Аморфные полупроводники. Классификация и свойства аморфных полупроводников. Методы получения аморфных полупроводников, страница 7

9.  Методы получения аморфных полупроводников

9.1 Приготовление легированных аморфных полупроводников

Давно известно, что в плазме обеспечивается передача энер­гии молекулам газа. Плазменная химия быстро развивалась в последние несколько десятилетий. Были использованы и описаны различные типы электриче­ских разрядов, но оказалось, что особый интерес представляет тлеющий разряд. В его плазме содержатся электроны с энер­гиями от 1 до 10 эВ, а их плотность, приблизительно равная плотности положительных ионов, составляет ~10¹⁰ см³. При этом электронная температура в 10 или даже в 100 раз превы­шает температуру газа, так что энергия электронов достаточна для разрыва молекулярных связей. Именно это свойство де­лает плазму тлеющего разряда пригодной для осуществления химических реакций при сравнительно низких температурах окружающей среды.

Образцы в виде тонких пленок приготовлялись путем раз­ложения соответствующих  гидридов: силана или германа. Суть метода показана на рис. 7, а. Газ G проходит по кварцевой реакторной трубке Т мимо подложки S, лежащей на нагреваемой подставке H. Плазма Р создается ВЧ-полем за счет преиму­щественно индуктивной связи. Уровень мощности мал, обычно 10—20 Вт, а частота равна 1—100 МГц. Простота такой уста­новки лишь кажущаяся. Электрические свойства полученных образцов очень сильно зависят от многих факторов: от темпе­ратуры подложки,  от скорости течения газа, от давления, от уровня подводимой мощности, от

плавающих потенциалов на образце и на других поверхностях, от диаметра трубки, а так­же от расположения катушки относительно подложки. Описан­ную выше установку трудно увеличить в размерах, и в настоя­щее время в ряде лабораторий используется схема с емкостной связью (рис. 7,б), позволяющая получать образцы большей площади.

Рис. 7. Экспериментальные методы получения аморфного полупроводника методом тлеющего разряда. а — индуктивная связь; б — ёмкостная связь.

Существенным моментом в обеих схемах рис. 7 является то, что плазма остается в тесном контакте с поверхностью образ­ца. Это самое важное в методе тлеющего разряда. Например, при приготовлении a-Si из силана во время роста пленки будут иметь место сложные поверхностные реакции с участием элект­ронов и положительных ионов комплексов, такие, как SiH, SiH₂ и SiH₃. Экспериментальный контроль за такими поверхностны­ми реакциями, обеспечивающий получение образцов с заданны­ми электрическими свойствами, остается главной проблемой рассматриваемого метода. Поэтому не удивительно, что наблю­даются существенные различия в свойствах образцов, получен­ных таким методом в разных лабораториях.

Легирование в газовой фазе может быть осуществлено пу­тем добавления в силан малого, но точно определенного коли­чества фосфина или диборана — гидридов пяти- или трехвалент­ных примесей. Схема установки, разработанной в Дандийском университете, показана на рис. 8. Силан смешивается с легирующими газами в стеклянных баллонах C₁и C₂. Для приготовления образцов n-типа сначала вводят фосфин в ма­лый известный объем и измеряют давление манометрическим датчиком Р, Т.  Затем фосфин впускают в откачанный баллон C₁, куда вводят до некоего стандартного давления силан. Та­ким способом возможно вводить с достаточной точностью не­сколько миллионных объемных частей фосфина, чему соответст­вует молекулярная концентрация в силане ~ 10¹⁷ см³.

Подобным же образом можно добавлять в баллоне С₂  диборан для получения материала р-типа. В принципе путем открывания и закрывания соответствующих кранов можно по­лучить любую последовательность слоев п- и р-типа. Скорость течения измеряется электронным расходомером Р, а разложе­ние производится в тлеющем ВЧ-разряде между пластинами А и В. Вследствие токсичности используемых газов в аппарате предусмотрены независимая откачка и возможность промывки азотом. Точно так же получаются легированные пленки a-Ge из германа [1].

Рис. 8. Схема установки для получения a-Ge и  a-Si n- и p-типа, разработанная в Дандийском университете. С₁ и С₂ – стеклянные баллоны; P, T – манометрические датчики; F – расходомер; S – подложка.

9.2 Приготовление диоксида кремния из рисовой шелухи

Рисовая шелуха, главными составляющими которой являются целлюлоза, лигнин и минеральная зола, состоящая на 92-97 % из диоксида кремния, представляет собой крупнотоннажный побочный продукт производства риса. Утилизация этого отхода представляет собой важную техническую задачу. Подвергнутая физико-химической переработке рисовая шелуха может служить ценнейшим сырьем для получения всевозможных соединений кремния, обладающих уникальными свойствами.
          Предлагаемая технологическая схема переработки рисовой шелухи состоит из следующих операций: выщелачивание рисовой шелухи раствором минеральной кислоты; промывка водой; сушка; сжигание шелухи при 450—500°С, а затем при 700°С; затаривание продукта; контроль качества по химическому составу (и, при необходимости, по дисперсности). В зависимости от поставленной цели возможно получение технического и высокочистого диоксида кремния.
        

 По своим физико-химическим показателям новый продукт - аморфный диоксид кремния из рисовой шелухи — превосходит все выпускающиеся в России и за рубежом порошки диоксида кремния, получаемые из силиката натрия или кристаллического диоксида кремния [4].
         

10.  Применение аморфных полупроводников