнечный элемент со спаренными переходами, в котором сочетаются концепции элемента с тыловым контактом и текстурированного элемента. В этом элементе нет тени от металла и облегчаются проблемы межсоединений благодаря тому, что n+ и р+ - контакты создаются на тыловой поверхности. Прибор работает как биполярный транзистор с изолированным n+-эмиттером на лицевой поверхности. Электроны, генерируемые светом в эмиттере или в базе, собираются  n+-коллектором, подобно тому как это имеет место в транзисторе. В таком элементе зависимость тока короткого замыкания от толщины прибора совершенно непохожа на соответствующие зависимости для обычных солнечных элементов.

В солнечных элементах со спаренными переходами используются гораздо более тонкие базовые области, и КПД этих элементов также может превышать 20 %.

Еще одна конструкция – это солнечные элементы с вертикальными переходами, в которых поверхности переходов и металлические поверхности расположены перпендикулярно поверхности элемента рисунок 1.7.

На таких элементах в условиях AM1 экспериментально были получены следующие результаты: Vxx =0,59 В, Jкз = 33 мА/см2, фактор заполнения FF = 0,80, КПД = 15,6 %.

Работы по наземным плоскопанельным солнечным элементам направлены в основном на максимально возможное снижение стоимости батарей при одновременном сохранении КПД преобразования на уровне не менее 10 %. Для этой цели используются такие методы создания подложек, как выращивание ленты через фильеру или способом «пластина к пластине» и выращивание дендритных лент. Для снижения стоимости подложек также применяется выращивание поликристаллического кремния на керамике либо на металлургическом кремнии. К наиболее вероятным кандидатам для использования в плоскопанельных системах следует отнести солнечные элементы на аморфном кремнии и на тонких пленках CdS. Работы по созданию концентрирующих систем направлены в основном на увеличение к. п. д. преобразования в условиях высокой концентрации солнечной энергии и на минимизацию стоимости всей системы как целого, упрощение и универсализация методов получения тонкопленочных солнечных элементов. Тонкопленочные солнечные элементы недороги в производстве обладают к.п.д. не ниже 10 % и прекрасно подходят для широкого наземного использования /44/.

1.2 Физические основы  работы солнечных           фотопреобразователей

Обычный солнечный элемент (например, p-n-переход) имеет лишь одну характерную энергию – ширину запрещенной зоны Eg. Когда на элемент попадает солнечный свет, фотоны с энергией, меньшей Eg, не дают вклада в выходную мощность элемента (в пренебрежении поглощением света, сопровождаемым возбуждением фононов). Каждый фотон с энергией, большей

Eg, дает вклад, равный Eg, в выходную мощность; а остальная часть энергии                фотона переходит в тепло. Для того чтобы определить эффективность (или идеальный к.п.д.) преобразования, рассмотрим диаграмму энергетических зон освещаемого р-n-перехода рисунок 1.8а. Будем полагать, что солнечный элемент имеет идеальную вольт-амперную характеристику. Соответствующая эквивалентная цепь показана на рисунке 1.8б, где параллельно переходу введен источник постоянного тока IL, описывающий возбуждение неравновесных носителей солнечным излучением. IS – ток насыщения диода, RL – нагрузочное сопротивление /48/.

Рис. 1.6  Многопереходный солнечный элемент на V-канавках

1-стекло, 2-n+-слой, 3-p+-слой, 4-диэлектрический слой SiO2, 5-основа Si.

Рис. 1.7. Солнечный элемент с вертикальными переходами, имеющий низкое последовательное сопротивление 1- p+-слой (Ni-Au), 2- n+-слой.

Вольт-амперная характеристика такого прибора определяется выражениями

                                                                    (1.1)

и

                                   (1.2)

где А – площадь прибора.

График вольт-амперной характеристики, определяемой формулой (1.1), приведен на рисунке 1.9а для следующих параметров: IL=100 мА, Is=1нА, А=4 см2  и Т=300 К /49/.

Поскольку вольт-амперная характеристика проходит через четвертый квадрант, это означает, что прибор служит источником энергии. При соответствующем подборе нагрузочного сопротивления вырабатываемая энергия может достигать 80 % произведения Iкз.Vхх (Iкз – ток короткого замыкания, Vхх – напряжение холостого хода элементов). Чаще вольт-амперную характеристику элемента изображают так, как показано на рисунке 1.9б. На рисунке 1.9б также определены величины Im и Vmзначения тока и напряжения, при которых реализуется максимальная выходная мощность (Рm=ImVm).

Из уравнения (4.1) получаем, что напряжение холостого хода (при I = 0) равно

                                                     (1.3)

Следовательно, при заданном токе IL напряжение холостого хода логарифмически возрастает при уменьшении тока насыщения Is. Выходная мощность равна

                                                (1.4)

Условие максимума мощности получаем, положив dP/dV=0, откуда имеем:

                                                    (1.5)

                              (1.6)

где .

Максимальная выходная мощность определяется выражением:

  (1.7)

где

                                      (1.8)

Величина Em соответствует той максимальной энергии, которая выделяется в нагрузке при поглощении одного фотона и при оптимальном согласовании элемента с внешней цепью //. Для данного полупроводника плотность тока насыщения Js может быть получена из формулы (1.2). Минимальное значение Js для Si при 300 К составляет 10-15 А/см2. При интенсивности солнечного излучения характерного для умеренных широт, плотность тока короткого замыкания Jкз, равную JL, можно получить графически из рисунка 1.10.

                                   (1.9)

Результат такого интегрирования показан на рисунке 1.11 /50/

Если значения Js и JL известны, величину Еm можно получить с помощью численного решения трансцендентных уравнений (1.3), (1.6) и (1.8). Поскольку величина Еm зависит от Js она зависит также от параметров материала (таких, как , D и уровни легирования). Идеальная эффективность преобразования реализуется при оптимальном выборе

Рисунок 1.8  Энергетическая диаграмма солнечного элемента с р-n-переходом

а)- при солнечном освещении

б)- идеализированная эквивалентная схема солнечного элемента

1- Прямоугольник максимальной мощности солнечного элемента

Рисунок 1.9 Вольт-амперная характеристика освещенного солнечного элемента

параметров материала, когда величина Js, минимальна. Поведение Еm для полупроводников с различной шириной запрещенной зоны показано на рисунок 1.11. Идеальная эффективность преобразования равна отношению максимальной выходной мощности к внешней мощности (мощности падающего излучения) Рin и может быть определена графически из рисунка 1.11 /51/

               (1.10)

или

,                  (1.11)

где площадь под кривой 1 равна 5,2-1017 эВ/(см2.с).

Максимальная эффективность оказывается равной 31 % и достигается при Eg= 1,35 эВ, если использовать параметры материала, характерные для полупроводников типа A(3)B(5).

Проведенный расчет показал, что в нашем случае реально получить образцы тонкопленочных солнечных элементов с КПД не менее 10%. Полученные экспериментальные образцы осаждения по своим характеристикам (толщине осаждения, адгезии) подтверждают расчеты.

 1.2 Технологические методы получения солнечных  фотопреобразователей

Несмотря на разнообразие типов солнечных элементов, технологические процессы их изготовления основаны на чередовании нескольких основных операций, которые являются общими для всех конструкций. Это позволяет создать технологическую схему, которая с небольшими поправками приемлема для изготовления большинства солнечных элементов.

             Для получения солнечных элементов используют методы напыления в вакууме. Процесс нанесения тонких пленок в вакууме состоит в создании (генерации) потока частиц, направленного в сторону обрабатываемой подложки,

— — — — — —  Черное тело 5800 К

——————— Интенсивность солнечного излучения при 1353 вт/м2

 ———    ———  Интенсивность солнечного излучения при 844 вт/м2

Рисунок 1.10 Спектральное распределение потока фотонов, поступающих от Солнца в различных климатических поясах Земли.

───      ───       Еm  для солнечных элементов на основе  Si

─────────    Еm  для полупроводников с различной шириной запрещенной зоны  показано на рисунок

Рис. 1.11  Зависимость плотности потока фотонов в солнечном спектре от энергии фотона

и последующей их конденсации с образованием тонкопленочных слоев на покрываемой поверхности /53/.

Таким образом, при нанесении тонких пленок одновременно протекают три основных процесса: генерация направленного потока частиц осаждаемого вещества; пролет частиц в разреженном (вакуумном) пространстве от их источника к обрабатываемой поверхности; осаждение (конденсация) частиц на поверхности с образованием тонкопленочных слоев.

Наносят тонкие пленки в вакууме методами термического испарения, ионного распыления, а также активно развиваемым методом молекулярно-лучевой эпитаксии.

При осаждении термическим напылением используются различные способы нагрева выбранного материала до точки плавления и создания пара, который затем осаждается на более холодные поверхности в системе. При этом тратится огромное количество энергии на перевод твердого вещества в газообразное.  Этот метод широко распространен для осаждения металлов, поскольку довести до плавления некоторые металлы (Al, Au, Pd) довольно просто.

Скорость испарения большинства элементов составляет 10-4 г/(см2.с). Для получения приемлемых скоростей роста пленки, а также экономного расходования материала следует создавать условия движения частиц испаряемого вещества преимущественно по направлению к подложке, т.е. необходим в первую очередь достаточно глубокий вакуум. Кроме того, необходимо обеспечивать равномерность распределения толщины пленки на подложке, что является одним из основных ее параметров. Это достигается приданием подложкодержателю сферической формы и созданием других более сложных систем, использование которых обеспечивает получение пленок с неравномерностью по толщине (34)% /55/.

Процесс испарения и качество нанесенных пленок в значительной степени определяются типом и конструкцией испарителей, которые могут иметь резистивный или электронно-лучевой нагрев. Нагрев электропроводящего тела, обладающего высоким электрическим сопротивлением при прохождении через него электрического тока, называют резистивным. При этом, как правило, используют переменный ток. Достоинства резистивного нагрева - высокий КПД, низкая стоимость оборудования и малые габаритные размеры. Недостатками являются возможность загрязнения наносимой пленки материалом нагревателя, а также малый ресурс работы из-за разрушения нагревателя. Испарители этого типа различных конструктивных вариантов могут быть с непосредственным (только для сублимирующихся металлов) или косвенным нагревом испаряемого вещества. При косвенном нагреве применяют проволочные, ленточные и тигельные испарители.

Принцип электронно-лучевого нагрева состоит в том, что кинетическая энергия потока ускоренных электронов при бомбардировке ими поверхности вещества превращается в тепловую энергию, в результате чего оно нагревается до температуры испарения. Фокусировка электронного луча позволяет получать большую концентрацию мощности на сравнительно малой поверхности, а следовательно, испарять любые, даже самые тугоплавкие материалы с достаточно большой скоростью. При этом используются водоохлаждаемые тигли. Установки могут быть одно - и многотигельной конструкции, с разворотом луча на 270 и 1800. Недостатки этих испарителей - сложность аппаратуры питания и управления, трудность испарения металлов высокой теплопроводности, питание высоким напряжением и т.д /60/.

В случае молекулярно - лучевой эпитаксии (МЛЭ) конструкция источника и давление в камере роста подбираются так, чтобы соударения не играли существенной роли и перенос компонент на подложку происходил в режиме молекулярного потока. В частности, диаметр выходного отверстия источника выбирается меньше средней длины свободного пробега частиц в тигле, в результате чего имеет место эжекция молекулярного потока. Поскольку эффекты граничного слоя и перемешивания устраняются, управление условиями осаждения происходит почти на атомном уровне. Температура эпитаксиального роста значительно меньше, чем при других методах, требующих химического разложения или плавления. При МЛЭ испаренные частицы переносятся на подложку в сверхвысоком вакууме.

Хотя молекулярно-лучевая эпитаксия обеспечивает возможность управляемого осаждения очень тонких пленок на сверхчистые поверхности, она в то же время характеризуется и недостатками: низкой скоростью осаждения и необходимостью сверхвысокого вакуума. Метод МЛЭ получил широкое распространение при осаждении пленок полупроводниковых соединений. Молекулярно-лучевая эпитаксия требует применения особо чистых конструкционных материалов, которые получают дополнительной очисткой с помощью методов электропереноса, направленной кристаллизации и другими методами /61/.

При выращивании композиционных полупроводников как для п/п-х компонент, так и для легирующих примесей применяются эффузионные ячейки Кнудсена с термическим подогревом.

Быстродействующие затворы служат для прерывания пучка, что позволяет изменять полупроводниковую композицию и степень легирования и создавать тем самым сложные гетероструктуры.

Благодаря низкой скорости роста (порядка одного монослоя в секунду) имеется возможность управлять составом и легированием структур на атомном уровне. Для контроля и управления процессом роста предусмотрены различные встроенные аналитические средства (оже-спектрометр, масс-спектрометр и т.д.). Метод МЛЭ также очень полезен для изготовления кремниевых приборов. С его помощью слои кристаллического кремния можно выращивать при температурах подложки, более низких (450-7500С), чем в случае жидкофазной эпитаксии. При таких температурах взаимная диффузия сводится к минимуму и в результате получаются сверхрезкие профили легирования.

В отличие от выращивания полупроводниковых соединений типа АIIIВV методом МЛЭ осаждение кремния и металлов требует электронно-лучевого испарения, что обусловлено низким давлением их паров. Равномерное и управляемое введение испаренных примесей затрудняется экспоненциальной зависимостью давления паров и коэффициента адгезии примесей от температуры соответственно источника и подложки. Низкая температура роста при МЛЭ позволяет избежать проблем взаимной диффузии, термического расширения, испарения и т.д. С помощью МЛЭ можно создавать оригинальные структуры на основе кремния с включением ряда новых материалов, обладающих относительно близкими к кремнию параметрами решетки, и тем самым расширить достижения технологии кремниевых ИМС /58/.

Наиболее широкое применение лучевые системы находят в литографическом процессе - от фотолитографии с использованием излучения видимого и УФ-диапазонов спектра до острофокусной ионно-лучевой литографии и электронолитографии. Первые два вида составляют основу литографического процесса в полупроводниковой промышленности. Процесс литографии можно осуществлять как широким пучком, полностью перекрывающим поверхность пластины, так и фокусированным пучком при последовательном экспонировании элементов рисунка. Метод экспонирования всего поля пластины имеет неоспоримые преимущества по производительности. Его можно реализовать с помощью электронов, рентгеновских фотонов и фотонов видимого света, а также ионов.

Несмотря на то, что фотолитография - относительно развитая технология, она постоянно совершенствуется в направлении точности совмещения и разрешения. В сочетании с высокой производительностью оптических систем эти факторы позволяют фотолитографии сохранять лидирующее положение. Однако принципиальные ограничения, обусловленные длиной волны света, и проблемы, связанные с отсутствием подходящего источника дальнего УФ-излучения, в конечном счете, ограничивают применение фотолитографии на уровне около 0,5 мкм /77/.

При фотолитографии с помощью фотохимических процессов на поверхности пластин по заданному рисунку получают конфигурацию тонких слоев. При этом на поверхность, подлежащую локальной обработке наносят слой специального материала - фоторезиста, способного изменять свои свойства под действием светового облучения. Основным рабочим инструментом является фотошаблон, представляющий собой плоскую стеклянную пластину, на которую нанесен требуемый рисунок в виде прозрачных и непрозрачных участков. Слой фоторезиста облучают через фотошаблон и обрабатывают - проявляют. В результате этого с отдельных участков поверхности фоторезист удаляется, а оставшийся используется как маска /10/.

Электронолитография обладает значительно более высоким разрешением, чем фотолитография, поскольку эквивалентная длина волны используемых электронов с энергией 20-50 кэВ меньше 0.01 нм. Следует также подчеркнуть, что в отличие от оптического и рентгеновского излучений поток электронов не является электромагнитным излучением. С другой стороны, в отличие от электрически нейтрального фотона электрон несет заряд, что позволяет формировать и отклонять пучок электронов с помощью электрических и магнитных полей, т.е. средствами электронной оптики.

Предельное разрешение электронно-лучевых систем определяется такими факторами, как электрон - электронное взаимодействие, рассеяние электронов, свойства резиста и т.д. Фокусирование и развертка электронного пучка по обрабатываемой области достигается с помощью комбинации электромагнитных линз и дефлекторов. Электронный пучок на выходе таких систем имеет наименьший диаметр 0.2-0.4 нм.

Поскольку электронно-лучевая литография безмасочный процесс непосредственного формирования рисунка, для послойного совмещения используются знаки совмещения, вытравленные на пластине. Эти знаки сканируют электронным пучком, и по сигналу отраженных электронов осуществляется покристальное совмещение. Такой способ дает исключительно высокую точность совмещения при электронно-лучевой литографии. Разрешение электронно-лучевой литографии ограничивается также эффектами взаимодействия электронов с материалом резиста /15/. Электронное облучение резиста вызывает образование или разрыв межмолекулярных связей. Однако, поскольку энергия падающих электронов значительно больше типичной энергии связи молекул резиста, резонансного поглощения энергии не происходит и отраженные (и в меньшей степени вторичные) электроны могут продолжать экспонировать резист на некотором расстоянии от точки падения пучка. В результате расположенные близко друг к другу топологические элементы из-за эффекта близости могут получить дополнительную нежелательную дозу экспонирования. Этот эффект особенно важен в субмикронном диапазоне топологических размеров. Для коррекции эффекта близости разработаны различные методы, применение которых позволяет формировать рисунок с линиями шириной 0.25 мкм. Также разработаны различные способы повышения производительности: использование пучков переменного сечения, изменяемого в соответствии с геометрией элементов рисунка, векторное сканирование пучка, при котором пучок перемещается только по сканируемым областям и т.д.

Таким образом, электронно-лучевая литография имеет ряд достоинств: очень высокое разрешение в субмикронном диапазоне топологических размеров, очень точное совмещение, высокую степень автоматизации при управлении от ЭВМ и, конечно, безмасочный характер процесса. Ей присущи, однако и недостатки: относительно низкая производительность из-за последовательного характера обработки, а также значительная сложность и высокая стоимость системы.

В рентгеновской литографии используется мягкое рентгеновское излучение (с энергией фотонов 0.5-10 кэВ), при поглощении которого в слое резиста образуются фотоэлектроны низкой энергии, вызывающие в свою очередь образование или разрыв межмолекулярных связей. В принципе рентгенолитография - это та же фотолитография с зазором, но расширенная по области очень коротких волн - порядка 1 нм. Но в отличие от фотолитографии, где экспонирование производится широкими коллимированными световыми пучками, рентгенолитография не располагает соответствующей оптикой и экспонирование на рентгеновских установках приходится выполнять в пучках с большим углом расходимости. При наличии зазора между шаблоном и подложкой это приводит к искажению размеров и смещению элементов рисунка, передаваемого в слой резиста. В системах рентгеновского экспонирования источник рентгеновских лучей переносит рисунок с шаблона на пластину теневой проекцией. При столь малых длинах волн предельное разрешение определяется не дифракцией, а эффектом близости из-за вторичных электронов и составляет 0.05 мкм. Чем меньше длина волны рентгеновского излучения, тем слабее дифракционные эффекты, но сильнее генерация вторичных электронов с высокой энергией и большой длиной пробега.

Для целей литографии существуют различные источники мягкого рентгеновского излучения /18/:

- рентгеновские трубки с бомбардируемой электронами неподвижной или вращающейся мишенью (вращение обеспечивает более эффективное ее охлаждение и позволяет направлять на нее более плотный электронный пучок, что повышает интенсивность рентгеновского излучения и сокращает время экспонирования);

- источники с горячей плазмой;

- электронные накопительные кольца;

- синхротроны и т.д.

Для предотвращения испарения материала мишени и улучшения условий теплоотвода вакуумную камеру источника заполняют гелием (давление около 1.3 Па), слабо поглощающим рентгеновское излучение.

