Глава 3 Для того чтобы процесс ионно-лучевой эпитаксии проходил без заметного влияния внешней среды необходимо создание соответствующей вакуумной системы [6]. Была сконструирована

вакуумная система, отвечающая требованиям процесса ионно-лучевого осаждения. Таким образом, вакуум в рабочей камере установки должен быть не хуже, чем 10^-4-10^-5 Па. Для создания высокого вакуума была сконструирована независимая откачка вакуумной системы.

Первая линия вакуумной системы состоит из последовательно соединённых форвакуумного насоса, диффузионного насоса, соединённого с ним гетеро-ионного насоса в совокупности позволяющих получать в рабочей камере необходимый вакуум и поддерживать его в процессе работы. Для получения высокого вакуума в установке ионно-лучевого осаждения, откачиваемый объем установки объединили в один сектор. Сектор глубокого вакуума состоит из блоков – рабочая камера и байпас. Откачка вакуума ведется до 10^-5 Па.

Малый гетеро-ионный насос служит для поддержания необходимого давления в ионном источнике, который соединен с рабочей камерой через отверстие в ионном источнике, служащее для выхода ионов в рабочее пространство вакуумной камеры.

Для надежного управления получением вакуума была спроектирована компьютеризированная система, позволяющая контролировать работу вакуумных насосов от компьютера. Сигнал, переданный с компьютера, преобразуется в сигнал включения или выключения, в зависимости от того, какой алгоритм работы установки запрограммирован. Приложение программы управления написано на Delphi, а программа прошивки микроконтроллера на Assembler.

Глава 4 Посвящена расчету процесса осаждения тонкопленочных слоев, а так же расчету и созданию технологии получения тонкопленочных поликристаллических солнечных элементов на основе метода ионно-лучевого осаждения [1]-[4]. Описание роста пленок основано на предположении о формировании структуры из отдельно растущих частиц новой фазы на поверхности подложки.

Был проведен расчет процесса при следующих параметрах осаждения. Ионный луч сфокусирован, отклонение атомов от заданной траектории минимально.

- концентрация ионов в луче на единицу площади выше 10¹⁴ ион/см², скорость роста тонкопленочного слоя.

- сила отрыва поликристаллических слоев от поверхности подложки в данном случае достигает свыше 6 кг на 1 см².

Данные расчета применимы к получению металлической гребенки тонкопленочного солнечного элемента, как с применением маски, так и без маски:

- концентрация ионов в луче на единицу площади порядка 10¹⁴ ион/см², скорость роста поликристаллических слоев соответствует рабочим параметрам процесса.

- сила отрыва слоя от поверхности подложки варьируется в пределах 2-6 кг на 1мм².

Данные расчета осаждения применимы к получению полупроводниковых слоев поликристаллического солнечного элемента методом ионно-лучевого осаждения растровым пучком [7]. На рис. 2 показана зависимость скорости роста пленки Ti и Al от напряжения на ионном источнике. В первую очередь на стеклянную подложку осаждается подслой на основе Ti. Это связано с тем, что слой титана обладает хорошей адгезией к стеклянной подложке [1,3]. Выбор алюминия в качестве материала для получения второго слоя омического контакта определяется удовлетворительными электрофизическими характеристиками этого слоя. Поскольку адгезия пленки алюми­ния к поверхности стекла ниже чем у Ti, то в ка­честве адгезионного подслоя используется слой титана, который в отличие от алюминия имеет более высокую силу сцепления к стеклянной подложке. Оптимальная температура подложки для осаждения алюминия со­ставляет 373±10 К.

Осаждение проводится растровым пучком площадью S=0,011 м². Поликристаллические пленки алюминия при указанных режимах, состоят из кристаллов с поверхностным размером зерен 0,3…0,8 мкм. Толщина плен­ки алюминия колеблется в пределах 0,5 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. При напряжении на ионном источнике порядка 3 кВ, время необходимое на получения подслоя толщиной 0,02 мкм, составляет порядка 220 с.

Осаждение слоя Al происходит при напряжении на ионном источнике порядка 3 кВ, температура подложки 373 К. Время осаждения слоя алюминия толщиной 0,5 мкм составляет 300 с. Далее проводим осаждение слоев кремния.

Для получения области р-типа легируем кремний алюминием. Распыление примеси Al в источнике проводится одновременно с

основным материалом. Толщина р-области 1,2 мкм напряжение осаждения на ионном источнике 3 кВ, время осаждения 2400 с. слой кремния и получение p-n-перехода с помощью легирования слоев Si примесью Al для получения р-области и As для получения n-области получаем в течении 2600 с.

Для получения области n-типа легируем кремний мышьяком. Толщина n-области 0,1 мкм время осаждения 200 с. Длина металлических контактов на подложке диаметром 120 мм в нашем случае изменяется от 0,03 м до 0,12 м от центра подложки к ее границе. При этих размерных

Рис. 2 Зависимость скорости роста пленки Ti и Al от напряжения на ионном источнике.

параметрах его сопротивление будет изменяться от 0,64 до 1,3 Ом, в зависимости от длинны линий гребенки.

Осаждение гребенчатой металлической пленки в установке ионно-лучевого осаждения проводилось через маску – тонкая пластина с толщиной 0,1 мм

Осаждение Pd на полупроводниковый поликристаллический слой проводится растровым пучком (S_пучка=0,011 м²), температура подложки 373 К. Толщина поликристаллического слоя Pd порядка 0,04 мкм, время необходимое для осаждения слоя при напряжении 3 кВ 10 с.

Далее формируем верхний слой Al. Толщина слоя 0.46 мкм время необходимое для осаждения слоя при напряжении 3 кВ 270 с. Зависимости скорости роста слоев Si и слоев металлической гребенки от напряжения на ионном источнике показаны на рис. 3.

Рис. 3 Зависимость скорости роста пленки Si и слоев металлической гребенки от напряжения на ионном источнике.

В завершении главы 4 раскрываются характеристики технологического цикла получения тонкопленочных поликристаллических солнечных элементов. В заключение работы приводятся результаты и выводы работы.