11.Б* полікристалічні напівпровідники. Отримання тонких плівок полікристалічних н/п.

*так-се качество

ПОЛІКРИСТАЛІЧНІ НАПІВПРОВІДНИКИ (П н/п), напівпровідникові речовини в полікристалічному стані. П н/п є вихідною сировиною для вирощування монокристалів. Основною проблемою при отриманні П н/п є досягнення максимальної чистоти, яка визначається мінімальними концентраціями неконтрольованих домішок або різницевою концентрацією основних носіїв заряду в поєднанні з мінімальним ступенем компенсації. В окремих випадках у напівпровідниках лімітують зміст деяких домішок (кремнію в н/п-з'єднаннях, кисню і вуглецю в елементарних напівпровідниках).

Поширеними МЕТОДАМИ ОТРИМАННЯ ПОЛІКРИСТАЛІЧНИХ ПЛІВОК н/п сполук є процеси вакуумного та плазмового напилення. Полікристалічні шари GaAs та інших сполук A^IIIB^V отримують методом МОС-гідридной технології, що забезпечує низькі температури нарощування, відтворюваність розмірів зерна і високу однорідність плівок по товщині. Плівки можна нарощувати на металеві, графітові, алундові підкладки та підкладки з кварцового скла. Для отримання полікристалічних шарів кремнію зазвичай використовують традиційні методи кристалізації з газової фази з застосуванням в якості летких речовини, які містять кремній, - моносілан, діхлорсілан, трихлорсилан і тетрахлорсілан.

Однією з найважливіших характеристик полікристалічних плівок є розмір зерна. Розмір зерна залежить від температури осадження (випадання в осад, конденсація ІМХО), складу газової фази, швидкості кристалізації і типу підкладки. За інших рівних умовах розмір зерна залежить від природи легуючої домішки, що вводиться. Полікристалічні шари, одержані при кристалізації з газової фази, зазвичай текстуровані, причому ступінь їх текстурованості зростає з підвищенням температури осадження. Для керування розміром зерна і текстурою полікристалічних плівок використовують процес твердотільної рекристалізації. Для рекристалізації тонких шарів застосовують нагрів лазерним або електронним променем, а також нагрівання за допомогою спеціальних стрічкових нагрівачів опору. Полікристалічні плівки з контрольованим розміром зерна і текстурою можуть бути отримані шляхом перекристалізації аморфних і дрібнокристалічних шарів, осаджених на аморфних підкладках, на поверхню яких з допомогою травлення наноситься спеціальний рельєф, наприклад, у вигляді трикутної або квадратної сітки мікронних розмірів (графоепітаксія).

Для отримання необхідних електричних властивостей П н/п легують. Найбільш поширені методи легування - легування з газової фази в процесі отримання шарів і іонна імплантація. При дифузійній технології виготовлення приладів на основі полікристалічного кремнію в якості джерел використовують низькоомні сильнолеговані традиційними домішками полікристалічні шари кремнію. Така технологія дозволяє істотно підвищити відтворюваність по товщині і властивостями дифузійно-легованих шарів і застосовується при створенні емітерів в мікрохвильових транзисторах і затворів у структурах метал-діелектрик-напівпровідник.

Межі зерен є основними структурними дефектами в полікристалічних шарах і справляють істотний вплив на формування ЕЛЕКТРОФІЗИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ таких матеріалів. Час життя і рухливість носіїв заряду залежать від розміру зерен. Межі зерен у напівпровідниках володіють специфічними електричними і рекомбінаційними властивостями, які реалізуються в ряді приладових застосувань. Наявність домішок і дефектів на міжзеренних межах призводить до виникнення на них незбалансованого електричного заряду. При цьому провідність полікристалічного зразка в цілому може змінюватися на багато порядків. Міжзеренні границі двояким чином впливають на електронні властивості матеріалу. По-перше, потенційні бар'єри, створювані міжзеренними границями, істотно зменшують рухливості основних носіїв заряду, що призводить до збільшення ефективного питомого опору напівпровідника.. По-друге, міжзеренні границі - це обірвані зв'язки, які можуть бути пастками для носіїв, притягувати до себе домішки або власні дефекти. Ці стани гублять рухливості і часи життя неосновних носіїв заряду.

///////////////////////////////////ЗАСТОСУВАННЯ (якщо немає більше чим зайнятися)

П н/п матеріали мають великі потенційні можливості застосування в мікроелектроніці та виробництві дешевих тонкоплівкових сонячних батарей. Прогрес технологій отримання полікристалічних плівок вже дозволив запропонувати багато нових пристроїв: резисторів, діодів, біполярних і MOS-транзисторів. Потенційна корисність полікристалічних напівпровідників залежить від кристалічної досконалості зерен і електронних властивостей їх границь.

Найбільш широке застосування в н/п приладобудуванні знаходять полікристалічні шари кремнію. Ці шари використовують для таких елементів інтегральних схем, як резистори, діоди, польові та біполярні транзистори. Високоомні полікристалічні шари кремнію використовують для ізоляції активних елементів інтегральних схем. Полікристалічні тонкі плівки також перспективні для сонячної енергетики. Шари з П н/п матеріалів застосовуються при створенні сонячних батарей наземного застосування. Якщо розмір зерна суттєво перевищує величину дифузійної довжини носіїв заряду, то межі зерен не повинні мати великого впливу на процеси рекомбінації в матеріалі і робочі характеристики фотоелектричних перетворювачів сонячної енергії. Для кремнію, який є непрямозонним н/п, товщина шару поглинання сонячного випромінювання складає 50-100 мкм, ця умова виконується при розмірі окремих кристалітів. У прямозонних н/п типу GaAs та Cu₂S товщина шару поглинання становить одиниці мікрометрів, а відповідний критичний розмір зерна не перевищує декількох десятків мікрометрів. Надзвичайно висока здатність до поглинання сонячного випромінювання у діселеніду міді та індію (CuInSe₂) - 99% світла поглинається в першому мікроні цього матеріалу (ширина забороненої зони - 1,0 еВ). Найбільш поширеним матеріалом для виготовлення вікна сонячної батареї на основі CuInSe₂ є CdS. Телурид кадмію (CdTe) - ще один перспективний матеріал для фотовольтаїки. У нього майже ідеальна ширина забороненої зони (1,44 еВ) і дуже висока здатність до поглинання випромінювання. Плівки CdTe досить дешеві у виготовленні. Крім того, технологічно нескладно отримувати різноманітні сплави CdTe c Zn, Hg з іншими елементами для створення шарів з заданими властивостями. Полікристалічні плівки PbS, PbTe, PbSе застосовуються для створення ефективних детекторів ІЧ-випромінювання. На основі полікристалічних плівкових гетероструктур в системах Cu₂S/CdS, Cu₂S/Zn_1-xCd_xS, CuInSe₂/CdS створюються перетворювачі сонячної енергії. Тонкі полікристалічні плівки металооксидних н/п на основі SnO₂, ZnO та ін. широко застосовуються в якості газочутливих шарів у твердотільних датчиках газів.