Как уже отмечалось, в рентгеновской литографии эффекты близости и волновой дифракции существенного значения не имеют. Практические пределы разрешения и точности репродуцирования определяются полутеневыми и геометрическими искажениями. Один из критических вопросов рентгенолитографии связан с конструкцией шаблона. Для рентгеношаблона требуется очень тонкая подложка (поскольку толстые слои из твердых материалов не обладают достаточной прозрачностью для мягких рентгеновских лучей) и поглощающий материал рисунка с высоким коэффициентом поглощения на той же длине волны. Вообще говоря, механические требования к подложкам шаблонов и многочисленны, и жестки: высокая прочность, высокая термо - и химическая стойкость, возможность создания гладкой и плоской поверхности, стабильность параметров и т.д. Механические требования к пленке поглотителя также имеют очень важное значение, поскольку она во избежание искажений в процессе создания рисунка и при дальнейшем использовании должна быть свободной от напряжений. Изготовление шаблонов и их качество, а также потребность в дешевых и интенсивных источниках являются, по видимому, двумя наиболее критическими проблемами рентгеновской литографии. Наибольшая привлекательность рентгеновской литографии - сочетание высокой производительности и высокого разрешения.

Последний из основных вариантов литографии - это ионно-лучевая литография. По сравнению с электронами ионы такой - же энергии более эффективно экспонируют резист, и при этом значительно уменьшается эффект близости /20/.

Двигаясь в твердом теле ионы замедляются, что обусловлено двумя основными механизмами потери энергии:

а) взаимодействием с электронами при высокой энергии ионов (при котором траектория ионов существенно не меняется) с образованием вторичных электронов и фотонов;

б) упругим взаимодействием с ядрами при низкой энергии ионов с образованием вторичных (распыленных) и отраженных ионов.

Уширение ионного пучка из-за рассеяния существенно меньше, чем электронного. Кроме того, хотя ионы гораздо более эффективнее создают вторичные электроны, средняя энергия вторичных электронов и соответственно их диффузионная длина значительно меньше, чем в случае облучения электронами той же энергии. Поэтому эффект близости в ионно-лучевой литографии не является серьезной проблемой. Поскольку ионы очень быстро теряют энергию, глубина их проникновения намного меньше, чем у электронов. Энергия ионов должна быть 30-100 кэВ. Тяжелые ионы в литографии обычно не применяются, так как их проникновение в резист ограничено намного сильнее и более заметно расширение пучка из-за преимущественного ядерного рассеяния.

Несмотря на то, что резисты обладают очень высокой чувствительностью к ионам, все же достаточно ярких источников долгое время не было. Однако разработка жидкометаллических источников ионов привела к возможности создания систем с фокусированным ионным пучком для литографии. В общем случае такие источники содержат сплавы металлов, состав которых подобран так, чтобы обеспечить низкую температуру плавления, низкое давление паров и минимальное взаимодействие с материалом подогревателя тигля. Ионный ток из жидкометаллических источников извлекается посредством испарения и ионизации вещества сильным полем. В результате взаимодействия электростатических сил и поверхностного натяжения жидкого металла образуется очень тонкое острие эмиссии, называемое конусом Тейлора. Именно очень малые размеры источника обуславливают его высокую яркость. Срок службы источника составляет от нескольких десятков до сотен часов.

Системы с фокусированным ионным пучком нашли также применение для прямого легирования, ионного фрезерования при изготовлении и исправлении рентгеношаблонов, для создания и разрушения токоведущих дорожек ИС, для литографии, ионно - стимулированного травления.

В двух других методах ионно-лучевой литографии для создания рисунка вводятся специальные маски. К таким методам относятся проекционная ионная литография и ионно-лучевая литография с маскированием. В последнем случае пучок ионов направляется на покрытую резистом пластину через маску. Практически слабый эффект близости, высокая чувствительность резиста к ионам и параллельный характер обработки позволяют создавать рисунки с высоким разрешением без потери производительности. В отличие от фотолитографии очень короткая эффективная длина волны частиц практически не ограничивает разрешающую способность системы. Имеются сообщения о получении разрешения лучше 0.1 мкм /26/.

Лазерно-стимулированные процессы в целом можно классифицировать по типу основного используемого механизма (термические или фотохимические) или по роду среды процесса (газовая или раствор). При лазерно-стимулированном термическом осаждении применяется локальный разогрев для разложения частиц носителя с последующим осаждением требуемого материала. Для фотохимического осаждения требуется повышенная температура, но и скорость осаждения получается намного больше. При этом если реакция сильно зависит от температуры, локальность процесса в некоторых случаях может быть даже выше, чем диаметр лазерного луча. При фотохимическом осаждении прямое поглощение средой лазерной энергии приводит к локальному разложению.

Таким образом, процесс фотохимического осаждения в большей степени определяется химией взаимодействия лазерного излучения со средой и непосредственно не зависит от параметров подложки.

Основные недостатки метода дороговизна оборудования и высокая энергоемкость.

Ионное распыление имеет определенные преимущества перед другими методами получения пленок в тех случаях, когда важным является одно из следующих требований к материалу пленок и их свойствам:

- многокомпонентные материалы (сплавы, соединения и т.п.);

- термостойкие материалы;

- диэлектрические пленки;

- хорошая адгезия;

- низкотемпературная эпитаксия.

Метод ионного распыления основан на бомбардировке мишени, изготовленной из осаждаемого материала, быстрыми частицами (обычно положительными ионами аргона) /37/. Выбитые из мишени в результате бомбардировки частицы образуют поток наносимого материала, который осаждается в виде тонкой пленки на подложках, расположенных на некотором расстоянии от мишени. Принцип действия устройств ионного распыления основан на таких физических явлениях, как ионизация частиц газа, тлеющий разряд в вакууме и распыление веществ бомбардировкой ускоренными ионами.

Важным фактором, определяющим эксплуатационные особенности и конструкции установок ионного распыления, является способ генерации ионов, бомбардирующих мишень. В соответствии с этим установки ионного распыления оснащаются простой двухэлектродной или магнетронной системой /68/.

По сравнению с термовакуумным методом нанесения пленок метод диодного ионного распыления обладает рядом достоинств. Большая площадь распыляемой мишени, выполняющей функции источника атомов осаждаемого вещества, позволяет осаждать равномерные по толщине пленки на подложках больших размеров, что обеспечивает эффективную реализацию группового метода обработки. Мишень представляет собой источник длительного действия частиц наносимого материала, что облегчает автоматизацию и повышает однородность процесса. Большая энергия конденсирующихся атомов обеспечивает высокую адгезию пленки к подложке.

Метод ионного осаждения с помощью низкоэнергетических пучков ионов позволяет наращивать на подложках монокристаллические пленки различных материалов. Преимуществами такой эпитаксии является хорошая адгезия пленок, более высокие чем при термическом напылении плотность и совершенство структуры получаемых пленок. Механизм получения тонких бездефектных пленок согласно А.Н.Лузину состоит в следующем. Если энергии ионов низки, то такой энергии, с одной стороны, может оказаться недостаточно для образования дефектов, а с другой - может вполне хватить для обеспечения миграции вакансий из объема к поверхности. За счет передачи импульсов от ионов вглубь наращиваемой пленки будет происходить ее своеобразное "утрамбовывание", что и обеспечит уменьшение в объеме пленки концентрации вакансий, дислокационных петель вакансионного типа, микропор /78/.

Можно отметить, что ионной бомбардировкой при наращивании пленок можно видоизменить процесс их роста и получить пленки с особыми свойствами. Во-первых, при бомбардировке увеличивается адгезия пленок, во-вторых на начальной стадии зародышеобразования в следствии радиационного воздействия на матрицу увеличивается число центров конденсации, что обеспечивает более равномерный (по поверхности) рост пленки. Наконец, ионная бомбардировка способствует слиянию отдельных островков, в результате чего сплошная пленка образуется при существенно меньших толщинах, чем в случае обычного напыления /81/.

При прочих неизменных условиях рост температуры подложки увеличивает энергию, т. е. подвижность адсорбированных молекул, что повышает вероятность встречи мигрирующих молекул и приводит к формированию пленки крупнокристаллической структуры. Кроме того, при увеличении плотности падающего пучка повышается вероятность образования дуплетов и даже многоатомных групп. В то же время рост количества центров кристаллизации способствует образованию пленки мелкокристаллической структуры. Эти факторы обусловливают необходимость стабильного поддержания температуры подложек и плотности ионного пучка.

В реальных условиях на поверхности твердого тела, контактирующего с окружающей средой, имеются загрязнения: адсорбированные атомы газа, слой естественного окисла, атомы и молекулы, сорбированные поверхностью в процессе предшевствующих химических обработок. Наиболее эффективным и качественным методом очистки поверхностей от этих загрязнений является ионная бомбардировка, при которой происходит распыление поверхностных слоев мишени.

Бомбардировка поверхности твердого тела ионами с достаточно высокой энергией сопровождается эмиссией частиц вещества мишени в вакуум, т.е. распылением мишени. Это явление впервые наблюдалось как разрушение катодов в газоразрядных приборах и поэтому было названо катодным распылением. Естественно, что ионную очистку следует производить в хороших вакуумных условиях, когда скорость поступления на поверхность инородных атомов или молекул из окружающего объема достаточно низка /83/,/84/.

Очевидно, что физическое распыление является результатом передачи атомам мишени кинетической энергии, вносимой бомбардирующим ионом. Для того чтобы атом покинул поверхность твердого тела, эта энергия должна превышать энергию связи атома с ним. Естественным результатом такого подхода является введение понятия пороговой энергии распыления Es. Если энергия налетающей частицы E1<Es, то атому мишени не может быть сообщена энергия, большая энергии связи, и распыления не происходит. При E1>Es с ростом энергии E1 увеличивается количество атомов в поверхностных слоях мишени, которым в результате торможения первичного иона будет передана энергия, большая энергии связи. Таким образом, рост E1 в припороговой области энергий должен сопровождаться быстрым увеличением коэффициента распыления. Следует иметь ввиду, что понятие пороговой энергии распыления удобно вводить для идеализированной модели твердого тела. Для реальных твердотельных мишеней из-за наличия ступенек атомного размера на поверхности, адсорбированных или примесных атомов, различных дефектов структуры характерно не одно дискретное значение энергии связи, а некоторое распределение по энергиям. Вследствие этого, а также из-за теплового движения атомов поверхностного слоя четко выраженного энергетического порога распыления в экспериментах наблюдать не удается. Обычно энергия пучка ионов, применяемого для очистки, лежит в пределах  от десятков до тысяч эВ /99/.

1.4. Постановка задачи исследования

Рассмотрим и проанализируем типичные технологические маршруты изготовления полупроводникового прибора стандартным методом и методом ионного осаждения, и на примере убедимся в его эффективности. Стандартные технологии изготовления солнечных элементов - это совокупность механических, физических, химических способов обработки различных материалов (полупроводников, диэлектриков, металлов), при чем большинство операций создания солнечных элементов требует специального оборудования - это повышает расход материалов, энерго и человеко затраты. Покажем технологическую цепочку изготовления солнечного элемента (на основе кремния). Во-первых - получение монокристалла кремния, далее разделение слитка на пластины. За тем следует подготовка пластин - обезжиривание, очистка, механическая полировка. Далее травление, окончательная очистка пластины и промывка. В технологии ионного-лучевого осаждения тонкую очистку подложки можно провести с помощью ионного травления, не вынимая заготовки из рабочей камеры и значительно повысив уровень очистки материала.

После подготовки пластин приступают к нанесению активных слоев в большинстве случаев это диффузия из газовой смеси. На основе данного процесса невозможно получить с высокой точностью толщину наносимого слоя, и после завершения операции необходимо удалить слой диффузанта с помощью травления. Далее методом испарения наносят слой Al  и проводят диффузию для создания  р+-слоя. В технологии ионно-лучевого осаждения нанесение сплошных слоев производится расфокусированным ионным пучком, при увеличении энергии ионов возможно применение метода ионной имплантации – это позволит с большей точностью контролировать толщину легирования и количество легирующей примеси. При помощи фотолитографии или теневой маски наносят рисунок токосъемной сетки, далее происходит осаждение Ti, Pd и Ag на лицевую и тыльную поверхности пластины, после этого удаляют масочный слой. В технологии ионно-лучевого осаждения нанесение топологии рисунка производится фокусированным ионным пучком в едином цикле – внутри одной рабочей камеры. На заключительном этапе проводят осаждение просветляющего покрытия и приварку контактов. Описанная схема стандартного технологического процесса в значительной мере упрощена, в нее не вошли многочисленные этапы очистки и контроля параметров, необходимые при производстве элементов.

            Таким образом, цель настоящей работы заключается в  следующем:

     -   расчет функционала и создание установки, реализующей данный метод, совместить в едином технологическом пространстве процессы получения пленочных слоев, литографии и металлизации контактов. Для реализации поставленной цели решались  следующие задачи:

  •  построение математической модели распыления вещества в плазме, расчет основных параметров процесса.
  •  создание математической модели управления ионным лучом и расчет       основных параметров протекания процесса, применимых для опытного образца экспериментальной установки ионно-лучевого осаждения.
  •  построение математической модели осаждения эпитаксиальных слоев и физико-механических свойств покрытий.

Произведен рассмотр основных вопросов функциональных узлов установки ионно-лучевой эпитаксии и создание:

     -    источника ионов;

     -    концентратора плазмы;

     -    системы управления ионным лучом;

    -     расчет необходимых параметров вакуумной системы;

  •  создание системы измерения вакуума;
  •  создание вакуумных узлов и соединений;                                     
  •  выбор вакуумных насосов;
  •  создание гетероионного насоса;

1.5 Вывод

Анализ  технологий получения солнечного элемента показал что существуют трудности в получении относительно дешевого, качественного и эффективного солнечного. Таким образом, на основе проведенного анализа можно придти к выводу, что на основе метода ионно-лучевого осаждения можно получать солнечные элементы с минимальным количеством затрат энергии и времени  при этом КПД тонкопленочного солнечного элемента полученного на основе ионно-лучевого осаждения не менее 10%. Есть и другие перспективные направления в развитии солнечных элементов, но все они являются достаточно дорогими и экономически не целесообразными. Во всех этих направлениях достигаются лишь высокие показатели к.п.д, но не учитываются сложности в изготовлении этих элементов, а так же дороговизны материалов. Можно сказать, что данные технологии не всегда обеспечивают технико-экономическую целесообразность промышленного производства. А это в условиях рыночных отношений является одним из главенствующим фактором. На основании анализа данных и учитывая то, что для ионно-лучевого осаждения начиная с операции тонкой очистки, и нанесения активных слоев на подложку проходят в едином технологическом пространстве, можно придти к выводу, что реализация данной технологии может значительно удешевит и упростить процесс производства солнечных элементов и повысить качество изделий.

     Сформулированы и обоснованы задачи и направления исследований, включающие моделирование процессов ионно-лучевого осаждения  и построение экспериментального образца установки ионно-лучевого осаждения и разработку технологии получения эпитаксиальных слоев и тонкопленочных солнечных элементов.

Глава   2

ПРОЦЕСС ОСАЖДЕНИЯ ИЗ ИОНОГО ПУЧКА И РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ИОННО-ЛУЧЕВОЙ УСТАНОВКИ

В настоящей главе осуществлено построение математической модели распыления вещества в плазме, управления ионным лучом и ионного осаждения. Произведен расчет функциональных узлов опытного образца экспериментальной  установки ионно-лучевого осаждения /2/. Рассмотрены конструктивные особенности источника ионов, системы управления ионным лучом. Расчеты проводились для Al, Si, Ti, Pd, Ag применительно для получения тонкопленочных солнечных элементов /3/. Получены концентрационные зависимости скорости осаждения от ионного тока и радиуса ионного пучка.

2.1 Методика  распыления вещества в плазме.

Для образования ионов, используемых при бомбардировке поверхности распыляемой мишени, между анодом и катодом в вакуумной камере создается тлеющий разряд. Он характеризуется наличием двух основных областей: небольшой по протяженности прикатодной, в которой сосредоточено основное падение потенциала, называемое прикатодным падением потенциала и области столба разряда, представляющей собой сильно ионизированный газ - плазму с высокой проводимостью. При сближении электродов анода и катода в первую очередь уменьшается протяженность положительного столба разряда. Электроны могут выходить из катода под действием фотоэмиссии. Для увеличения плотности эмиссии электронов применяют термоэмиссионные катоды. В сильном электрическом поле катодного падения потенциала электроны набирают энергию, определяемую напряженностью электрического поля и их подвижностью в данной области. Ионизация ведет к образованию положительных ионов газа. Ионы устремляются к мишени, на которую подан отрицательный потенциал относительно плазмы разряда, и распыляют ее /1/.

Явление физического распыления обусловлено передачей ускоренным ионом атому мишени энергии, превышающей пороговую энергию смещения, последующим перемещением атома в направлении к поверхности мишени и вылетом из нее. Основным механизмом катодного распыления является процесс передачи импульса либо путем непосредственного столкновения ускоренного иона с атомом мишени, либо путем ряда вторичных столкновений первично смещенных атомов. Очевидно, что при нормальном падении ионного пучка на мишень распыление может происходить только при последовательных вторичных столкновениях.

Физическое распыление вещества количественно характеризуется коэффициентом распыления К (ат/ион) - числом атомов, выбиваемых из мишени одним падающим на нее ионом /7/. Коэффициент распыления является величиной статической и определяется интегральным соотношением:

                                   К=Np/N,                                                   (2.1)

Np - число атомов мишени, распыленных с единицы поверхности при облучении ее потоком ионов с дозой N.

Коэффициент распыления определяется характером атомных столкновений и структурой мишени. Для изотропных мишеней имеет вид:

                               ,                             (2.2)

Es - энергия сублимации;

а - сечение экранирования.

Коэффициент К0 зависит от заряда ядра бомбардирующего иона Z1 и атома мишени Z2 и периодически изменяется с изменением Z2.

При 3 Z2 16                            

 

(2.3)

При  Z2 19         

(2.4)

Максимальное значение коэффициента распыления:

                                                                       (2.5)

Распыление изотропных веществ подчиняется закону косинуса:   

 

      K(α)=K(0)/cosα,                                                                  (2.6)

К (0)—коэффициент распыления при нормальном падении иона на поверхность мишени,

при α=0 (α—угол падения ионов относительно нормали к поверхности).

где ЕR= 13,6 эВ — энергия Ридберга.

Из рисунка 2.1 видно, что эффективная энергия распыления лежит выше 2000 B, где  коэффициент распыления К  сильно зависит от массы ионов. На рисунке 2.2 показано схематическое изображение математической  модели распыления материалов /11/.

2.2 Источник ионов

В нашем случае предполагается использовать осаждаемый материал в твёрдой фазе, предварительно измельчённый в порошок, который помещается в тигель ионизатора. В ионизатор напускается аргон и включается высокое напряжение.

           Рассчитаем коэффициент распыления элементов ионами аргона при подаче на электроды напряжения 3 кВ /12/. Рассчитаем радиус экранирования:

a=4,7*10-9/(Z2/31 + Z2/32 )1/2                                           (2.7)

               Рассчитаем сечение экранирования:

σа=πа2                                                        (2.8)

             Найдём нормирующий коэффициент энергии:

                                                     (2.9)

Пользуясь  соотношением (2.4) определим значение коэффициента К0. Пользуясь  соотношением (2.5)  Найдем максимальный коэффициент распыления, где N2=5,91*1022 см-3 число атомов мишени, распыленных с единицы поверхности при облучении ее потоком ионов с максимальной дозой.  

               Определим энергию, соответствующую Kmах:

                                               EM=0,3/F                                                                      

               Находим значение К. при E=3•103 эВ:

                                                                  (2.10)

Рассчитаем число атомов аргона в рабочем объеме ионизатора при различном давлении газа.

