ФОРМИРОВАНИЕ ТОНКОЙ ПЛЕНКИ BASI2 НА SI(111) МЕТОДАМИ РЕАКТИВНОЙ И ТВЕРДОФАЗНОЙ ЭПИТАКСИЙ.
1, А. Герман, 1
1ФГБОУ ВО «Амурский государственный университет» г. Благовещенск
В работе представлены результаты формирования тонкой пленки дисилицида бария на кремниевой подложке методами реактивной и твердофазной эпитаксии.
В настоящее время существуют множество различных материалов, которые могут быть использованы для производства солнечных батарей. Одним из возможных материалов могут быть тонкие пленки дисилицида бария на кремнии [1], которые в формируются в сверхвысоко вакуумных камерах [2]. Уже сейчас полученные образцы фотоэлектрических преобразователей обладают КПД до 10% [3, 4].
Однако существует ряд сложностей при использовании бария в технологии тонких пленок. Сформированные ранее нами образцы только методом твердофазной эпитаксии имели трещины по всей поверхности, что связано с малой адгезией сформированной пленки к подложке. Целью данной работы было формирование тонкой пленки дисилицида бария на кремнии методами реактивной и твердофазной эпитаксиями для устранения растрескивания полученной пленки.
Подложка и источник кремния вырезались размерами 5 на 15 мм из шайб монокристаллического кремния: КЭФ(111) 5-15 Ом*см – для подложки и FZN(111) 50-75 Ом*см – для источника, и подвергались стандартной очистке RCA-cleaning ex-situ и дегазацией в течении 6 часов при 600°С в СВВ-камере. Источник бария очищался в гептане и помещался в танталовую трубку с проколом, после чего подвергался длительной дегазации in-situ. Скорость осаждения калибровалась с помощью кварцевого пьезоэлектрического датчика и составила 0,9 нм/мин для бария и 0,6 нм/мин для кремния.
На первом этапе было соосаждено 20 нм бария и кремния методом реактивной эпитаксии при температуре подложки 600°С, далее осадили еще 80 нм пленки, после чего производилась рекристаллизация при 600°С в течении часа для получения кристаллитов без значительного испарения свободных атомов бария и далее при 800°С в течении часа для получения более крупных кристаллитов дисилицида бария. На всех этапах производились измерения Оже электронного спектра (рис.1) и спектра характеристических потерь энергии электронами (рис.2).
Как видно на представленных графиках пленка дисилицида бария сформировалась полностью, о чем свидетельствуют пики бария (580 эВ) и кремния (89 эВ) на спектрах Оже и пики объемного плазмона на 13 эВ и удвоенного объемного плазмона на 26 эВ.
На рисунке 3 представлено РЭМ изображение сформированного образца. Как можно заметить трещин в пленке нет, так как пленка обладает лучшей адгезией по сравнению с образцами, полученными методом только твердофазной эпитаксией.
Методика получения тонкой пленки BaSi2, представленная в данной работе позволяет формировать более качественные образцы по сравнению с образцами полученными нами ранее.
Рис. 1. Оже электронные спектры, полученные в процессе формирования тонкой пленки дисилицида бария
Рис. 2. Спектры характеристических потерь энергии электронами, полученные в процессе формирования тонкой пленки дисилицида бария
Рис. 3. РЭМ-изображение тонкой пленки дисилицида бария
Л И Т Е Р А Т У Р А
Takashi Suemasu, Exploring the possibility of semiconducting BaSi 2 for thin-?lm solar cell applications // Japanese Journal of Applied Physics 54, 07JA01 (2015) Realization of single-phase BaSi2 ?lms by vacuum evaporation with suitable optical properties and carrier lifetime for solar cell applications/ Kosuke O. Hara, Yoshihiko Nakagawa, Takashi Suemasu and Noritaka Usami // Japanese Journal of Applied Physics 54, 07JE02 (2015) p-BaSi2/n-Si heterojunction solar cells with conversion efficiency reaching 9.0% / Daichi Tsukahara, Suguru Yachi, Hiroki Takeuchi, Ryota Takabe, Weijie Du, Masakazu Baba, Yunpeng Li, Kaoru Toko, Noritaka Usami and Takashi Suemasu // Appl. Phys. Lett. 108, 152101 (2016) Effect of amorphous Si capping layer on the hole transport properties of BaSi2 and improved conversion efficiency approaching 10% in p-BaSi2/n-Si solar cells / Suguru Yachi, Ryota Takabe, Hiroki Takeuchi, Kaoru Toko, and Takashi Suemasu // Appl. Phys. Lett. 109, 072103 (2016)