способ получения тонкой пленки диселенида меди и индия cuinse2

Формула изобретения

Способ получения тонкой пленки диселенида меди и индия CuInSe ₂, включающий термическое испарение компонентов и осаждение их паров на подложку, отличающийся тем, что тонкая пленка получена в двухзонной печи путем переноса паров селена потоком газа-носителя из одной температурной зоны в другую на поверхность предварительно подготовленной медно-индиевой порошковой мишени, образованной сплавливанием компонентов в твердой фазе в равных весовых соотношениях с последующим раздроблением сплава в порошок, его прессованием и распылением на подложку.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологиям получения полупроводников и предназначено, в частности, для производства фотопреобразователей

на основе CuInSe₂.

Известен способ получения тонких пленок CuInSe₂ термическим испарением в вакууме (S.P.Grindle, A.H.Clark, S.Rezaie-Serej, E.Falconer, J.Appl. Phys., 51 (1980) 10.) который является наиболее простым по своему техническому исполнению, но характеризуется наименьшим числом физических параметров, подконтрольных в процессе нанесения тонких пленок. Пленки осаждаются из одного или двух источников на стекло или корундовую подложку. После нанесения пленки подвергаются отжигу в атмосфере аргона.

Аналогичным способом получают также тонкие пленки тонкие пленки CuInSe₂ (Japanese Journal of Applied Physcs Vol.30, № 3, March, 1991, pp.442-446) методом селенизации. Под термином «селенизация» подразумевается насыщение селеном медно-индиевых сплавов из твердой и газообразной фазы.

При этом на подложку поочередно напыляют каждый из компонентов соединения. Потом многослойная структура из элементарных слоев Cu/In/Se в закрытом боксе в потоке аргона подвергается отжигу, формируя поликристаллические слои CuInSe₂.

Недостатком метода селенизации из твердой фазы селена является отсутствие точного контроля химического состава пленки CuInSe₂ ввиду реиспарения селена и селенидов меди-индия во время отжига. Пленка селена имеет неоднородное распределение по поверхности отношения Cu/In и большие изменения концентрации Se по глубине, пленка не соответствует стехиометрическому составу. С увеличением температуры наблюдается частичная деградация пленки.

Предлагаемое изобретение направлено на получение хорошо сформированных и плотноупакованных пленок CuInSe₂; возможность управления химическим составом пленок на больших площадях и в больших объемах, что немаловажно в производственных условиях и ведет к удешевлению себестоимости полупроводников; увеличение коэффициента использования компонентов.

Для решения поставленной задачи применен особый способ, при котором отпадает необходимость в отжиге многослойной структуры. Способ заключается в том, тонкую пленку CuInSe ₂ получают в двухзонной печи путем переноса паров селена потоком газа-носителя из одной температурной зоны в другую на поверхность предварительно подготовленной медно-индиевой порошковой мишени. Сама мишень получена сплавливанием металлических компонент стехиометрического состава в твердой фазе в равных весовых соотношениях с последующим раздроблением сплава в порошок (фракции 0,1 мм), его прессованием и распылением Cu-In стехиометрического состава на подложку, например, вакуумным магнетронным распылением. Если в качестве подложки использовать гибкую пленку, которую в ходе процесса можно перематывать специальным механизмом, то можно получать пленки CuInSe₂ на больших площадях.

Полученные таким образом тонкие пленки стехиометрического состава могут быть использованы в качестве базового слоя при производстве солнечных батарей. Благоприятные оптические свойства этого материала (ширина запрещенной зоны и высокий коэффициент поглощения) и высокий КПД позволяют произвести замену в производстве солнечных батарей толстых пластин объемного кремния на тонкие пленки толщиной в несколько микрон, что способствует уменьшению себестоимости солнечных элементов ввиду сокращения потребления материалов. Особо выгодно применение тонкопленочных солнечных батарей, например, на электромобилях, на которых они являются основным источником электроэнергии.

Реализацию способа получения тонкой пленки диселенида меди и индия CuInSe₂ можно разъяснить на примере конкретного устройства, работа которого основана на этом принципе, один из вариантов которого приведен на чертеже.

В полости кварцевого реактора 1 в кювете 2 помещен источник реакционной компоненты-селен и под углом к ней предварительно подготовленная порошковая мишень 3, соединенные кварцевым штоком 4. Торцы кварцевого реактора снабжены вакуумно-плотными фланцами 5 и 6 со штуцером 7 для подачи газа-носителя и клапаном 8 для выхода газа (давление газа превышает атмосферное давление). Кварцевый реактор размещен внутри двухзонной печи с нагревателями 9 и 10, создающими две температурные зоны (для разогрева селена и мишени). Нагреватели снабжены контрольно-измерительной аппаратурой, способствующей поддержанию заданного температурного режима.

Устройство работает следующим образом:

Снимают фланец 6 и внутрь кварцевого реактора 1 помещают кварцевый шток 4 с кюветой для селена 2 и порошковой мишенью 3. После этого фланец 6 закрывают, включают нагреватели 9 и 10. Подают газ-носитель. Под воздействием температуры селен испаряется, и вокруг кюветы образуются пары, которые потоком газа-носителя (например, азота), переносятся на поверхность разогретой порошковой мишени и диффундируют в нее. Поток газа-носителя поступает в кварцевый реактор через штуцер 6 и сбрасывается в атмосферу через клапан 7. После получения тонкой пленки готовая продукция извлекается из кварцевого реактора.