                                                                                                  (2.11)

Т=300 К,   R=8.31,  V=1 см3

Рис. 2.1  Зависимость коэффициента распыления K от энергии ионов

а)

б)  

Рис. 2.2  Схематическое изображение катодного распыления             материала

а)  Распыляемый материал до начала процесса

б)  Траектории движений ионов при  катодном распылении

  

  Сведём эти расчёты в таблицу 2.1              

    Таблица 2.1

Число атомов при различных давлениях

       P

      Па

           N

        Атом/см3

1000

2,1448*1018

100

     2,1448*1017  

10

     2,1448*1016

1

     2,1448*1015

0,1

2,1448*1014

0,01

2,1448*1013

При давлении не ниже 100Па число ионизированных атомов составляет 25% от их числа, а при 10Па число ионизированных атомов составляет 80% (экспериментальная зависимость) и растёт с уменьшением давления. Отсюда видно что, используя аргон и подавая на ионизатор напряжение 3 кВ при данных давлениях можно получить концентрацию ионов распыляемого вещества порядка 1013-1018 /14/.

Концентратор плазмы представляет собой купол из металла, который не дает плазме растечься в больших количествах по объему рабочей камере. На рис. 2.3 представлено принципиальное схематическое изображение источника ионов. На рис. 2.4 представлены фотографии ионного источника.  

           

1-откачка газа из накопителя плазмы. 2-электрод. 3-распыляемое вещество. 4-ускоритель первой ступени .5-первичная область фокусировки и сканирования луча. 6-корпус ионного источника. 7-откачка газа из ионного источника. 8-тигель. 9- подача инертного газа ионизатор.  10-накопитель плазмы.

Рисунок 2.3  Принципиальная схема ионного источника.

        

а)                                                                                             б)

в)

Рисунок 2.4  Ионный источник опытного образца установки ионно-лучевого осаждения.

а) Корпус ионного источника   

б) Ионный источник вид сбоку

в) Ионный источник вид снизу

2.3 Система формирования и управления ионным пучком

2.3.1 Система экстракции

Особое место в формировании ионных пучков принадлежит устройству экстракции пучка, которое является первым, а иногда и единственным фокусирующим элементом инжектора. Система извлечения и первичного формирования пучка для слаботочных источников ионов обычно представляет собой трехэлектродную одиночную или иммерсионную линзу с аксиально-симметричной оптикой. В сильноточных экстракторах используется щелевая оптика.

Для стабильной работы экстрактора от ионного источника требуется неизменность во времени полной интенсивности ионного пучка, его состав /15/.

Геометрия элементов источника в процессе эксплуатации подвергается непрерывным изменениям из-за износа в результате катодного распыления. Поэтому форма границы плазмы меняется во времени и должна регулироваться воздействием тока и напряжения разряда, напряженностью магнитного поля и скоростью изменения давления газов или паров рабочих веществ, а также изменением потенциала экстракции. Форма границы плазмы может считаться первым наиболее важным электродом линзы, определяющим качество и расходимость пучка ионов /18/.

Ионная оптика экстрактора достаточно хорошо изучена применительно к ускорительной технике и технике электромагнитного разделения изотопов. На конечную расходимость пучка оказывают воздействие различные факторы: кривизна границы плазмы, пространственный заряд, геометрия электродов, фокусирующее воздействие второго электрода системы, нестабильность плазмы разряда. Исследования этих процессов посвящено большое число работ. При расчетах ионной оптики экстрактора используют теоретическую зависимость Ленгмюра Блоджетта, описывающую поток заряженных частиц между электродами различной формы /37/. Из решения уравнения Пуассона следует, что плотность тока j+, потенциал экстракции UB и расстояние между границей плазмы и экстрактором d связаны соотношением «трех вторых»

                                                  (2.16)

Таким образом, была построена модель, связывающая конфигурацию пучка (заполнение пучком отверстия ускоряющего электрода d) с геометрическими размерами l1 , l2 и потенциалом вытягивающего электрода Uв  ионно-оптической системы рисунок 2.5, которая в данном случае представляет собой осесимметричную линзу:

d=dщ(0,73+ 0,22l1 - 0,02l2 - 0,06Uв+ 0,15l1l2 - 0,086l1Uв+ 0,136l2Uв - 0,11l1l2Uв).

Контрольное моделирование в центре плана (l1=l2=Uв=0) подтвердило точность модели. Минимизация ее по l1 и l2 методом Хукка-Дживса показала, что минимальный диаметр пучка d=6.009 мкм достигается при l1=5.1 мм, l2=4.9 мм.

Для случая щелевой оптики применимо выражение для тока протекающего между двумя концентрическими электродами цилиндрической формы

                                                  (2.17)

где L—длина цилиндров (щели);

qзаряд иона;

ra – радиус анода;

пространственный параметр, являющийся функцией отношения между радиусами катода и анода.

На расходимость пучка основное влияние оказывает кривизна границы плазмы, менее критичен линзовый эффект экстрактора. Простейший способ управления расходимостью пучка с фиксированной интенсивностью тока изменение межэлектродного зазора d:

                                                          (2.18)

где 1 —расходимость пучка с учетом кривизны мениска и линзового эффекта электрода, рад;

d— межэлектродное расстояние, мм;

doэффективное межэлектродное расстояние, необходимое для экстракции тока плотностью j+ при условии плоского мениска, вычисляемое из выражения d20 =5,4510-5 U3/2/(j+ M1/2), где Uускоряющий потенциал, В; j+ вычисляется из уравнения:

   

                                J+=j+S.                                           (2.19)

где S – площадь фактической границы плазмы, с которой происходит отбор ионов;

j+ - плотность тока.

Для более детальной оценки используется несколько корректирующих коэффициентов, полученных экспериментальным путем зависящих от реальной геометрии пучка и системы экстракции и состава плазменного пучка /41/. Сложность и трудоемкость машинных расчетов геометрии экстракторов не позволяет использовать эту методику в инженерной практике, так же как и принятую в электронной оптике методику расчета пирсовской геометрии электродов из-за различия форм границы плазмы (расчетной и экспериментальной). В процессе расчетов применялся метод Монте-Карло разбиение расчета на составляющие: количественный расчет движения  каждого составляющего иона в ионном пучке.

Введение третьего электрода, находящегося под отрицательным потенциалом по отношению к экстрактору, создает потенциальный барьер на пути движения электронов из одного пучка в разрядную камеру, тем самым, нейтрализуя пространственный заряд пучка ионов в области между вторым и третьим электродами, и изменяет угловую расходимость пучка, не меняя его энергии. Многие системы экстракции не содержат третьего электрода, при этом под небольшим отрицательным потенциалом находится второй электрод. В этом

Рисунок 2.5 Схема ионно-оптической системы

  

  случае роль третьего электрода отводится корпусу источника, находящемуся под нулевым потенциалом относительно высоковольтного терминала инжектора.

Как уже отмечалось, наибольшее влияние на угловую расходимость ионного пучка и извлекаемый ионный ток оказывает межэлектродное расстояние d. Это расстояние выбирается из условий, чтобы искрение было минимальным, и не возник пробой. Максимальное напряжение экстракции составляет UB6104 d.

Однако это выражение относится к источникам, использующим конденсирующиеся пары, где пробой может возникать из-за осаждения рабочего вещества на поверхностях электродов. Поэтому в некоторых сильноточных конструкциях применяются подвижные системы экстракции /43/.

Важнейшим параметром пучка является нестабильность тока. При высокой нестабильности возможна декомпенсация пространственного заряда интенсивного пучка. Кроме того, низкочастотные колебания могут привести к неоднородности осаждения.

Однако если низкочастотные колебания вызваны в основном нестабильностями в электрических цепях питания ионного источника, то высокочастотные колебания (на уровне 20-500 кГц) вызваны “шумами” в плазме ионного источника. При этом изменяется постоянно и форма границы плазмы. Уровень «шума» может быть значительно ослаблен при увеличении давления в разрядной камере в области катода.

Для получения устойчивой и стабильной границы плазмы, из которой происходит отбор ионов, применяют различные системы регулирования. Все они основаны на использовании системы датчиков, фиксирующих значение каждого из параметров, поддающихся непосредственному регулированию и управлению их значениями. Тем самым обеспечиваются необходимые характеристики пучка /45/.

Наиболее сильное влияние на форму ионного пучка оказывают ток разряда и давление паров (газов) рабочего вещества в разрядной камере источника. Поэтому традиционно непосредственному воздействию оператора (или системы автоматического регулирования) подвергались четыре параметра: скорость подачи рабочего вещества в источник, напряжение экстракции, ток и напряжение разряда.

Регулирование напряжения экстракции необходимо, так как длительное изменение напряжения на выходе высоковольтного источника питания даже при высокой его стабильности (±0.5%) ведет к поперечному смещению пучка через несколько часов работы. Наличие такого смещения может регистрироваться парой датчиков Фарадея, расположенных в ловушке нейтралов, после завершения обработки каждой партии пластин. Разность между токами, регистрируемыми датчиками Фарадея, подается по цепи обратной связи в виде сигнала коррекции напряжения экстракции. Аналогично контролируется интенсивность тока пучка: площадь коллимирующего отверстия изменяется в зависимости от показания датчика Фарадея. В сильноточных системах этот параметр не всегда регулируется, а может отслеживаться изменением скорости перемещения мишени.

Плотность тока пучка и ее изменение во времени также может отслеживаться различными способами. В системах с электростатическим сканированием плотность тока пучка на мишени может стабилизироваться путем измерения мгновенной плотности тока каждым из четырех датчиков Фарадея, регистрирующих однородность осаждения, сравнения их показаний, вычисления среднего значения и сравнения последнего с предварительно рассчитанным значением плотности тока для данной дозы, времени нанесения пленки и размера обрабатываемой поверхности. Разность значений в виде сигнала коррекции поступает по цепи обратной связи

Исходя из вышесказанного, основным принципом, положенным в основу регулирования параметров пучка, экстрагируемого из источника ионов, и обеспечивающим основные критерии качества ведения процесса (стабильность, повторяемость, перестраиваемость) является стабилизация тока и напряжения разряда, давления в разрядной камере, напряжения экстракции, плотности тока пучка ионов на мишени, давления в тракте транспортировки пучка.                                                                                          Система экстракции служит для вытягивания ионов с поверхности плазменного мениска /46/. Схематическое изображение представлено на рисунке 2.6.

Нейтральные атомы всегда будут присутствовать в потоке, для предотвращения попадания газа в рабочую камеру облако плазмы и газа проходит первичную область фокусировки, где газ откачивается через внешние выходы из накопителя плазмы, далее плазма попадает в концентратор в верхней части которого под действием экстрактора вытягивается плазма, а снизу расположен отвод к гетеро-ионному насосу, который вытягивает остатки нейтральных атомов из газо-плазменного облака. Экстрактор находится под отрицательным напряжением от 0-3000 В, которое в  данной установке будет представлять также одноступенчатое ускорение.

Результатом расчета системы экстракции является получение функциональной зависимости коэффициента ионного пропускания, который можно представить в виде:

         f(Sвых, Sлов, Sпуч, Uэкстр, lлов, lлов, lлов)=k1k2                           (2.20)

Sвых – площадь выпускного отверстия накопителя плазмы;

Sпуч – площадь поперечного сечения пучка;

Uэкстр – напряжение подаваемое на экстрактор;

Lпроб – длинна пробега ионов в концентраторе плазмы;

Lвыт – расстояние между концентратором и экстрактором;

Sотк – площадь сечения стока откачки нейтральных атомов;

k1 – коэффициент очистки;

k2 – коэффициент вытягивания.

Несомненно, это далеко не все параметры, от которых зависит ионное осаждение. Численно коэффициент очистки k1 равен отношению числа ионов прошедших через площадь выпускного отверстия накопителя плазмы к общему числу атомов. Коэффициент вытягивания k2 равен отношению числа ионов прошедших экстрактор к числу ионов прошедших через выпускное отверстие накопителя плазмы. На рисунке 2.7 представлено принятое обозначение.

                  На этом рисунке область, проходимая пучком условно разделена на три части в этих обозначениях можно записать     и         где n1, n2 – число ионов в соответствующих областях; n3 – общее число атомов. Очевидно, что n1 = n3 k1 k2        

обозначим k= k1 k2 и представим качественные зависимости от вышеперечисленных параметров.  

                    К1=ω(Sнак/Sвых)14e-14(Sнак/Sвых)                                                                      (2.21)

1 – ионный луч; 2 – объем откачки нейтрального газа из ионного источника; 3 – ионно-атомный поток; 4 – экстрактор; 5 - накопитель плазмы; 6 – корпус ионного источника.

Рисунок 2.6 Схема системы экстракции ионов.

              

1- Sпуч – площадь поперечного сечения пучка; 2- Sэкстр- площадь отверстия экстрактора; 3-Sвых- площадь поперечного сечения отверстия накопителя плазмы; 4- Lпроб – длинна пробега ионов в концентраторе плазмы; 5- Sотк – площадь сечения стока откачки нейтральных атомов; 6- Lвыт – расстояние между концентратором и экстрактором.

Рисунок 2.7  Выбор обозначений

где К1–коэффициента выхода ионов через экстрактор;

n3 – функция ионного взаимодействия .

На рисунке 2.8 представлена зависимость коэффициента выхода ионов через экстрактор от площадей экстрактора и выхода из накопителя плазмы. Данные для расчета взяты из /18/.

Отсюда видно максимум достигается при равенстве площадей отверстия экстрактора и выпускного отверстия накопителя плазмы. Также видно, что при отношении равном нулю и больше двух коэффициент очистки стремится к нулю. Это интуитивно понятно, при Sэкстр/Sвых = 0, k = 0 так как за экстрактор или за ловушку ничего на пройдет. При Sэкстр/Sвых , k = 0 из-за того, что за экстрактор пройдут все атомы и ионы, т. е. очистки не будет /43/. Также видно, что для различных веществ максимальный коэффициент очистки различен, это объясняется тем, что для различных веществ различны массы атомов, скорости, температуры, т. е. атомы обладают различной подвижностью.

  1=b(nl)(/w(nl)5+b(nl)2+u)                                                                          (2.22)

1-коэффициент вытягивания от расстояния между выпускным отверстием плазмы и экстрактором

b,w,n,uпараметры взаимодействия, зависят от рода вещества

l-  расстояние

Данные для расчета взяты из /19/. Зависимость коэффициента ионного вытягивания от расстояния между выпускным отверстием накопителя плазмы и экстрактором имеет вид представленный на рисунке 2.9.

Анализируя этот рисунок можно заметить максимум смещается в сторону больших расстояний с увеличением энергии иона и для всех ионов оптимальным является расстояние между выпускным отверстием накопителя плазмы и экстрактором порядка одного сантиметра. Также можно увидеть для разных веществ скорость убывания коэффициента с ростом расстояния разная, то есть для ионов с большим соотношением энергии, массы и скорости коэффициент убывает более плавно. Наиболее резко он убывает у алюминия, это можно объяснить следующим образом: этот материал обладает достаточно большой скоростью и с увеличением расстояния ионы этого вещества просто разлетаются и малая доля может быть вытянута экстрактором.

                                                                                (2.23)

где  Kr- коэффициент зависимости вытягивания ионов с поверхности плазмы  от напряжения на экстракторе, a,v,с – параметры ионного взаимодействия, зависят от рода вещества.

На рисунке 2.10 представим зависимость коэффициента вытягивания ионов с поверхности плазмы от напряжения на экстракторе. Из рисунка видна тенденция смещения максимума коэффициента вытягивания для более тяжелых элементов в сторону более высоких напряжений. Также заметно, что при Uэкстр = 0 для некоторых элементов коэффициент не равен нулю, это можно со следующей позиции – некоторая часть ионов по чистой случайности может пройти через экстрактор даже при отсутствии вытягивающего напряжения /60/. С ростом напряжения на экстракторе наблюдается максимум, который для более тяжелых элементов уменьшается. Данную закономерность можно объяснить с точки зрения того, что

более тяжелый элемент обладает более высокой инерцией и его сложнее вытянуть (т. е. необходимо большее напряжение изменить, что бы изменить его траекторию). Далее с ростом напряжения коэффициент падает до нуля, это происходит из-за того, что ионы при очень большом напряжении просто начинают прилипать к экстрактору и не могут от него оторваться.

На рисунке 2.11 приведено схематическое изображение математической  модели источника ионов.

2.3.2 Система фокусировки

Фокусировка пучка ионов осуществляется на практике с помощью фокусирующих систем  представляющих собой устройства, в которых с помощью электрических и магнитных полей формируются и фокусируются пучки заряженных частиц. Имеется большое количество различных видов линз,

основными и наиболее изученными из которых являются электростатические,

Рисунок 2.8 Качественные зависимости коэффициента выхода ионов через экстрактор от соотношения площадей экстрактора и выхода из накопителя плазмы

Рисунок 2.9 Зависимость коэффициента ионного вытягивания от расстояния между плоскостью плазмы из накопителя и экстрактора

Рисунок 2.10 Зависимость коэффициента вытягивания  ионов с поверхности плазмы  от напряжения на экстракторе

а)

              б)

Рис 2.11 Схематическое изображение математической модели траекторий ионов в источнике.

а) Ионный источник до подачи напряжения

б) Траектории ионов в источнике в процессе работы

магнитные и квадрупольные линзы. Первые два вида относятся к аксиально-симметричным системам. "Преломление" электростатических и магнитных линз зависит от их фокусных расстояний, которые определяются устройством линзы, разности потенциалов, приложенной к электродам и т.д. /61/. Изменяя разность потенциалов можно изменить фокусное расстояние линз схематично это представлено на рисунке 2.12.

Рассмотрим основные параметры осесимметричных линз. К этой группе элементов относится большинство ускорительных систем (ускорительные трубки, системы однозазорного ускорения, системы многозазорного ускорения) и формирующих систем, состоящих как из иммерсионных, так и из одиночных линз. Если начальное направление траектории иона лежит в плоскости, проходящей через оптическую ось, то в силу осевой симметрии системы частица в процессе своего движения будет всегда оставаться в этой плоскости, и параксиальное уравнение в этом случае можно написать в более привычном виде

                                                                                  (2.24)

где r – расстояние между точкой нахождения иона и оптической осью;

Ф – потенциал на оптической оси системы.

Характерной особенностью осесимметричных линз является то, что такая линза, помещенная в свободное от полей пространство, всегда является фокусирующей, т. е. параллельный пучок частиц, проходящий через нее, всегда будет сходиться в некоторой точке, лежащей на оптической оси системы. Фокусировка пучка в электростатической одиночной линзе осуществляется за счет радиальной компоненты электрического поля, поэтому она эффективно. работает при разности потенциалов между средним и крайним электродами, численно соизмеримой с энергией ионов. При высоких энергиях пучка использовать эти линзы нецелесообразно. Их применяют в установках с послеускорением для формирования пучка между масс-сепаратором и ускорительной трубкой /63/.

Оптическая сила электростатической одиночной линзы зависит от геометрических факторов: диаметра электродов и расстояния между электродами.

d – диаметр отверстия; f– фокусное расстояние; h – расстояние между электродами.

Рисунок 2.12 Схема электростатической системы фокусировки

Фокусные расстояния слабой линзы достаточно легко определить. Параксиальное уравнение можно записать в следующем виде

                                (2.25)

Проинтегрируем это уравнение в интервале между z0 и zi, где z0 , zi – положения входной и выходной плоскостей соответственно. Получим следующее выражение:

                       (2.26)

Рассмотрим траекторию, выходящую из входной плоскости параллельно оптической оси линзы. Для такой траектории r0 = 0 и, следовательно, предыдущее выражение примет вид

                                                       (2.27)

Как определено, фокальная длина fi = -r0/ri .Если считать линзу слабой, то можно предположить, что r изменяется мало во время прохождения частиц через линзу. Таким образом, r=r0 , и из (2.33) получим

                                      (2.28)

Аналогично рассматривая траекторию, входящую в линзу параллельно оптической оси со стороны выходной плоскости, получим выражение для фокусного расстояния f0

                                        (2.29)

Заметим, что

                                           (2.30)

С помощью интегрирования по частям можно избавиться от вторых производных осевого потенциала в правых частях выражений (2.29) и (2.30). Интегралы в правых частях этих уравнений всегда положительны, т. е. фокусные расстояния всегда больше нуля:

                                                     (2.31)

                                           (2.32)

Система фокусировки в нашем случае представляет обычную электростатическую линзу, которая обладает аксиальной симметрией.

Диаметр пучка примем равным или меньше входного диаметра линзы. Найдем зависимости фокусного расстояния от разности потенциалов для различных энергий ионов в пучке. Эта зависимость представлена на рисунке 2.13.

Видно с увеличением напряжения фокусное расстояние уменьшается. С увеличением энергии ионов  необходимо прикладывать большие напряжения при одинаковых фокусных расстояниях.

В нашем случае ограничимся напряжением в 100 В и фокусным расстоянием примерно 5 см. При условии расстояния между электродами порядка 1 см.

Найдем зависимость уменьшения радиуса пучка от приложенного напряжения, при начальном радиусе примерно 1 см, в зависимости от плотности частиц в пучке, которая имеет вид представленный на рисунке 2.14. /78/

Из рисунка 2.14  видно, что размер пучка не меняется при отсутствии напряжения, это согласуется с опытом, т. е. фокусное расстояние линзы равно бесконечности. Далее при увеличении напряжения на электродах линзы наблюдается резкое уменьшение диаметра пучка до минимально возможного при данной концентрации частиц, т. е. сфокусировать пучок до сколь угодно малого радиуса невозможно, т. к. на пучок оказывает влияние собственный объемный заряд. Из рисунка 2.14 также явно можно увидеть зависимость минимального размера пучка от концентрации, который уменьшается с уменьшением концентрации. К тому же из рисунка 2.14  явно следует максимальное предельное напряжение, которое следует подавать на линзу при заданной концентрации частиц, которое повышается с ростом концентрации частиц. Экспериментально удалось сфокусировать ионный пучок до 10-2 м.

2.3.3 Система сканирования

 

Рассмотрим заряженную частицу массой т и зарядом q, проходящую между пластинами конденсатора рисунок 2.15.

Предположим, что протяженность краевых полей с обеих сторон конденсатора много меньше области однородного поля внутри его.

В этом случае уравнения движения иона в плоскости YZ будут иметь следующий вид:

                                 ;                                       (2.33)

где Е напряженность электрического поля внутри конденсатора.

При симметричной подаче напряжения на пластины конденсатора потенциал в области между пластинами можно принять равным следующей линейной функции переменной у:

                                     = Ey+Uуск,                                                (2.34)

где Uускпотенциал ускорения пучка ионов.

Поэтому ионы, входящие в область отклоняющего поля на различных расстояниях от оси, будут иметь в плоскости z=0 различную энергию. Отсюда:

                     (2.35)

Решая уравнения (2.33) и исключая время с помощью (2.34), получаем следующие выражения для у и у’ на выходе из системы сканирования:

                                          (2.36)

                                                         (2.37)

Эти соотношения можно написать в матричном виде:

Рисунок 2.13 Зависимость фокусного расстояния ионного луча от приложенного напряжения при различных энергиях ионов.

Рисунок 2.14 Зависимость диаметра пучка от напряжения, при различных концентрациях частиц

                                            (2.38)

= EL/2Uуск = UскL/2Uускd угол отклонения центрального луча;

L—длина отклоняющей системы;

Uск разность потенциалов, приложенных к пластинам;

d расстояние между пластинами.

Обычно для исключения возникновения пятна нейтральных частиц в центре мишени на одну пару пластин сканирования или на дополнительную пару пластин подается постоянная, зависящая только от энергии ионов, разность потенциалов, обеспечивающая отклонение пучка на угол около 7—10°. Качество эпитаксии в основном зависит от следующих факторов: наклона пластины по отношению к оптической оси системы; несимметричности подачи напряжения на пластины сканирования; рассовмещения (несоосности) пластин сканирования относительно оптической оси системы.

Электростатические системы сканирования .просты, надежны и имеют малые габариты. Все эти особенности определяют область их применения в основном в среднеточных установках ионной имплантации с индивидуальной обработкой пластин. Современные электростатические системы сканирования обеспечивают неоднородность менее 1%, а лучшие образцы созданные на основе кварцевых генераторов с тщательно подобранными частотами сканирования и смещением фаз, позволяют получать неоднородность менее 0,75% для 2. Это достигается компенсацией факторов, ограничивающих равномерность, таких, как несоосность центра пучка в зазоре между отклоняющими пластинами, наклон мишени, флуктуации размера пучка и его интенсивности, углы сканирования, нелинейность формы управляющего сигнала и др.

Нашим целям удовлетворяет хорошо изученная электростатическая отклоняющая система /81/. Она достаточно проста в обслуживании, обладает малым энергопотреблением и очень хороша в вакуумных условиях. Схема с обозначениями сканирующей системы представлена на рисунке 2.16.

Рисунок 2.15 Отклонение заряженной частицы полем конденсатора

Рисунок 2.16 Принцип работы сканирующей системы

Наиболее полно сканирующую систему характеризует угол между векторами Vz и V , который показывает возможности этой системы. Представим зависимость угла отклонения от разности потенциалов. Зафиксируем некоторые величины такие как: длина (высота) пластины l=3 см, расстояние между пластинами d=2 см.

Из рисунка 2.17 видно, что в сканирующей системе можно использовать напряжения порядка 100 В, при этом угол отклонения для большинства элементов будет равным порядка 300 что для нас вполне достаточно /83/.

Далее рассмотрим зависимость расстояния проходимого между отклоняющими электродами ионом от приложенного напряжения.

На рисунке 2.18 покажем обобщенную функциональную схему системы управления ионным лучом и ионный источник. На рисунке 2.19 показаны фотографии системы управления ионным лучом.

2.4 Нанесение покрытия управляемым ионным пучком

Итак, рассчитав по отдельности каждый узел установки ионно-лучевой эпитаксии, сведем все полученные данные и представим законченную конструкцию с ее основными характеристиками.

Рассчитаем скорость роста пленки от радиуса ионного потока

                                                                                       (2.39)

n - концентрация ионов (1014)

vколичество вещества

Зависимость скорости роста пленки от радиуса пучка будет иметь вид представленный на рисунке 2.21.

Отсюда видно, что при вышеуказанных требованиях скорость роста пленки будет составлять порядка одного монослоя в секунду.

                                                                                     ( 2.40)

Рисунок 2.17 Зависимость угла отклонения ионов от напряжения сканирования

Рисунок 2.18 Зависимость расстояния от прикладываемого напряжения

1-Откачка нейтральных атомов газа из концентратора плазмы, 2-Контактная площадка в тигле, 3-Распыляемое вещество, 4-Накопитель плазмы, 5-корпус ионного источника, 6-Откачка вакуума из ионного источника, 7-Фторопластовый тигель, 8-Подача инертного газа, 10-Система экстракции, 11-Система фокусировки, 12-Система сканирования.

Рисунок 2.19 Функциональная схема

           

                      а)                                                                             б)

                              

                                                   в)

Рисунок 2.20 Схема системы фокусировки

а) Ионный источник с кронштейном системы управления ионным лучом

б) Пластины  системы сканирования и фокусировки

в) Система управления ионным лучом

n - концентрация ионов

iионный ток

wионное взаимодействие

Далее представим зависимость роста пленки от тока ионного пучка рисунок 2.22.    

Отсюда видно увеличение роста пленки с повышением тока ионного пучка. А сейчас покажем зависимость радиуса ионного пучка от проходимого расстояния в вакууме при различных концентрациях ионов рисунок 2.23. /25/

                       R=a·10-(1/(nl+1))+(b+l)                                                                          (2.41)

n - концентрация ионов

bионное взаимодействие

aпарметр статики ионного пучка

Отсюда видна явная зависимость радиуса пучка от проходимого расстояния, это связано с действием собственного пространственного заряда пучка ионов на собственные размеры. Также можно заметить рост скорости размеров пучка с увеличением концентрации ионов.

В наших условиях расстояние, проходимое пучком от фокусирующей системы до подложки составляет примерно 15 см, при максимальной концентрации ионов порядка 1013 , т. е. у подложки мы можем получать пучки с размерами порядка микрон и десятых долей микрон, все зависит от концентрации ионов в пучке /84/.

2.5  Вывод

Исходя из всего вышеперечисленного, можно найти основные характеристики разрабатываемого узла, такие как:

  •  скорость осаждения ионов до 1017 ион в секунду;
  •  диаметр пучка от 1,510-1 при растровом пучке до 10-2 м;
  •  энергия ионного пучка до 3000 эВ;

ток ионного пучка до 14 мкА. Выше перечисленные показатели отвечают современным требованиям и позволяют создавать как тонкопленочные солнечные элементы с к.п.д. не ниже 10 %  так и другие полупроводниковые элементы с заданными параметрами.

Рисунок 2.22 Зависимость скорости роста пленки от радиуса пучка

Рисунок 2.23 Зависимость скорости роста пленки от тока ионного пучка

Рисунок 2.24 Зависимость радиуса ионного пучка от расстояния между источником и плоскостью осаждения.

Глава  3

ОСОБЕННОСТИ ВАКУУМНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ИОННОГО ОСАЖДЕНИЯ

                   

                  В данной главе рассмотрены конструктивные особенности функциональных узлов вакуумной системы установки ионно-лучевого осаждения. Произведен расчет проводимости системы при выходе на рабочий вакуум. Рассмотрены необходимые параметры вакуумной системы. Рассмотрена система измерения вакуума. Обоснован выбор вакуумных насосов. Показана конструкция гетеро-ионного насоса. Рассмотрена система управления вакуумными насосами.

     3.1 Вакуумные параметры системы.

              Для того чтобы процесс ионно-лучевой эпитаксии проходил без заметного влияния внешней среды необходимо создание соответствующей вакуумной системы. Причём область неглубокого вакуума, когда средняя длина молекул примерно равна характеристическим размерам сосуда и столкновения равновероятны, для этих целей не подходят. Необходим более глубокий вакуум, где длина свободного пути, молекул много больше размеров сосуда, в котором они находятся, и молекулы преимущественно сталкивается со стенками сосуда тем самым взаимодействие между газом окружающей среды и электронно-ионным потоком минимально. Эта область давления носит название высокого и сверхвысокого вакуума. Кроме того, в области сверхвысокого вакуума не происходит заметного изменения свойств поверхности, первоначально свободной от адсорбированного газа, за время существенное для рабочего процесса. Таким образом, для чистоты процесса  ионно-лучевой эпитаксии необходим глубокий вакуум порядка 10-4-10-5 Па /6/,/10/.

               Герметичность соединений является одной из основных задач при проектировании вакуумной системы установки ионно-лучевого осаждения. При проектировании системы использовались разъёмные и неразъёмные соединения. Для выполнения неразъёмных соединений использовалась аргоновая сварка. Во время проверки готовности оборудования к работе обнаруженные в сварочных швах течи устранили, удалив шов до основного металла и произведя сварку заново. Так как при дополнительной проварке шва течь устранялась плохо, то при проектировании вакуумной системы сварочные соединения свели к минимуму, вследствие их ненадёжности. Схема ионно-лучевой установки представлена на рисунке 3.1

                Достижение предельных характеристик вакуумной системы связанно с надёжным уплотнением разъёмных соединений. В процессе сборки установки были использованы фланцевые, штуцерные, соединения с применением вакуумных шлангов и соединения с помощью не затвердевающих вакуумных замазок, при чём последние обычно ведут к загрязнению и не были использованы в соединениях с рабочей камерой и нагревательными элементами установки /18/. Во фланцевых соединениях в качестве уплотнителя использовали вакуумную резину и фторопласт, допускающие многократную сборку и доработку конструкции. При соединении рабочей камеры с вакуумными узлами и датчиков вакуума использовалось объёмно сжатое уплотнение обеспечивающие наибольшую герметичность соединений. Схематичное изображение рабочей камеры установки представлено на рисунке 3.2.

                  При определении сечения уплотнителя исходили из того, что резина несжимаемый материал. В данном случае площадь сечения уплотнителя выбирали из расчёта 90-95% от площади сечения канавки под уплотнитель для более герметичного и долговечного соединения. Величина сжатия уплотнителя по высоте, гарантирующая герметичное соединение при комнатной температуре, оценивается в 20-25% высоты уплотнителя, так как в нашем случае допускается нагревание рабочей камеры, то величина сжатия уплотнителя в соединении рабочей камеры с вакуумными узлами была увеличена до 30-35% для более герметичного соединения. Шероховатость поверхности фланцевых соединений была доведена до 2,5 мкм, данный порядок вполне удовлетворяет требованиям, к герметичности предъявляемым к фланцевым соединениям с резиновым уплотнением. Таким образом, добились того, что суммарное натекание через соединения не превышает 1,0∙10-6  л∙мкм рт. ст./с). Выделяющиеся из резины в процессе эксплуатации соединений смолянистые вещества налипают на поверхность фланцев, на которых в результате этого скапливаются различные соединения и вырываемые из уплотнителя кусочки резины. Для предотвращения этих процессов перед сборкой поверхности фланцев были очищены и протёрты ацетоном. Для предотвращения газовыделения из резины перед сборкой в соединение проводилось её обезгаживание /20/.

               Для этого её поместили в вакуум и нагревали в течении 10-15 ч. при

этом газовыделение значительно снижается, достигая практически постоянной

величины. При последующем охлаждении газовыделение  резко снижается до величины много меньше первоначального газовыделения при той же температуре /38/. Для закрепления вакуумных датчиков в областях глубокого вакуума использовались штуцерные соединения, обеспечивающие более герметичное соединение вакуумных трубок малого диаметра.

При соединении форвакуумного насоса с вакуумной системой и выхлопов вакуумных насосов использовались соединения трубопровода с помощью резинового вакуумного шланга. Для более плотного сжатия концы трубопровода были расточены приблизительно на 2 диаметра, а само соединение трубки и шланга прижато хомутом. При проектировании вакуумной системы установки были использованы вакуумные клапаны с ручным приводом. Все они были проверенны на герметичность и работоспособность, откорректированы и прочищены ацетоном. Для повышения надёжности и срока службы были подобраны клапаны с ограниченным ходом штока, где исключалась бы возможность скручивание сильфона,  и срок его службы был максимальным. Для уменьшения износа и уменьшения трения запорной арматуры во фланец клапана бала введена консистентная смазка.     

      На границе рабочей камеры и насосов глубокого вакуума был установлен байпас с большим сечением входного и выходного диаметра с резиновым уплотнением запирающей части и манжетным уплотнением Вильсона на передающем вале затвора. Для обеспечения лучшей герметичности и сохранности уплотнителя в качестве смазки использовалось вакуумное масло.

               Измерение давления в областях неглубокого вакуума в проектируемой установке происходит с помощью деформационных вакуумметров в качестве чувствительных элементов имеющий герметичную упругую перегородку, способную деформироваться под действием приложенной к ней разности давлений. Соединение вакуумметров с системой осуществлено штуцерным соединением с фторопластовым уплотнителем. В данном случае этот тип

1-Рабочая камера, 2-Вакуумный клапан, 3-Байпас, 4-Геттеро-ионный насос,       5-Дифузионный насос.

Рисунок 3.1 Cхема ионно-лучевой установки

            

1-Подача аргона, 2-Тигли с распыляемым веществом, 3-Оболочка ионного источника, 4-Концентратор плазмы, 5-Корпус камеры, 6-Экстрактор, 7-Система фокусировки, 8-Система сканирования, 9-Водоохолождающая рубашка,           10-Подложка, 11-Нагреватель.

Рисунок 3.2 Cхема рабочей камеры опытного образца экспериментальной установки ионно-лучевого осаждения

датчиков был выбран из-за удобства в работе - наглядности и безинэрционности. Низкая область измеряемого давления не позволила применить этот тип датчиков в области глубокого вакуума /44/.

                В рабочей камере и областях среднего вакуума был применён термопарный вакуумметр, значительно расширивший область измеряемого вакуума. Действие, которого основано на зависимости теплопроводности газа от давления. Для большей точности показаний термопарных вакуумметров были использованы стабилизаторы поддерживающие напряжение питающей сети постоянной и в помещении где расположена установка температура окружающей среды поддерживается постоянной.

                3.2 Система  откачки вакуумной арматуры установки.

                Так как для чистоты ионно-лучевой эпитаксии необходим глубокий вакуум, то чтобы его создать использовали двухуровневую вакуумную систему. Первый уровень вакуумной системы состоит из последовательно соединённых форвакуумного насоса, диффузионного насоса и жёстко соединённого с ним гетеро-ионного насоса в совокупности позволяющих получать в рабочей камере необходимый вакуум и поддерживать его в процессе работы. В процессе работы ионного источника будет выходить нейтральный газ, влияющий на процесс эпитаксии, чтобы исключить паразитное влияние источника плазмы ввели второй уровень - диффузионный насос, жёстко скреплённый с рабочей камерой /57/,/60/.

                В качестве форвакуумных насосов используются механические вакуумные насосы ВН-45-1. Откачка этим насосом начинается с атмосферного давления до 10-1 Па. Пропускная способность насоса составляет около 4 л/с, предельное давление откачки составляет порядка 10-1 Па. Рассчитаем проводимость вакуумной системы /65/.  Для определения режима течения в цилиндрическом трубопроводе ионно-лучевого осаждения рассчитаем число Кнудсена:

                                                                                                                 (3.1)

λсредней длины свободного пробега

D –  характерный линейный размер вакуумной системы.

               Рассчитаем среднюю длину пробега молекулы:

                                                                                                  (3.2)

k – постоянная Больцмана

T температура К

 p давление Па

σ диаметр молекулы   2∙10-10 м

Найдем средне арифметическую скорость молекул в системе:

                                                                             (3.3)

T температура

M  молярная масса

R0 = 8,314 Дж/(К·моль) — универсальная газовая постоянная

Найдем число молекул, ударяющихся о единичную поверхность в единицу времени 1/(м2·с):

                                                                                                         (3.4)

n – концентрация молекул

Соответственно «объем» молекул, ударяющихся о единичную поверхность в единицу времени, м3/(м2·с),

                                                                                                (3.5)

При перетекании газа из одного бесконечно большого объема с давлением p1, Па, в другой с давлением p2, Па, через малое отверстие или диафрагму с тонкими стенками молекулярный поток определяется соотношением:

                                                                        (3.6)

Fотв  площадь сечения отверстия, м2

Из соотношения (1.7) вытекает зависимость для определения пропускной способности (проводимости) отверстия или диафрагмы с тонкими стенками:

                                                                                            (3.7)

Для расчетов коротких трубопроводов (L < 20D) используется формула, предложенная П. Клаузингом

                                                                        (3.8)

µ и krs- табличные значение пропорциональности (зависит от соотношения L/D)

               Одним из важнейших элементов системы понятий вакуумной техники, основанной на традиционном подходе к расчету и проектированию вакуумных систем, является быстрота действия насоса Sн, м3/с. Быстрота действия насоса определяет объем газа, проходящего через входное сечение в направлении откачки за единицу времени. Аналогичная характеристика, отнесенная к объекту откачки, — быстрота откачки S, м3/с, в некотором сечении — газовый поток, протекающий в этом сечении, отнесенный к давлению в том же сечении:

                                                                                                                 (3.9)

              Количественная связь между потоком газа, проходящим через сечение некоторого канала вакуумной системы, в котором существует давление p, и давлениями во входном p1 и выходном p2 его сечениях выражается зависимостью:

                                                                                      (3.10)

               Представленные характеристики являются базисными параметрами традиционной системы понятий вакуумной техники и активно используются при анализе вакуумных систем. В рассматриваемой системе понятий все статические и динамические характеристики выражаются через осредненные параметры состояния разреженного газа, поэтому, строго говоря, применимы при условиях равновесности вакуумной системы. Для эффективной откачки низкого вакуума из установки ионно-лучевого осаждения форвакуумными насосами, весь объем установки разбили на два сектора, изолированных друг от друга байпасом. Первый сектор состоит из блоков – малый гетеро-ионный  насос, рабочая камера и байпас. Второй сектор из блоков – диффузионный насос и большой гетеро-ионный насос. Откачка велась одновременно из двух секторов, двумя форвакуумными насосами до 10-1 Па. Результаты  проводимости второго сектора и давления на входе в каждый блок сектора сведем в таблицу 3.1. В расчете принято во внимание шланговое соединение с форвакуумным насосом /83/.

Таблица 3.1

Vгибк.соед.

V г-и насоса

Vсоед.

U, м3

0,036

1,302

0,329

p, Па

0,184

0,184

0,185

Быстрота откачки ограниченного объема первого сектора: S=1∙10-3 м3.  Конечный вакуум в данном секторе p=0.186 Па.

Результаты  проводимости первого сектора и давления на входе в каждый блок сектора сведем в таблицу 3.2.

Таблица 3.2

Vгибк.соед.

V байп.

Vсоед.

Vраб.кам.

Vпер.

U, м3/с

0,036

0,867

0,619

0,72

0,0745

p, Па

0,184

0,185

0,1854

0,186

0,1864

Быстрота откачки ограниченного объема второго сектора: S=1.08∙10-3 м3.  Конечный вакуум в данном секторе p=0.187 Па. Для получения среднего вакуума в установке ионно-лучевого осаждения диффузионным насосом, откачиваемый объем установки объединили в один сектор. Сектор состоит из блоков – рабочая камера, байпас, переходы между блоками и гетеро-ионного насоса. Откачка велась диффузионными насосом до  10-3 Па. Результаты расчета проводимости сектора и давления на входе в каждый блок сектора сведем в таблицу 3.3.

Таблица 3.3

Vперех.г-и. н.

Vг-и. н.

Vб.

Vперех. раб.кам.

Vраб.кам.

Vперех.мал. г-и. н.

U, м3

0,167

0,75

1,13

0,79

1,33

1,634

p, Па∙10-3

1

2,7

3,7

4,5

5,7

7

Быстрота откачки ограниченного объема сектора диффузионным насосом:

S=1.7∙10-2 м3.  Конечный вакуум в данном секторе p=7∙10-3 Па.

                Для  откачки высокого вакуума из установки ионно-лучевого осаждения большим гетеро-ионным насосом, откачный объем установки изолировали байпасами. Сектор глубокого вакуума состоит из блоков – рабочая камера и байпас. Откачка вакуума велась до  10-4 Па. Результаты  проводимости первого сектора и давления на входе в каждый блок сектора сведем в таблицу 3.4.

Таблица 3.4

Vбайп.

Vраб.кам.

U, м3/с

1,108

0,21

p, Па∙10-4

1

1,02

Быстрота откачки ограниченного объема сектора: S=0,144 м3.  Конечный вакуум в данном секторе p=1,04∙10-4 Па. Малый гетеро-ионный насос служит для поддержания необходимого давления  в ионном источнике и используется непосредственно  при проведении процесса ионного осаждения.

               В установке ионно-лучевого осаждения применяется трехступенчатый  диффузионный насос стандартного типа, ранее использовавшийся в вакуумных установках, схема представлена на рисунке 3.3 . Диффузионный (пароструйный) насос основан на увлечении удаляемого газа струёй пара. В установке ионно-лучевого осаждения используется один диффузионный насос. Диффузионный насос расположен во втором секторе вакуумной системы, и жёстко скреплён с гетероионным насосом, поддерживает его работу и обеспечивает поддержку глубокого вакуума /83/. Скорость откачки диффузионного насоса 1.2∙10-2 м3/с, рабочий вакуум порядка 10-3 Па. Последовательно с диффузионным насосом установлен форвакуумный насос. Он принимает поток откачиваемого газа на выходе из диффузионного насоса, и обеспечивает вакуум, необходимый для его нормальной работы.  Основной характеристикой пароструйных насосов является зависимость быстроты действия от давления на входе в насос в нашем случае порядка 10-3 Па, зависимость представлена рисунке 3.4а.

Весь диапазон рабочих выпускных давлений можно условно разделить на три области. Область предельно остаточного давления -1, область постоянной быстроты действия-2, область наибольших рабочих давлений -3.

                  Во второй области рабочих давлений для данного насоса – порядка 10-3 Па, быстрота действия постоянна и равна максимальному значению (Smax). Это основная рабочая область насоса и характеризуется наибольшей стабильностью. Работа насоса в области наибольших рабочих давлений нестабильна и сопровождается поступлением в откачиваемую камеру большого количества пара рабочей жидкости насоса. В области предельного остаточного давления газ, проникающий сквозь струю, пара со стороны форвакуума, снижает эффективную быстроту действия насоса. Точка пересечения кривой быстроты

действия с осью абсцисс соответствует предельному остаточному давлению.                                   

                 Предельное давление насоса pпр при низких давлениях на выходном патрубке pвых, зависимость представлена на рисунке 3.4б слабо зависит от его изменения. Срыв характеристики насоса наступает при равенстве выпускного давления и давления паровой струи, соответствующего давлению pв.

При увеличении мощности N подогрева насоса за счет увеличения скорости паровой струи быстрота действия вначале возрастает зависимость представлена на рисунке 3.4в, достигает максимального значения при Nопт, а затем уменьшается из-за увеличения плотности паровой струи. Максимальное выпускное давление насоса pв при увеличении мощности подогрева непрерывно возрастает. Уровень и соотношение температур различных частей насоса зависят не только от состояния рабочих поверхностей, но и от мощности, потребляемой нагревателем, температуры и количества воды подаваемой на охлаждение корпуса насоса. Так, например уже при температуре корпуса более 40°С нарушается нормальная работа диффузионных насосов, так как нарушается условия конденсации пара на внутренней поверхности корпуса насоса /85/. Можно отметить, что температура внутренней поверхности корпуса насоса выше температуры воды в данном месте системы охлаждения на 0,3-0,5°С в случае охлаждения системы "рубашкой" и на 0,7-1°С в случае охлаждении

1-Вход газового потока в насос, 2-Входящий поток воды в систему охлаждения, 4 – Система охлаждения («рубашка»), 5-Первая ступень, 6-Вторая ступень,        7- Третья ступень, 8-Выход откаченного газа, 9-Слой масла, 10-Нагреватель.

Рисунок 3.3 Трехступенчатый диффузионный насос.

               

а)

б)

в)

а) Зависимость быстроты действия от давления на входе в насос

б) Зависимость предельного давления насоса pпр при низких давлениях на выходном патрубке pвых,

в) Зависимость быстроты откачки насоса от мощности нагревателя

   Рисунок 3.4 Зависимости характеристик диффузионного (пароструйного) насоса

змеевиком. В нашем случае характеристика диффузионного насоса сохраняется при температуре  30-35°С. Это накладывает ограничения на температуру воды на входе в систему и на расход воды. При номинальном расходе и температуре воды на входе в систему охлаждении около 20°С температура воды на выходе на 2-3°С выше температуры на входе.  Система охлаждения диффузионного насоса замкнутая, охлаждение диффузионного насоса происходит рубашкой, для нормального охлаждения насоса достаточно 35 л воды. Вода циркулирует в системе охлаждения с помощью электро компрессора мощностью 100 В.

                     В качестве рабочей жидкости диффузионного насоса применяли минеральное масло, ВМ-2, которое по техническим характеристикам обладает достаточной упругостью паров при комнатной температуре, что важно для получения наименьшего предельного давления насоса и уменьшает требуемую мощность подогрева. Обладает достаточной стойкостью к разложению рабочей жидкости при нагревании, что очень важно для соблюдения чистоты процесса ионного-осаждения. Также это влияет на срок службы рабочей жидкости и максимальное выпускное давление.  Данный тип масла может применяться для достижения вакуума в паромасляных насосах без охлаждаемых ловушек до     4,7 × 10-4 Па. /41. /Диффузионный насос прост по конструкции и при правильной эксплуатации надёжен в работе. С точки зрения обслуживания и энергетических затрат он лучшим образом подходит для достижения среднего вакуума        порядка 10-3 Па.

                  Так как процесс ионно-лучевого осаждения проходит в глубоком вакууме не менее 10-4 Па, а диффузионный насос по своим характеристикам не может обеспечить безмасляный вакуум. Поэтому  чтобы добиться необходимого вакуума и поддерживать его в процессе работы были сконструированы гетеро-ионные насосы, позволяющие выйти на рабочий вакуум процесса ионного осаждения и поддерживать процесс. Схематическое изображение гетеро-ионного насоса представлено на рисунке 3.5. Насос предназначен для откачки газов в диапазоне давлений 10-2-10-6 Па. Насос начинает эффективно работать при начальном давлении 10-2 Па. Это разряжение достигается последовательно соединёнными форвакуумным и диффузионным насосами.

                 Удаление газа из откачиваемого сосуда осуществляется хемосорбцией газа постоянно возобновляемой плёнкой титана. Газ под действием сильных  электрических разрядов ионизируется. Испарившейся титан конденсируется на охлаждаемом корпусе насоса. Молекулы газа, ударяются о поверхность плёнки титана, сорбируется ею, образуя плёнку геттера. Поглощающая поверхность обновляется осаждением на стенках нового слоя титана. На рисунке 3.6 показаны экспериментальные зависимости от энергетических параметров насоса. Корпус первого гетеро-ионного насоса изготовлен из цилиндра внутренний диаметр 190 мм и высотой 400 мм. Корпус оснащён водохлаждающей "рубашкой". Второй гетеро-ионный насос имеет размеры 100 мм в  диаметре и  300  мм. Корпус оснащен охлаждающим змеевиком. В качестве высоковольтного блока используется высоковольтный трансформатор с введёнными в корпуса насосов высоковольтными контактам изолированными и уплотненными фторопластом. Высоковольтные контакты соединены с титановыми пластинами  испарителя.

                  Большой гетеро-ионный насос соединен с байпасом, открывающим вход непосредственно в рабочую камеру, с другой стороны насос жёстко связан с диффузионным насосом, обеспечивающим необходимый вакуум запуска. Малый гетеро-ионный насос соединен с рабочей камерой и служит для поддержания необходимого вакуума в ионном источнике.

Исходя из экспериментов – скорость откачки большого гетеро-ионного насоса при начальном вакууме запуска 10-3 Па, предварительно созданным диффузионным насосом,  порядка  7 ∙10-3 м-3/с. Скорость откачки малого насоса при том же начальном вакууме 2 ∙10-3 м-3/с.  Система охлаждения  гетеро-ионных насосов – циклическая. Для нормального охлаждения двух насосов  достаточно 50 л воды, циркуляция воды происходит с помощью электро компрессора мощностью 100 В. Опытные данные по скорости откачки различных газов гетеро-ионного насоса  переставлены в таблице  3.5.

Таблица 3.5

Газ

Скорость откачки, %

Воздух

100

Кислород

50

Двуокись углерода

80

Азот

100

Аргон

4

            

1-Откачка газа из объёма насоса, 2-Изоляция электродов, 3-Высоковольтный вывод,         4-Электрод, 5-Корпус насоса, 6-Водоохлождающая рубашка, 7-Пластины из распыляемого материала (в данном случае титан), 8-Откачка из рабочей камеры

Рисунок 3.5 Схема гетеро-ионного насоса

а)

     

б)

в)

а) Зависимость ток разряда от впускного давления в насосе

б) Зависимость разность потенциалов на электродах от впускного давления в насосе

в) Зависимость потребляемой мощности насосом от впускного давления в насосе

Рисунок 3.6 Экспериментальные зависимости от энергетических параметров

                 Запланированное изменение в мощности насоса, позволяют задействовать около 90% титана с постоянной скоростью 0,12 мг/мин в течении 500 ч работы. Однако в реальных условиях эксплуатации использование испарителя при количестве титана в нём меньше 30% первоначального его содержания нецелесообразно, так как это сопряжено с большим газовыделением и понижением быстроты действия.  Использование гетеро-ионных насосов в установке, весьма, выгодно так как нет ограничения по времени откачки—расход титана минимальный: 1 г титана хватит на несколько часов, при аккуратной работе на несколько суток.  На пластины подаётся минимальное напряжение: меньше 600В, при этом время откачки не увеличивается. Происходит минимальный нагрев насоса /57/. Сквозная цилиндрическая конструкция основного (большого) насоса позволяет максимально использовать возможности насоса: через большое сечение проходит больший объём газа, скорость откачки увеличивается. Последовательное жёсткое соединение с диффузионным насосом позволяет в полной мере поддерживать необходимый вакуум в системе. Удобное конструктивное исполнение насосов снижает вероятность выхода его из строя и делает его весьма простым в эксплуатации и обслуживании.

                 3.3 Система управления вакуумными насосами

                Для удобства управления откачкой вакуума была спроектирована компьютеризированная система управления, позволяющая контролировать работу вакуумных насосов с экрана компьютера. Для этого, была сконструирована плата связывающая ЭВМ и вакуумные насосы. Схематичное изображение системы управления  представлено на рисунке 3.7.  Такая система позволяет включать и выключать вакуумные насосы с ПК /40/, /41/.

                 На рисунке 3.8 представлена принципиальная схема блока управления вакуумной системой, данное устройство позволяет при помощи ПК управлять включением и выключением вакуумных насосов. Сигнал переданный с компьютера преобразуется в сигнал включения или выключения, в зависимости от того что выбрано пользователем. Клиентское приложение программы управления написано на Delphi, а программа  прошивки микроконтроллера на Assembler.

                3.4 Вывод.

              На основе выше приведенных расчетов и разработок для установки ионно-лучевого осаждения была создана вакуумная система удовлетворяющая параметрам процесса ионного осаждения. Созданная вакуумная система, полностью удовлетворяет процессу ионного осаждения, и  с помощью гетеро-ионных насосов обеспечивает безмасляный глубокий вакуум свыше 10-4 Па. Проведенный расчет  вакуумной проводимости и давления в системе показывает удовлетворительное сходство с опытными результатами. Применение малого  (вспомогательного)  гетеро-ионного насоса существенно расширило возможности ионного источника. Так как стало возможным повысить давление ионизированного газа, что существенно увеличило концентрацию ионизированных атомов в источнике, при этом в рабочей камере сохраняется необходимый вакуум процесса. Управление вакуумной системой автоматизировано и максимально удобно для оператора установки.

1-Персональный компьютер; 2-Блок управления; 3-Блок усиления.

Рисунок 3.7 Схематичное изображение системы управления вакуумной системой.

Рисунок 3.8 Принципиальная схема блока управления вакуумной системой

Глава 4

Расчетные и экспериментальные параметры тонких пленок и структур, полученные с помощью ионно-лучевого осаждения

                 В настоящей главе осуществлено построение математической модели осаждения тонкопленочных поликристаллических слоев методом ионно-лучевого осаждения. Произведен расчет основных аспектов технологии получения тонкопленочных солнечных элементов. Приведена технология осаждения тонкопленочных полупроводниковых и металлических слоев поликристаллического тонкопленочного солнечного элемента. Показана технология получения тонкопленочного поликристаллического солнечного элемента.

4.1 Физические принципы осаждения тонких пленок

Если поверхность на которую происходит осаждение окружена паром при давлении р, то на единицу поверхности в единицу времени падает N= р/(2mkT)1/2 частиц массы т /11/. Часть этих частиц адсорбируется поверхностью. В то же время каждая адсорбированная частица, совершая тепловые колебания по нормали к поверхности, может десорбироваться с вероятностью  ν =ехр ( – Eдес/kT). Время, в течение которого частица находится на поверхности, определяется выражением

                                                                    (4.1)

      – средняя   частота  колебаний   адсорбированных   атомов ( 1012 – 1013 с -1);  

      Едес — энергия  активации десорбции.

В равновесных условиях поток испаряющихся атомов равен потоку, падающему на подложку. Концентрация адсорбированных единичных атомов связана с постоянным уходящим с поверхности потоком частиц  jи следующим выражением: .                                                                                   

При равенстве потоков падающих атомов и уходящих (реиспарившихся с поверхности)

                                                          (4.2)

где р – давление пара при температуре поверхности Т.

Оценим  и ta для грани (111) кристалла кремния, окруженного собственным паром, насыщенным при Т =1000 К, т. е. имеющим давление р = 1,6∙10-5 Па. Масса атома кремния т = 4,76∙10 -24 г. Для алмазной решетки, которую имеет кремний, в приближении ближайших соседей Eдес  0,5  ( — теплота сублимации), т. е. Едес = 3,85∙10-19 Дж/атом. Принимая  =1013 Гц, получим   3∙10 8 см -2. На одно атомное место на грани (111) Si приходится ~10-15 см2 поверхности. Поэтому при указанных условиях доля мест, занятых атомами, составляет всего 3∙10-3. При уменьшении температуры до 900 К и сохранении того же давления окружающего пара или плотности падающего на поверхность потока, доля занятых мест возрастает до 3∙10-2.

Время жизни атома на поверхности ta при указанных условиях составляет ~ 1,3∙10-1 с  (T = 900 К) и ~ 5∙10-1 (T = 1000 К). Адсорбированные атомы совершают тепловые колебания не только вдоль нормали к поверхности, но и параллельно поверхности, что приводит к их перескокам в соседние положения, т. е. к диффузии вдоль поверхности.

Частота, с которой адсорбированный атом совершает переходы на поверхности кристалла, определяется коэффициентом его поверхностной диффузии, который может быть выражен следующим уравнением:

                                                             (4.3)

 частота колебаний адсорбированного атома около положения равновесия;

 энергия активации диффузии при переходе адсорбированного атома между двумя соседними положениями, отстоящими друг от друга на расстоянии а.

Из уравнений (4.2) и (4.3) можно определить средний путь перемещения    адсорбированного атома за время нахождения его на поверхности ta:

                                            (4.4)

Из экспериментальных данных следует, что  изменяется в пределах между 10-6 и 10-3 см.

В частности, для атомов кремния на грани (111) кристалла кремния значение  ~ 1,76∙10-19 Дж, а Eдес = 3,84∙10-19 Дж. При Т = 1000 К длина диффузионного пробега по грани (111) кристалла кремния составляет  = 4∙103а = 1,8 мкм (расстояние между соседними положениями адсорбции  а ~ 0,45 нм). Поскольку Eдес >> , изменение  зависит от соотношения Eдес/kТ и обычно быстро возрастает с понижением температуры /12/.

               Адсорбированные атомы попадают в данное положение адсорбции на поверхности либо с соседних положений адсорбции, либо непосредственно из паровой фазы. На грани (111) алмазной решетки каждое положение адсорбции имеет по шесть эквивалентных соседей, на грани (111) ГЦК решетки таких соседей три, а на грани (100) простой кубической решетки — четыре и т. д. Соответственно частота поступления атомов с соседних мест в какое-либо положение адсорбции, занимающее в среднем площадь а2, составляет на грани (111) алмазной решетки  . Частота поступления атомов непосредственно из паровой фазы   pa2/(2mkT)1/2. Отношение этих частот составляет с учетом выражения (4.3) величину ехр [(Eдес )/kT]. Учитывая, что Eдес >>  , частота поступления атомов в каждое положение адсорбции с соседних положений на поверхности значительно больше, чем непосредственно из паровой фазы. Так, для грани (111) кристалла кремния при Т=1000 К отношение указанных частот ехр [(Eдес )/kT] = 4∙106 >> 1. Это показывает, что при кристаллизации из пара ведущую роль играет поверхностная диффузия адсорбированных атомов. В этом случае при рассмотрении процессов кристаллизации из пара можно не учитывать рост кристалла за счет атомов, поступающих на поверхность непосредственно из паровой фазы /15/.

   Все приведенные выше рассуждения в основном применимы к росту пленок из паровой фазы. В технологии ионно-лучевой эпитаксии применяется такой параметр, как плотность ионного потока. Он показывает, какое количество частиц падает на единицу поверхности в единицу времени /41/. Данный параметр применительно к установке ионно-лучевого осаждения является функцией скорости осаждения /37/.

4.2 Математическая модель расчета физико-механических свойств покрытий и экспериментальные данные образцов ионно-лучевого осаждения.

Теоретическое описание качественных характеристик тонкопленочных покрытий предполагает построение комплексной математической модели, охватывающей как процессы конденсации покрытия с учетом всей совокупности происходящих на поверхности физических явлений, так и связь структуры сформированного покрытия с качественными характеристиками. Попытки построения модели роста покрытия и формирования его свойств предпринимались неоднократно. Однако существующие модели, во-первых, слишком громоздки для практической реализации, во-вторых, не носят комплексного характера и в большинстве случаев не рассматривают всей совокупности поверхностных явлений, делая упор либо на начальную фазу роста, либо на заключительный этап формирования структуры. Между тем комплексная теория формирования качественных характеристик покрытия должна охватывать все стадии роста пленки и быть пригодной для практического использования в виде пакета прикладных программ /57/.

Модель описания свойств покрытия основана на предположении о формировании структуры из отдельно растущих частиц новой фазы на поверхности подложки /61/. Справедливость данного предположения для приведенных выше условий подтверждена многочисленными экспериментами. Особенности процесса коалесценции частиц, зависящие от условий на поверхности (температура, поверхностный заряд, наличие или отсутствие адсорбированного слоя) и параметров плазмы (энергия, состав и плотность потока), определяют структуру покрытия. В рамках данной модели зависимость адгезии от структуры определяется неполным контактом пленки (состоящей из коалесцировавших частиц) с подложкой. Сила адгезионного сцепления покрытия с подложкой является одной из важнейших характеристик. В данной модели рассматривается физическая сила адгезионного сцепления. Поскольку составляющие покрытие частицы являются объектами весьма малых размеров, то суммируется энергия взаимодействия входящих в состав пленки атомов с подложкой /64/.

               В рамках модели определяющей величиной является параметр пs - общее количество атомов, контактирующих с подложкой на единице площади, 1/м2. Величина ns не равна поверхностной концентрации ввиду неполного контакта пленки с подложкой. При эпитаксиальном росте покрытие контактирует с подложкой по всей поверхности, и ns=n0=, где а1 порядок кристаллической решетки материала пленки. При , где   iaэнергия взаимодействия атома покрытия с подложкой;  – энергия взаимодействия атомов покрытия, островки растут в виде сфер с краевым углом .

В этом случае сила сцепления покрытия с подложкой, приходящаяся на единицу площади поверхности, равна

                                                                                               (4.5)

где сила взаимодействия атома покрытия с подложкой. Аналогично определяется энергия взаимодействия:

                                                                                               (4.6)

Схема роста тонкопленочного слоя представлена на рисунке 4.1

В данном случае пленка контактирует с поверхностью подложки по площади

                                                                                               (4.7)

где п — количество островков;

- площадь контакта i - го островка с подложкой.

С помощью параметра найденного по формуле (4.7)

                                                                                (4.8)

Именуемого в дальнейшем «структурный параметр адгезии», сила адгезионного сцепления может быть определена в виде функции структурных характеристик пленки. Из геометрических соображений можно определить:

                                                                       (4.9)

              безразмерный структурный параметр конденсации, характеризующий относительное перекрытие частиц покрытия при коалесценции.

               - зона перекрытия островков осаждения, – радиус островка в момент перекрытия зон контакта

Общее количество атомов, контактирующих с подложкой на единице площади, может быть выражено через параметр :

                                                               (4.10)

Энергия взаимодействия единицы площади пленки с подложкой равна:

  Рисунок 4.1  Схема роста покрытия, состоящего из отдельных островков

Рисунок 4.2  Зоны влияния структуры на адгезию

                                   (4.11)

Средняя сила адгезионного сцепления пленки с подложкой: Fa =

- средний радиус действия адгезионных сил.

Следовательно, можно записать:

(4.12)

В первом приближении можно считать , тогда:

                                                         (4.13)

Формула (4.13) выражает зависимость силы адгезионного сцепления пленки, состоящей из островков примерно одинакового размера, с поверхностью подложки при условии неперекрытия зон контакта островков /5/. Входящие в данную формулу величины ,и являются характеристиками вещества, структурный параметр адгезии и структурный параметр конденсации  характеризуют структуру роста пленки.

Можно выделить четыре характерные области изменения структурного параметра адгезии в зависимости от радиуса островков, т.е. от условий коалесценции (рисунок 4.2). Первая область лежит от  r0’’  до  r0.  Вторая область лежит от  r0’ до r0’’. Третья область лежит от 0 до r0’. Четвертая область лежит за отметкой r0.

1. Область сильного влияния структуры на адгезию (см. область 1, рисунок 4.2). В данной области зоны контакта островков новой фазы не перекрываются.

                                                                                             (4.14)

где – радиус островка в момент перекрытия зон контакта.

Из рисунка 4.8 путем геометрических преобразований можно получить:

                                                                                  (4.15)

Малые изменения ширины зоны срастания приводят к существенному изменению площади контакта пленки с подложкой и, следовательно, к существенному изменению величины адгезии. Геометрически условие перекрытия выражается равенством

Нетрудно видеть, что условие формулы (4.15) означает перекрытие сквозной пористости. Кроме того, в момент перекрытия справедливо равенство:

                                                                         (4.16)

Таким образом, зона сильного влияния структуры на адгезию характеризуется диапазоном

и  при .

2. Область слабого влияния структуры на адгезию (см. область 2, рисунок 4.2). В данной области зоны контакта островков новой фазы перекрываются, влияние структуры на величину адгезии уменьшается. Однако контакт покрытия с подложкой остается неполным.

Область слабого влияния структуры на адгезию характеризуется величинами радиуса от  до , и величина структурного параметра адгезии va изменяется соответственно от 1 до /4. При <  величина адгезии не зависит от структуры роста пленки.

3. Область 4 характеризуется большими величинами радиуса по сравнению с шириной зоны контакта, т.е. >>.

4. Область отсутствия влияния структуры на адгезию (см. область 3, рисунок 4.2). В данной области имеет место полное перекрытие зон контакта, что означает полный контакт частиц с покрытием, соответствующий максимально возможному значению адгезии.

               В данном случае структурный параметр адгезии не зависит от структуры собственно пленки, но зависит от условий контакта покрытие-подложка. В этой области:

                                                                                     (4.17)

где - краевой угол, определяемый соотношением  и .

Следует отметить, что величина  может принимать весьма малые значения. Так, при =30°,  va 0.19, т.е. адгезия будет составлять только 19.6 % максимально возможной величины.

Приведенные выше формулы позволяют определить как численные величины, так и функциональные зависимости адгезии для всех областей роста покрытия, т.е. для всех условий формирования структуры. Кроме характеристик материалов пленки и подложки, формулы включают в себя две величины, а именно ширину зоны контакта и средний радиус островков /24/.

Вопрос контакта островков новой фазы изучался в ряде работ. В первом приближении ширину зоны контакта можно определить из условий существования квазижидкого слоя на поверхности малых частиц /40/.

Величину краевого угла в диапазоне = (/4...0) можно аппроксимировать зависимостью вида

                                                                                    (4.18)

где с - коэффициент порядка единицы.

Тогда зависимость (4.13) принимает вид:

                                                (4.19)

Рассмотрим влияние силы адгезии при основном методе роста поликристаллической пленки, слиянии отдельных островков, характерного для нашего случая

                              (4.20)

Эта формула является полным выражением для силы адгезионного сцепления. На рисунке  4.3 показана зависимость силы адгезии от межатомного расстояния, в расчетах в виде подложки использовалось кварцевое стекло.

                  На рисунке 4.4 приведено схематическое изображение математической модели осаждения эпитаксиальных слоев /13/. Ионный луч сфокусирован отклонение атомов от заданной траектории минимально. Концентрация ионов в луче на единицу площади выше 1018 ион/дм2, скорость роста тонкопленочного слоя максимальна свыше 10 мкм/мин. Происходит формирование поликристаллических тонкопленочных слоев с высокой упаковкой атомов в решетке. Сила адгезии поликристаллических слоев к подложке в данном случае достигает свыше 6 кг/мм2. Данная модель осаждения применима к получению металлической гребенки тонкопленочного солнечного элемента бесшаблонным методом.

                  На рисунке 4.5 представлено схематическое изображение математической модели осаждения ионов Si растровым ионным пучком на подложку из GaAs с учетом структуры подложки. В данном случае концентрация ионов в луче на единицу площади порядка 1018 ион/дм2, скорость роста поликристаллических слоев порядка 1 мкм/мин. Адгезия слоя к подложке варьируется в пределах 2-6 кг/мм2. Данная модель осаждения применима к получению полупроводниковых слоев поликристаллического солнечного элемента методом ионно-лучевого осаждения.  

                    Далее на рисунке 4.6 смоделировано осаждение ионов Si растровым ионным пучком на подложку из GaAs с нанесенным топологическим рельефом, так же была учтена структуры подложки. В данном случае концентрация ионов в луче на единицу площади порядка 1018 ион/дм2, скорость роста поликристаллических слоев порядка 1 мкм/мин. Адгезия слоя к подложке

Рисунок 4.3  Зависимость силы адгезии от межатомного расстояния (подложка кварцевое стекло).

варьируется в пределах 2-6 кг/мм2. Данная модель применима к получению металлической гребенки с помощью шаблона.

                     На рисунке 4.7  показано схематическое изображение модели осаждения ионов Si фокусированным ионным пучком на подложку из кварцевого стекла. В данной модели осаждения скорость роста тонкопленочного слоя составляет порядка 10 мкм/мин при концентрации ионов свыше 1018 ион/дм2. Адгезия слоя к подложке выше 6 кг/мм2. Рассмотренная модель осаждения характерна для получения полупроводниковых слоев в солнечном элементе.

                     На рисунке 4.8 показано схематическое изображение модели осаждения ионов Si растровым ионным пучком на подложку из кварцевого стекла с учетом структуры подложечного материала. Скорость роста 1 мкм/мин при концентрации 1018 ион/дм2, адгезия слоя к подложке 2-6 кг/мм2.

                      На рисунке 4.9  изображена модель осаждения ионов Si сфокусированным ионным пучком на подложку из кварцевого стекла с нанесенным топологическим рельефом с учетом особенностей структуры подложки. Скорость роста свыше 10 мкм/мин при средней концентрации выше 1018 ион/дм2, адгезия слоя к подложке выше 6 кг/мм2. Данная модель применима к получению  тонкопленочных поликристаллических полупроводниковых и металлических слоев солнечного элемента.

                      На рисунке 4.10 показано схематическое изображение математической модели осаждения ионов Si растровым ионным пучком на подложку из кварцевого стекла с нанесенным топологическим рельефом с учетом структуры подложки. Средняя скорость роста 1 мкм/мин при концентрации 1018 ион/дм2, адгезия слоя к подложке 2-6 кг/мм2. Данная модель осаждения применима для получения металлической гребенки поликристаллического тонкопленочного солнечного элемента.

            

а)

б)

Рис. 4.4  Схематическое изображение математической модели осаждения ионов Si сфокусированным ионным пучком на подложку из GaAs

а) Ионный поток до момента осаждения

б) Осаждение эпитаксиального слоя Si

           

а)

б)

Рис. 4.5  Схематическое изображение математической модели осаждения ионов Si растровым ионным пучком на подложку из GaAs

а) Ионный поток до момента осаждения

б) Осаждение эпитаксиального слоя Si

                  

а)

б)

Рис. 4.6  Схематическое изображение математической модели осаждения ионов Si растровым ионным пучком на подложку из GaAs с нанесенным топологическим рельефом.

а) Ионный поток до момента осаждения

б) Осаждение эпитаксиального слоя Si

             

а)

б)

Рис. 4.7  Схематическое изображение математической модели осаждения ионов Si с фокусированным ионным пучком на подложку из кварцевого стекла

а) Ионный поток до момента осаждения

б) Осаждение эпитаксиального слоя Si

           

а)

б)

Рис. 4.8 Схематическое изображение математической модели осаждения ионов Si растровым ионным пучком на подложку из кварцевого стекла

а) Ионный поток до момента осаждения

б) Осаждение эпитаксиального слоя Si

           

а)

б)

Рис. 4.9  Схематическое изображение математической модели осаждения ионов Si сфокусированным ионным пучком на подложку из кварцевого стекла с нанесенным топологическим рельефом.

а) Ионный поток до момента осаждения

б) Осаждение эпитаксиального слоя Si

           

а)

б)

Рис. 4.10  Схематическое изображение математической модели осаждения ионов Si растровым ионным пучком на подложку из кварцевого стекла с нанесенным топологическим рельефом.

а) Ионный поток до момента осаждения

б) Осаждение эпитаксиального слоя Si

4.3 Расчетные и экспериментальные данные получения омических контактов, полупроводниковых слоев и металлической гребенки при ионно-лучевом осаждении.

Под омическим контактом понимают контакт металл-полупроводник, обладающий линейной ВАХ, в котором не происходит инжекция неосновных носителей заряда. В полупроводниковых приборах изготавливают как обычные контакты, так и контакты, распространяющиеся на поверхность диэлектрического слоя /20/. Требования, предъявляемые к контактам

Контакт должен /4/:

а) быть невыпрямляющим;

б) иметь линейную ВАХ;

в) обладать малым сопротивлением, как в перпендикулярном, так и параллельном  p-n – переходе;

г) обладать высокой теплопроводностью и хорошей адгезией к полупроводнику;

д) не инжектировать неосновные носители заряда;

е) иметь температурный коэффициент расширения близкий к ТКР полупроводнику и материалу вывода;

ж) не проникать глубоко в полупроводник (т.к. в ряде полупроводников p-n –переход формируется на глубине от 0,2 до 0,4 мкм);

з) позволять проводить фотолитографическую обработку;

Следует отметить, что создать контакт, полностью удовлетворяющий всем предъявленным требованиям практически не возможно. Рассмотрим физические основы формирования контактных систем. Возникающий электрический барьер при плотном контакте металла с полупроводником определяется разностью работ выхода из металла (м) и полупроводника (п) /36/.

В соответствии с моделью Шотки, контакт металла с полупроводником будет омическим, если выполняются условия:

м < п – для n-типа

м > п – для p-типа

Качество контакта улучшается при создании сильнолегированной приконтактной области в полупроводнике, в результате чего образуется структура n+n, p+p.

При этом в приконтактной области значительно снижается время жизни неосновных носителей заряда и понижается сопротивление контакта. Сильнолегированная область может быть получена: сплавлением, диффузией или ионной имплантацией соответствующей примеси.

Требования к физико-химическим, в частности к металлургическим свойствам контакта от которого зависит его надежность – противоречивы. Хороший омический контакт не должен приводить к существенному изменению характеристик прибора, а падение напряжения на таком контакте при пропускании через него требуемого тока должно быть достаточно мало по сравнению с падением напряжения на активной области прибора Основное назначение омических контактов – электрическое соединение полупроводника с металлическими частями полупроводникового прибора /32/. Омический контакт оказывает меньшее влияние на характеристики полупроводникового прибора при следующих параметрах:

а) если отсутствует инжекция неосновных носителей через омический контакт и накопление неосновных носителей в нем или вблизи него;

б) если он имеет линейное сопротивление и соответственно минимальное падение напряжения на нем;

в) ВАХ омического контакта должна быть линейной.

Так материал контакта должен быть инертным и в тоже время обладать способностью восстанавливать оксидную пленку полупроводника, кроме того контакт не должен глубоко проникать в полупроводник, т.к. это снижает его прочность /30/.

Контакты более высокого качества могут быть получены на основе многослойных систем, когда для формирования контактирующего с полупроводником слоя применяются металлы, обеспечивающие малую глубину проникновения контакта в полупроводник, обладающий способностью к восстановлению оксидных слоев имеющих низкое переходное сопротивление; а для формирования верхнего слоя металлы с высокой проводимостью, совместимые с металлом контактного слоя и металлом вывода. Так как условия совместимости оказываются трудновыполнимыми, вводят третий разделительный (барьерный) слой.

Покажем принцип осаждения поликристаллических металлических тонких пленок. Точный расчет процесса роста  является достаточно сложным, что показано в приведенном  выше теоретическом  анализе, поэтому для наших целей будет применяться более простая модель.

Предположим что в нашей модели все частицы, вылетающие из источника, долетают до подложки без столкновений. Также можно принять достаточно грубое, но правильное допущение о том, что не наблюдается так называемого отражения ионов от подложки /46/. Для установки ионно-лучевого осаждения характерны следующие параметры:

- диаметр пучка от 1.110-2 до 10-7 м;

          - энергия ионного пучка  до 3000 эВ.

В данной установке реализована возможность производить нанесение покрытий с помощью расфокусированного пучка ионов со скоростью осаждения до 9.2.1018 ион/с на подложку площадью 0,011м2 /43/ .        

Возможны три различных варианта поведения атомов газовой фазы после соударения их с поверхностью подложки. Во-первых, непосредственно после соударения атомы могут адсорбироваться на поверхности подложки и окончательно прилипать к ней. Во-вторых, через некоторое время после адсорбции атомы могут вновь уходить с поверхность подложки (реиспаряться). Наконец, они могут сразу же отскакивать от этой поверхности. Первые два случая являются наиболее обычными /65/.

            Ниже на основе экспериментальных данных построили графики зависимости скорости роста пленки от температуры при осаждении слоев растровым пучком Sпучка=0,011 м2 рисунок (4.11). Покажем технологию осаждения металлических поликристаллических слоев Ti и Al  на подложку из кварцевого стекла /83/.Осаждение данного слоя необходимо для получения омического контакта, который необходим для снятия тока и напряжения с полупроводникового слоя кремния. В первую очередь на стеклянную подложку осаждается омический контакт на основе Ti. Это связано с тем, что слой титана обладает хорошей адгезией к стеклянной подложке, что в свою очередь способствует образованию прочного слоя омического контакта /91/.  В нашем случае в виде подложки используется кварцевое стекло, но для удешевления производства тонкопленочных солнечных элементов в виде основы осаждения можно использовать обычное оконное стекло.

Коэффициент термического расширения (КТР) для Ti равен 8,1.10-6 К-1 а для стекла в зависимости от его состава он принимает значения от 4,7•10-6 К-1 до  7,9•10-6 К-1. Таким образом для согласования КТР подложки и первого слоя омического контакта необходимо взять подложку имеющую наиболее близкий КТР. Близкие значения КТР необходимы в связи с тем, что в дальнейшем для получения полупроводниковых слоев необходимо производить нагрев подложки до достаточно высоких температур. А в этом случае требуется согласование КТР материала и подложки /84/.  

Выбор алюминия в качестве материала для получения второго слоя омического контакта определяется следующими причинами:

– низким удельным сопротивлением, благодаря чему незначительно увеличиваются потери на сопротивление электродов.

– небольшой удельной массой по сравнению с другими металлами, что уменьшает влияние массовой нагрузки, хорошей стойкостью пленки алюминия при воздействии окружающей среды;

– малой стоимостью алюминия и технологического процесса его нанесения, что особенно важно при крупносерийном производстве.

Поскольку при термическом испарении адгезия пленки алюминия к поверхности стекла низка, в качестве адгезионного подслоя используется слой титана, который в отличие от алюминия имеет хорошую адсорбцию к стеклянной подложке. Оптимальная температура подложки для осаждения алюминия составляет 373±10 К и скорость осаждения 1 мкм/мин, осаждение проводится растровым пучком Sпучка=0,011 м2. Поликристаллические пленки алюминия при указанных режимах, состоят из кристаллов с поверхностным размером зерен 0,1…0,8 мкм. Толщина пленки титана 20 мкм. Толщина пленки алюминия 0,480 мкм. При помощи данной технологии можно получать структуры, удовлетворяющие поставленным требованиям, без сильного нагрева подложки. Для осаждения слоя титана используется растровый пучок (Sпучка=0,011 м2), температура подложки  373 К, напряжение на источнике 3000 Вт. При концентрации ионов в  луче порядка 1016 ион./с время необходимое на получения слоя толщиной 0,02 мкм составляет 200 с. Осаждение слоя Al толщиной 0,480 мкм проводили в течении 300 с, при  температуре подложки 373 К и напряжении на источнике 3000 Вт.  

На рисунке 4.11 показана зависимость скорости  роста пленки Al и Ti от напряжения на источнике ионов. На рисунке 4.12 показана зависимость роста пленки Ti  от диаметра ионного пучка при различных концентрациях ионов пучке. На рисунке 4.13 показана зависимость роста пленки Al от диаметра ионного пучка при различных концентрациях ионов пучке. В данных случаях площадь осаждаемой поверхности (подложки) 0,011 м2, температура подложки  373 К /57/.

На рисунке 4.14 показано изображение поликристаллического слоя  Al осажденного на слой Ti, изображение увеличено в 800 раз.

Далее покажем технологию осаждения полупроводниковых поликристаллических слоев тонкопленочного солнечного элемента /79/. На осажденное покрытие из Al наносят слой p+типа, который является слоем обеднения носителей заряда. Для получения данного поликристаллического  полупроводникового слоя необходимо использование двух источников ионов. Из первого источника происходит осаждение полупроводникового материала Si, а во втором находится лигатура. В качестве лигатуры для получения высоколегированного полупроводникового слоя в нашем случае используется Al. Использование данного материала обосновано тем, что осаждение происходит на слой омического контакта выращенного из алюминия, что увеличивает адгезию полупроводникового слоя к слою омического контакта. Для получения высоколегированного слоя, концентрация примесей должна составлять не менее 1019 ат/см3. Данный процесс проводили при высоких температурах порядка 623-803 К. При более высоких температурах происходит размягчение подложечного материала, т.к. температура размягчения для разных видов стекол составляет от 713 до 803 К. Если получать полупроводниковый слой при более низких температурах, то в этом случае будет получаться пленка с малыми размерами зерен, что отрицательно скажется на КПД солнечного элемента. Было показано /3/, что с увеличением размера зерна, увеличивается.   КПД. В нашем случае при осаждении на подложку из кварцевого стекла, температура подложки была равной 723 К При использовании обычных стекол нагревать подложку выше 723 К не следует т.к. при более высокой температуре будет происходить размягчение подложки.

                                                                                                                                                             

Рис 4.11 Зависимость скорости осаждения от напряжения на ионном источнике

Рис 4.12 Зависимость скорости осаждения слоя Ti от диаметра ионного луча при различных концентрациях ионов в потоке.

Рис 4.13 Зависимость скорости осаждения слоя Al от диаметра ионного луча при различных концентрациях ионов в потоке.

Рис. 4.14 Изображение поликристаллического слоя  Al осажденного на слой Ti, (изображение увеличено в 800 раз)

Толщина высоколегированного полупроводникового слоя кремния p+-типа составляет  1,2 мкм, было показано /78/, что это оптимальная толщина слоя p-типа.  С учетом геометрических размеров подложки, масса данного слоя будет составлять 30,72.10-3 г. Масса примеси, или лигатуры будет равна 5,75.10-6 г. Таким образом, видно, что для получения данного слоя необходимо подобрать такие скорости осаждения, чтобы примесь, состоящая из атомов алюминия, равномерно распределилась в слое кремния. Для оптимального осаждения ионный ток Si равен 1016 ион/с. Ионный ток легирующей примеси Al в данном случае равен 1014 ион/с. Таким образом, при данных параметрах осаждения высоколегированный слой осаждается за время равное 2400 с.  

Покажем технологию осаждения полупроводникового слоя n+-типа тонкопленочного солнечного элемента /34/. На осажденный слой p-типа, наносят слой n+-типа, данный слой предназначается для смещения области пространственного заряда в базу р-типа. Он способствует скорейшему вводу носителей заряда в базу. Получение высоколегированной области n+-типа производится из двух ионных источников, в первом из которых находиться Si, а во втором As. Для получения высоколегированного слоя концентрация примесей должна составлять 1019 атом./см3. Процесс будет проходить при температуре 723 К. Толщина слоя n+-типа составляет порядка 0,1 мкм. Масса данного слоя составляет  2,7126∙10-3 г., а масса лигатуры около 1,4.10-6 г. Время, в течение которого получен высоколегированный слой кремния толщиной 0,1 мкм составляет порядка 200 с. Для осаждения кремния ионный ток равен  1016 ион/с. Для осаждения  лигатуры As ионный ток составляет 1013 ион/с /49/.

На рисунке 4.15 приведены экспериментальные зависимости скорости роста полупроводникового слоя кремния и слоев металлической гребенки от напряжения на ионном источнике. На рисунке 4.16 представлена обобщенная зависимость скорости осаждения поликристаллического слоя кремния от диаметра ионного пучка при различных концентрациях ионов в луче. На рисунке 4.17 показано изображение слоя  Si осажденного на слой Al изображение увеличено в 800 раз.

Осаждение гребенки проводилось через шаблон – тонкая пластина с толщиной 0,1 мм с нанесенной топологией рисунка гребенки солнечного элемента и токосъемной шины. Осаждение слоев структуры проводилось из двух тиглей на подложку диаметром 0,011 м2, при температуре подложки 373 К /44/.

Осаждение Pd на полупроводниковый поликристаллический слой проводилось растровым пучком Sпучка=0,011 м2, напряжение на источнике ионов 3000 В, температура подложки 373 К. Толщина поликристаллического слоя Pd порядка 0,04 мкм, время необходимое на получение слоя, составляет порядка 40 с. Далее формируем верхний слой Al. Толщина слоя 0.46 мкм. Осаждение проводилось при напряжении на источнике в 3000 В, при температуре подложки 373 К, в течении 300 с.

Зависимость скорости роста пленки Pd от диаметра ионного луча при различных концентрациях ионов, при температуре подложки 373 К представлена на рисунке 4.18.  На рисунке 4.19 показано изображение скола осажденных слоев на подложке из кварцевого стекла. На рисунке 4.20 показана гребенчатая структура тонкопленочного солнечного элемента, изображение увеличено в 100 раз.

4.6 Вывод

               В данной главе произведено моделирование процесса осаждения на разные типы подложек. Смоделированы методы осаждения – шаблонный и без шаблонный тип осаждения. Произведенные эксперименты показывают удовлетворительную сходимость результатов модели осаждения и опытных данных.

 Рассмотрено взаимодействие осажденных тонкопленочных слоев и подложки. Отображен процесс роста пленок на подложке. Рассчитана адгезия пленки к подложке.

Рассмотрен процесс осаждение металлических слоев Ti и Al на подложку приведены результаты экспериментов.

Рассмотрен процесс осаждения полупроводниковых слоев Si. Показана  технология легирования слоев кремния при ионно-лучевом осаждении, легирование как  р-типа, так n-типа. Рассчитаны технологические параметры легирования – концентрации, скорости осаждения, приведены экспериментальные данные.

Рис. 4.15 Зависимость скорости осаждения от напряжения на ионном источнике

Рис. 4.16 Зависимость скорости осаждения слоя Si от диаметра ионного луча при различных концентрациях ионов в потоке.

Рис. 4.17 Изображение поликристаллического слоя  Si осажденного на слой Al, (изображение увеличено в 800 раз)

Рис. 4.18 Зависимость скорости осаждения слоя Pd от диаметра ионного луча при различных концентрациях ионов в потоке.

Рис. 4.19 Изображение поликристаллического слоя  Si осажденного на слой Al, (изображение увеличено в 800 раз)

Рисунок  4.20 Гребенчатая структура тонкопленочного солнечного элемента (Увеличено в 100 раз).

  Рассмотрен процесс осаждения металлической гребенки на полупроводниковый слой Si. Отображена технология осаждения многослойной гребенки. Рассчитаны основные параметры процесса, приведены экспериментальные данные.

  Рассчитана мощность поликристаллического солнечного элемента. Расчетная мощность удовлетворительно сходится с экспериментальными данными

                 На основе метода ионно-лучевого осаждения был построен опытный образец  установки ионно-лучевого осаждения. В процессе опытных испытаний, в результате ионного осаждения, удалось получить эпитаксиальные слои с морфологией рисунка  разрешением до 0.5 мм со степенью адгезии до 6 кг/мм2.

                  На базе опытного образца установки ионно-лучевого осаждения удалось получить поликристаллические тонкопленочные слои Al, Ti, Si, Ag, Pd на подложку из кварцевого стекла и обычного оконного стекла. Эпитаксиальные слои осаждения, по характеристикам  удовлетворяют конструктивным параметрам поликристаллического тонкопленочного солнечного элемента.

                 На основе опытного образца установки ионно-лучевого осаждения  был получен   p-n  переход между полупроводниками, так же в процессе осаждения удалось внедрить легирующую примесь (Al, As).

Создан тонкопленочный поликристаллический солнечный элемент с КПД не ниже 10 %. Время, затраченное на производство поликристаллического солнечного элемента, по технологии ионно-лучевого осаждения не превысило 15 минут.                                                                                                                                                

Себестоимость данного солнечного элемента, полученного с помощью установки ионно-лучевого осаждения, площадью порядка 110 см2  составляет порядка 150 рублей – в несколько раз ниже аналогов, полученных другими технологическими методами. Из этого можно сделать вывод, что развитие ионно-лучевой технологии для производства тонкопленочных поликристаллических солнечных элементов перспективно и выгодно с экономической точки зрения. При производстве тонкопленочных элементов ионно-лучевым методом в производственных масштабах (крупные партии) возможно существенное снижение себестоимости солнечных элементов с сохранением надлежащего качества изделий.

               Технология ионно-лучевого осаждения перспективна для создания на ее основе тонкопленочных солнечных элементов, а также других полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

Выводы

   Обзор проблематики по литературным данным показал, что                                                                                                                                                       использование технологии ионно-лучевого осаждения обеспечивает   ряд преимуществ - такие как увеличение качества осаждаемых слоев, значительное уменьшение времени производства тонкопленочных поликристаллических солнечных элементов.

Рассчитаны параметры процесса распыления металлов и полупроводников в ионном источнике.  

Разработан и изготовлен ионный источник. Рассчитаны оптимальные параметры распыления и концентрация плазмы в источнике.

Рассчитаны параметры процесса экстракции ионного луча. Произведен расчет оптимального значения напряжения на электродах экстрактора.

Рассчитаны параметры и изготовлено устройство экстракции ионов, показан оптимальный режим работы для процесса осаждения.

Разработано и изготовлено  устройство фокусировки ионного луча, показан оптимальный режим работы системы для процесса осаждения. Произведен расчет напряжения и изменение сечения ионного луча в зависимости от напряжения.

Произведен расчет и изготовлено  устройство сканирования ионного луча по подложке.

Рассчитан и исследован процесс осаждения тонкопленочных слоев. Было показано, что вывести точную модель осаждения достаточно сложно, трудно предусмотреть все факторы, влияющие на процесс осаждения.

Произведено осаждение металлического контакта на поверхность из кварцевого стекла. Проведен анализ веществ для получения омического контакта.

Произведено осаждение полупроводникового Si слоя p-типа на   поверхность из кварцевого стекла с осажденным алюминием и титаном. Легирование  полупроводникового слоя Si  проводилось Al. [7].

Проведено осаждение базового слоя p-типа (полупроводникового слоя Si). Проведено осаждение высоколегированной области n+-типа. Проведено осаждение контактной гребенки.

Исследованы свойства полученных  полупроводниковых и металлических тонких пленок, которые показали возможность создания на их основе достаточно эффективных и дешевых солнечных элементов.

Список используемой литературы

1.  С. Зи.  Физика полупроводниковых приборов / / М.: Мир, Том 2, 1984 - 455 с.

2. А. П. Сетченков. Техника физического эксперимента // М.: Энергоатомиздат, 1983 – 240 с.

3. М.М. Колтуна. Солнечные элементы: Теория и эксперимент // М. :Энергоатомиздат, 1987 – 280 с.

4.    Колтун М.М. Солнечные элементы  // М.: «Наука», 1987 – 190 с.

5.  М.И. Елинсона, В.Б.Сандомирского. Физика тонких пленок //  М.: Издательство  «Мир», 1967 – 396 с.

6.  В.И Кузнецов  Н. Ф. Немилов  В. Е. Шемякин.  Эксплуатация вакуумного оборудования //  М.: «Энергия», 1978 – 208 с.

7. Л. Ченга, К. Плога.  Молекулярно-лучевая эпитаксия и гетероструктуры / М: «Мир», 1989 - 582 с.

8. А.И  Костржитский, В.Ф Карпов. Справочник оператора установок по нанесению покрытий  в вакууме // М.:Машиностроение, 1991-76с.

9. Технология тонких пленок (справочник) /Под ред. Л.Майссела, Р.Глэнга.  Т.1.   М.: Советское радио, 1977 - 664 с.

10. Блинов И.Г., Кожитов Л.В. Оборудование полупроводникового производства //  М.: Машиностроение, 1986 - 264 с., ил.

11. Аброян И.А., Андронов А.Н., Титов А.И. Физические основы электронной и ионной технологии // М.: Высшая школа, 1984 - 320 с.

12. Радциг А.А, Смирнов Б.М. Параметры атомов и атомных ионов (справочник) // М.: Энергоатомиздат, 1986 - 344 с.

13. Сеченков А.П. Техника физического эксперимента // М.:Энергоатомиздат, 1983 - 240 с.

14. Дж. Лоусон.  Физика пучков заряженных частиц //  М.:Мир, 1980 - 438с.

15. А.В. Кондратов, А.С Потапенко. Термическое испарение в вакууме при производстве изделий радиоэлектроники // М: «Радио и связь», 1986.

16.  В.Н Лозовский, Л.С Лунин. Пятикомпонентные твёрдые растворы соединений А3В5 // Ростов на Дону издательство Ростовского университета, 1992.

17. Ларин М.П. Высоковакуумные агрегаты с криогенным и магниторазрядным насосами // Приборы и техника эксперимента, 1982, №2, с.130-133.

18. В.В. Крапухин, И.А. Соколов, Г.Д. Кузнецов. Физико-химические основы технологии п/п материалов // М.: Металлургия, 1982 – 352 с.

19. Ю.В. Липин, А.В. Рогачёв, С.С. Сидорский, В.В. Харитонов. Технология вакуумной металлизации  полимерных материалов // Гомель:. Гомельское отдел. Белорус. Инж.технологич. академии, 1994.-206с.

20. Л. Майсела/ Пер. с англ.; М.И. Елинсона, Г.Г Смолко. Технология тонких плёнок: Справочник // М.: Советское радио, 1997.-406с.

21. Белый В.А. , Егоренков Н.И., Плескачевский Ю.М. Адгезия полимеров к металлам. // Минск: Наука и техника, 1971. 120с.

22. Механика полимеров Соголова Т.И. //.1965.№ 1.С.5-16.

23. Зубков П.И., Сухарева Л.А. Структура и свойства полимерных покрытий. // М.6Химия, 1982. 256с.

24. Липатов Ю.С. Межфазные явления в полимерах. // Киев: Наукова думка, 1975.С.66-93.

25. Курбатов Л.Н. Оптоэлектроника видимого и инфракрасного диапазонов спектра. // М.: Издательство МФТИ, 1999. 320 с.: ил.

26. Привалов В.И. Тихоненко О.Я. Оптоэлектронные структуры на многокомпонентных полупроводниках. // Минск: Высшая школа, 1981. 391 с.: ил.

27. Лозовский В.Н., Лунин Л.С., Благин А.В. Градиентная жидкофазная кристаллизация многокомпонентных полупроводниковых материалов. // Ростов – на – Дону: изд-во СКНЦ ВШ, 2003. 376 с.: ил.

28. Акчурин Р.Х.,  Акимов О.В. Тонкослойные упругонапряженные гетероструктуры InAs1-x-ySbxBiy/InSb: расчет некоторых физических параметров. // ФТП. 1995. Т.29. Вып.2. С.362-369.

29. Акчурин Р.Х., Сахарова Т.В., Получение узкозонных твердых растворов InAs1-x-ySbxBiy  методом жидкофазной эпитаксии. // Письма в ЖТФ. 1992. Т.18. Вып.10. С.16-20.

30. Лунина О.Д. Варизонные гетероструктуры AlxGa1-xAs/GaAs, выращенные в поле температурного градиента, и их свойства: дис. … канд. Ф.-м. наук. // Новочеркасск, 1982.

31. Лозовский В.Н. Зонная плавка с градиентом температуры. // М.: Металлургия, 1972.240 с.: ил.

32. Маронцук И.Е. Шутов С.В., Кулуткина Т.Ф. Выращивание эпитаксиальных слоев арсенида галлия из раствора в расплаве висмута.  // Изв. РАН. Серия Неорганические материалы. 1995. Т.31. №12. С. 1520-1522.

33. Сысоев И.А., Русинов С.В., Письменский М.В., Газарян С.Ю., Автоматическое управление температурой  градиентной жидкостной кристаллизации.// Современные энергети  ческие системы и комплексы и управление ими: Материалы IV Междунар. научно.-практ. конф., г. Новочеркасск, 28 мая 2004г.- Новочеркасск: ЮРГТУ, 2004.-4.2.-С 30-33.

34.  Сысоев И.А., Русинов С.В., Письменский М.В.,  Марченко А.А. Молекулярная динамика  наноструктур на основе А3В5. // Опто; наноэлектроника, нанотехнологии и микро системы: Тр. VI Междунар. конф.- Ульяновск: УлГУ, 2004.-С.28.

35. Благин А.В., Сысоев И.А., Русинов С.В., Письменский М.В.,   Моделирование параметров лазерной  гетероструктуры с вертикальным резонатором. // Опто; наноэлектроника, нанотехнологии и микро системы: Тр. VI Междунар. конф.- Ульяновск: УлГУ,  2004.-С.77.

36. Благин А.В., Сысоев И.А., Русинов С.В., Письменский М.В.,  Исследование возможности формирования твердых  растворов на основе А4В6 методом градиентной жидкофазной кристаллизации для приемников излучения дальнего  ик – диапазона // Опто; наноэлектроника, нанотехнологии и микро системы: Тр. VI Междунар. конф.- Ульяновск: УлГУ,  2004.-С.79.

37. Благин А.В., Сысоев И.А., Русинов С.В., Письменский М.В., Исследование возможности  получения нанослоев соединений  А3В5 методом ионно-лучевого локального осаждения. // Опто; наноэлектроника, нанотехнологии и микро системы: Тр. VI Междунар. конф.- Ульяновск: УлГУ,  2004.-С.129.

38. Сиротин С.В.,  Сысоев И.А., Русинов С.В., Письменский М.В.,  Автоматическая система  управления температурновременным режимом градиентной жидкофазной кристаллизации на основе микроконтроллера смешанного сигнала C8051F005. // Актуальные проблемы современной науки: Тех. науки: Тр. 5-й Междунар. конференция молодых ученых и студентов, 7-9 сент. 2004г.- Самара,2004.- Ч . 18.–С 48-49.

39. Сиротин С.В.,  Сысоев И.А., Русинов С.В., Письменский М.В.,  Повышение разрядности аналоговоцифрового преобразователя микроконтролера C8051F005. // Актуальные проблемы современной науки: Тех. науки: Тр. 5-й Междунар. конференция молодых ученых и студентов, 7-9 сент. 2004г.- Самара,2004.- Ч . 18.–С 49-51.

40. Сысоев И.А., Русинов С.В., Письменский М.В.,  Марченко А.А. Моделирование получения гетероструктур на основе А3В5. // Актуальные проблемы современной науки: Тех. науки: Тр. 5-й Междунар. конференция молодых ученых и студентов, 7-9 сент. 2004г.- Самара,2004.- Ч . 43.–С 21-22.

41. Письменский М.В., Русинов С.В., Возможности применения метода ионно-локального осаждения для получения  тонких пленок на основе А4В6. // Химия твердого тела и современные микро – и нанотехнологии: IV Меж дунар.  науч. конф., 19-24 сент. 2004 г.- Ставрополь: СевКазГТУ, 2004.-С. 297-298.

42. Сысоев И.А., Русинов С.В., Письменский М.В.,  Марченко А.А. Возможности получения соединений А3В5 методом ионно-лучевого локального осаждения. // Химия твердого тела и современные микро – и нанотехнологии: IV Меж дунар.  науч. конф., 19-24 сент. 2004 г.- Ставрополь: СевКазГТУ, 2004.-С. 298-300.

43. Сысоев И.А., Письменский М.В.,   Принципиальная конструкция ионного источника установки ионно-лучевого осаждения. // Изв.вузов Сев. Кавк.регион Тех. науки.- 2004.- Прил. №9.-С.183-189.

44. Сысоев И.А., Письменский М.В.,  Изготовление солнечного  элемента с помощью установки ионно-лучевого осаждения в едином технологическом цикле. . // Изв.вузов Сев. Кавк.регион Тех. науки.- 2004.- Прил. №9.-С.183-189.

45. Сысоев И.А., Письменский М.В., Русинов С.В., Сиротин С.В.,  Возможность управления Параметрами полупроводниковых материалов с помощью метода ионно-учевого осаждения. // Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики: Материалы V междунар. науч. практ. конф., г. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2004.-Ч.1.-С.18-21.

46. Сысоев И.А., Письменский М.В., Русинов С.В., Марченко А.А.,  Возможность управления ионным пучком технологического процесса ионно-лучевого осаждения. // Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики: Материалы V междунар. науч. практ. конф., г. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2004.-Ч.2.-С.10-11.

47. Сысоев И.А., Письменский М.В., Русинов С.В., Марченко А.А.,  Система управления температурно-временным режимом градиентной жидкофазной кристаллизации на основе микроконтроллера смешанного сигнала C8051F005. // Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики: Материалы V междунар. науч. практ. конф., г. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2004.-Ч.2.-С.15-18.

48. Гременюк В.Ф., Бондарь И.В., Рудь В.Ю., Schock H.W., Солнечные элементы на основе пленок CuIn1-xGaSe, полученных импульсным лазерным испарением. // Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 3

49. Гук Е. Г., Зимогородова Н.С., Шварц М.З., Шуман В.Б., Многопереходные кремниевые концентраторные солнечные элементы, изготовленные с помощью диффузионной сварки.// Журнал технической физики, 1997, том 67, №2

50. Андреев В.М., Гетероструктурные солнечные элементы // Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 9

51. Андреев В.М., Хвостиков В.П., Ларионов В.Р., Румянцев В.Д., Плеева Е.В., Шварц М.З., Высокоэффективные концентраторные (2500 солнц) AlGaAs/GaAs-солнечные элементы. // Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 9

52.  Хвостиков В.П., Лунин Л.С., Ратушный В.И., Олива Э.В., Шварц М.З., Хвостикова О.А., Фотопреобразователи на основе GaAs/Ge гетероструктур, полученных методом низкотемпературной ЖФЭ // Письма в ЖТФ, 2003, том 29, вып. 14

53. Касымахунова А.М., Набиев М., Фототермоэлектрические преобразователи концентрированного излучения // Письма в ЖТФ, 2003, том 29, вып. 6

54. Рудь В.Ю., Хвостиков В.П., Фоточувствительность гетерофотоэлементов GaAlAs/GaAs в линейно поляризованном свете // Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 6

55. Комащенко А.В., Колежук К.В., Горбик П.П., Май Н.О., Шереметова Г.И., Высокоэффективные фотопреобразователи на основе поликристаллических гетероструктур соединений AiiBvi // Письма в ЖТФ, 2000, том 26, вып. 5

56. Ботнарюк В.М., Коваль А.В., Рудь В.Ю., Симашкевич А.В., Щербан Д.А., Поляризационная фоточувствительность кремниевых солнечных элементов с просветляющим покрытием из смеси оксидов индия и олова. // Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 7

57. Пузряков А.Ф., Теоретические основы технологии плазменного напыления: Учебное пособие по курсу «Технология конструкций из металлокомпозитов» //  М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. – 360с.: ил.

58. Логинов Ю.Ю., Браун Пол Д., Дьюроуз Кен., Закономерности образования структурных дефектов в полупроводниках A2B6 // М.: Логос, 2003 – 304 с.

59. Барвинок В.А., Управление напряженным состоянием и свойства плазменных покрытий. // М.: Машиностроение, 1990.

60. Кудинов В.В., Плазменные покрытия. // М.: Наука, 1977.

61. Кудинов В.В., Бобров Г.В., Нанесение покрытий напылением // Теория, технология и оборудование. М.: Металлургия, 1992.

62. Кудинов В.В., Пузанов А.А., Замбржицкий А.П., Оптика плазменных покрытий. // М.: Наука, 1981.

63. Максимович Г.Г., Шатинский В.Ф., Копылов В.И., Физико-химические процессы при плазменном напылении и разрушении материалов с покрытиями. // Киев: Наукова думка, 1983.

64. Тушинский Л.И., Плохов А.В., Исследование структуры и физико-механических свойств покрытий. // Новосибирск: Наука, 1986.

65. Хасуй А., Техника напыления. // Машиностроение, 1975.

66. Хасуй А., Моригаки О., Наплавка и напыление. // М.: Машиностроение, 1985.

67. Ouchi K. Recent Advancements in Perpendicular Magnetic Recording. // IEEE Trans. Magn., 2001, v. 37, № 4–1, p. 1217–1221.

68. Карпенков С.Х. Материалы для магниторезистивных преобразователей. // Электроника: НТБ, 2002, № 2, с. 66_67.

69. Iwasaki S. History of Perpendicular Magnetic Recording. // J. Magn. Soc. Japan, 2001, v. 25, № 7, p. 1361–1369.

70. Selmyer D.J., Luo C.P., Yan M.L. et al. High_Anisotropy Nanocomposite Films for Magnetic Recording. // IEEE Trans. Magn., 2001, v. 37, № 4 –1, p. 1286–1288.

71. Yamanaka K., Hamamoto T., Nakano Y. et al. High Mr squareness and Exchange Decoupled Perpendicular Recording Media. // IEEE Trans. Magn., 2001, v. 37, № 4–1, p. 1599–1601.

72. Onoue T., Asahi T., Kuramochi. et al. CoCrPtTa and Co/Pd Perpendicular Magnetic Recording Media with Amorphous Under layers. // IEEE Trans. Magn., 2001, v. 37, № 4–1, p. 1592–1594.

73. Ikeda Y., Sonode Y., Zeltzer G. et al. Medium Noise and Grain Size Analysis of CoCrPt/Ti Perpendicular Media. // IEEE Trans. Magn., 2001, v. 37, № 4–1, p. 1583–1585.

74. Ariake J., Kiya T., Honda N. et al. Preparation of Double Layerd Perpendicular Recording Media with Extremaly High Resolution. // IEEE Trans. Magn., 2001, v. 37, № 4–1, p. 1573–1576.

75. Jeong S., Hsu Y.M., Laughlin D.E., et al. Atomic Ordering and Coerceivity Mechanism in FePt and CoPt Polycristalline Thin Films. // IEEE Trans. Magn., 2001, v. 37, № 4–1, p. 1299–1301.

76. Suzuki T., Kasuhira O. Sputter Deposited (Fe_Pt)_MgO Composite Films for Perpendicular Recording Media. // IEEE Trans. Magn., 2001, v. 37, № 4–1, p. 1283–1285.

77. Кондратов Н.М. Резистивные материалы. // Обзоры по электронной технике. Сер. Материалы, 1979, вып.4, с.36.

78. Сейдман Л.А. Способы управления процессом реактивного магнетронного распыления с помощью вольтамперных характеристик разряда. Труды постоянно действующего семинара "Электровакуумная техника и технология" // Под ред. .В. Горина. // М.: 1999. – 168с.

79. Берлин Е.В., Воробьев А.Н., Сейдман Л.А. Получение чередующихся слоев диэлектриков на основе кремния. // Электроника: НТБ, 2002, №5, с.50–52.

80. Lee Seung Yoon, Park Chang Mo, Ahn Jinho. Jap. J. Appl. Phys. Deposition and characterization of Ta, TaNx and Ta4B films for next-generation lithography mask applications. // Pt 1. 2000.

81. P.K. Larsen, G.J.M. Dormans.  Microelectronic Engineering // Eds. 1995. V. 29.

82. Ferroelectric Thin Films. NATO ASI Series (E), 1995. V. 284.

83. Ю.В.Панфилов. Оборудование для нанесения тонких пленок в вакууме // Тез. докл. 14-го Международного симпозиума «Тонкие пленки в оптике и электронике», том 1, 22апреля - 26 апреля 2002 г., Харьков, 2002, с. 205.

84. И.Н. Серов, Г.Н. Бельская, С.В. Кощеев, В.И. Марголин, В.А. Мошников, Д.Б. Чеснокова. Исследование возможности получения наноразмерных труктурированных пленок //Тез. докл. 15-го Международного симпозиума «Тонкие пленки в оптике и электронике», 21апреля - 26 апреля, 2003 г., Харьков, 2003, с. 14.

85. О.А. Геращенко, А.Н. Гордов, А.Н. Еремина. Температурные измерения: Справочник. // Киев: Наукова Думка, - 1989, с. 206.

86. Zaisev A.G., Kutsner R., Wordenweber R. // Appl. Phys. Lett. 1995. V. 67.

87. Cole B.F., Liang G.-C., Newman N. et al. // Appl. Phys. Lett. 1992. V. 61.

88. Owens J.M., Tarte E.J., Beghniur P., Somekh R.E. // IEEE. Tr. Appl. On Superconductivity. 1995. V. 5. P. 1657.1660.

89. Wycko_ R.W.G. Crystal Structures. Interscience Publishers // Ed. by John. Wiley

and Sons, Inc 1964. V. 2. P. 310.

90. N. Mardeesich. In: Proc 15th IEEE Photovoltaic Spec. Conf. (Kissimee, 1981) // IEEE El. Dev. Lett.,  4, 446 (1981).

91. E. Aperathirtis, Z. Hatzpoulos, M. Androulidaki, V. Foukaraki, A. Kondilis, C.G. Scott, D. Sands, P. Panayotatos. Sol. Energy Mater. // Solar Cells, 45, 161 (1997).

92. S.M. Sze. Physics of Semiconductors Devices  N.Y. // Willey Interscience Publ., 1981.

93. A. Shileika. Surf. Sci., 37, 730 (1973).

94. H. Ohta, H. Miroguch, M. Hirano. // Appl. Phys.  Lett., 82, 823 (2003).

95. G.A. Medvedkin., Yu.V. Rud.. Phys. St. Sol. (a), 67, 333 (1981).

96. Francis F. Chen.Industrial applications of low  –  temperatures plasma physics. // Phys. Plasmas vol. 2, n. 6, June 1995, pp. 2164 – 2175.

97. N. Singh, R.Kist, H.Thiemann. Experimental  and  numerical studies on potential distributions in a plasma. // Pl. Phys.,  vol.  22,  1980, pp. 695 – 707.

98. Л.  А  Арцимовича.  Плазменные ускорители //  М.: Машиностроение, 1973.

99. Данилин  Б.  С.,  Неволин  В.  К.,  Сырчин  В.   К.   Исследование магнетронных систем ионного распыления материалов.  //  Электронная  техника. Сер. Микроэлектронника, 1977, вып. 3 (69), с. 37 – 44.

100. Данилин Б. С., Сырчин В. К. Магнетронные распылительные  системы.  // М.: Радио и связь, 1982.

101. L. Vriens. Energy balance in low – pressure gas discharges. // J. Appl. Phys. vol. 44, n. 9, September 1973, pp. 3980 – 3989.

102. J. –P. Boeuf. A two – dimensional model of dc  glow  discharges. // J.Appl. Phys. vol. 63, n. 5, March 1998, pp. 1342 – 1349.

103. S. Maniv. Generalization of the model for I – V  characteristics  of dc sputtering discharges. // J. Appl. Phys. vol. 59, n. 1,  January  1986,  pp. 66 – 70.

104. W. D. Westwood, S. Maniv. The current –  voltage  characteristic  of magnetron sputtering systems. //J. Appl. Phys. vol. 54, n. 12, December  1983, pp. 6841 – 6846.

105. F. A. S. Ligthart, R. A. J. Keijser. Two  –  electron  group  model and electron energy balance in low  -  pressure  gas  discharges. // J.  Appl. Phys. vol. 51, n. 10, October 1980, pp. 5295 – 5299.

106. A. Fiala, L. C. Pitchford, J. P. Boeuf. Two –  dimensional,  hybrid model of low – pressure glow discharges. // Phys. Review. ser. E, vol.  49,  n. 6, June 1994, pp. 5607 – 5622.

107. K. Kuwahara, H. Fujiyama. Application of the Child –  Langmuir  Law to Magnetron Discharge Plasmas. // IEEE Trans. Plasma. Sci.,  vol.  22,  n.  4, August 1994, pp. 442 – 448.

108. T. E. Sheridan, M. J. Goeckner,  J.  Goree.  Electron  distribution Functions in a sputtering Magnetron Disharge. // Jap. J. Appl. Phys., vol. 34, P. 1, n. 9A, September 1995, pp. 4977 – 4982.

109. Tsutomu  Muira,  Tatsuo  Asamaki.  A  theory  on  planar  magnetron discharge. // Thin Solid Films 281–282, 1995, pp. – 190 – 193.

110.  F.  A.  Green,  B.  N.  Chapman.  Electron  effects  in  magnetron sputtering. J. Vac. // Sci. Technol., vol. 13,  n.  1,  January/February  1976. pp. 165–168.

111. J. G. Kirk, D. J.  Galloway.  The  evolution  of  a  test  particle distribution in a strongly magnetized plasma. // Pl.  Phys.,  vol.  24.  n.  4, 1982, pp. 339 – 359.

112. N. D’ Angelo, M. J. Alport. On “anomalously” high ion  temperatures in plasma discharges. // Pl. Phys., vol. 24. n. 10, 1982, pp. 1291 – 1293.

113. M. Katsch, K. Wiesmann. Relaxation of supratermal electrons due  to coulomb collisions in a plasma. // Pl. Phys., vol. 22, 1980, pp. 627 – 638.

116


hv

RL

RL

V

IS(eqT/kT–1)

IL

I

EC

EV

Eg

hv

qVxx

hv

a)

б)

 l1

 l2

 dщ

 d , мм

                                                      Sнак/Sвых 

К1

1

l, м*10-1

Kr

 U, B

 F, м

                                          U, B

               R, м

 U, B

                                 Uск, В

       , градус

                                                 Uск, В

     L,м

Vr1,

мкм/с

                                            R, мкм

                                                    I, мкА

Vr2, мкм/c

                                                 L, см

        R, мкм

1010, 

Н/м2

                                                   r, а.е. 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

54507. Музичні стилі та напрямки 462 KB
  Мета: познайомити учнів з творами композиторів різних стилів і напрямків; розвивати в учнів інтерес до слухання класичної музики, формувати музичну культуру, вчити впізнавати особливість музичних стилів (класичного, романтичного) та сфери їх емоційного впливу на людину; виховувати естетичний смак.
54508. Музика країн Європи і світу 68 KB
  Перша зупинка станція Мелодійна друга станція Ритмічна третя станція Музичних загадок четверта станція Композиторська пята Слухацька і остання станція Виконавська. Наступна зупинка станція Мелодійна. Станція Мелодійна. Наступна зупинка станція Ритмічна.
54509. Музыка в диалоге с современностью 31.5 KB
  К какому виду музыки относятся перечисленные произведения Бетховен. Римского-Корсакова Какой стиль создал американский композитор Джордж Гершвин В чем проявляется идея синтеза музыки и литературы Какие жанры в музыке ты знаешь Какая роль музыки в опере и в балете Имя какого небесного светила послужило основой в названии произведения Л. Сделай анализ полюбившегося тебе музыкального произведения по предложенной схеме: название автор стиль жанр мелодия темп лад динамика исполнитель и его...
54510. Музично-виконавський розвиток учня-піаніста на прикладі п єс «Дитячого альбому» П.І. Чайковського 1.15 MB
  Так само ретельно позначена і динаміка. Композитор користується як поступовим її розвитком, так і раптовими змінами тонких градацій звучності. Але ніде в циклі не позначено ff-автор наказує шкалу динаміки ppp-f. В творах циклу Чайковський застосував в основному прості форми, які легко піддаються аналізу.
54511. МУЗИКА - ЦЕ ГОЛОС НАШОГО СЕРЦЯ 80 KB
  На фоні музики Маленька нічна серенада Моцарта ведучі ведуть розповідь. 1ий ведучий Я слухаю музику і уявляю собі старовинний Зальцбург батьківщину Моцарта. Ми розповімо вам друзі про життя маленького Моцарта. І якщо хтонебудь скаже що в наших розповідях більше видумки ніж правди я відповім: Що ж а музика Моцарта хіба вона не казкове чудо Про Зальцбург і деякі обставини народження нашого героя 1ий ведучий У ті дні Зальцбург був столицею маленького церковного князівства.
54512. МУЗИКА ВІДКРИТОГО СЕРЦЯ 53 KB
  Церковний богослужебний спів виник разом з розповсюдженням християнства, а потім став розвиватися самостійно і історично склався як чисто національний вид музичного мистецтва. Стримані, виразні і величаві народні наспіви є величезним багатством нашої національної культури.
54513. Музыка в диалоге с современностью 37.5 KB
  Музыкальная викторина Задание: определить название прозвучавшего музыкального фрагмента. Драматизация Визитка музыкального произведения Задание: член команды выбирает карточку с названием произведения визитку которого нужно представить. Повторение средств музыкальной выразительности Задание: узнать произведение по его модели записанной на карточках. Ты мне – я тебе Команды придумывают друг другу музыкальное задание.
54514. ВИДИ МИСТЕЦТВ. ПОХОДЖЕННЯ МИСТЕЦТВ. СЛІДИ ПЕРВІСНОЇ МУЗИКИ 93 KB
  Так поступово сформувались різні види мистецтва: література графіка живопис скульптура архітектура декоративне мистецтво кіно хореографія театр цирк і музика. Музика приносить людині велике задоволення і насолоду. Що ж це за таке диво – МУЗИКА висловлювання дітей. Отже і музика має дуже давні корені.