ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Физическое осаждение из паровой фазы

• Вакуумное испарение
• Кинетика процесса

Испарение материала осуществляется при довольно высо­кой температуре, обеспечивающей необходимое давление паров. Согласно кинетической теории Ленгмюра — Дэшмана, скорость свободного испарения атомов с чистой поверхности единичной площади в вакууме определяется уравнением

ЛГ, = 2,635-КРРДМТ)¹'².                                      (2.1)

Здесь N_e — скорость испарения атомов в см~²*с^_1; Р_е — выра­женное в Па равновесное давление пара испаряемого вещества в условиях насыщения при температуре Т\ М — молекулярная масса частиц пара. Преодолев промежуточную среду, атомы пара конденсируются на подложке в виде тонкой пленки. Ско­рость конденсации или осаждения атомов пара зависит от взаимного расположения испарителя и подложки, а также от коэффициента конденсации при данном физическом состоянии поверхности.

Частицы пара рассеиваются в результате столкновений с молекулами остаточного газа в вакуумной системе. Вероят­ность рассеяния¹) пропорциональна ехр (—d/Я), где d — рас­стояние между источником и подложкой, X— средняя длина свободного пробега молекул остаточного газа. Кроме того, мо­лекулы газа соударяются с поверхностью подложки со скоро­стью, определяемой уравнением (2.1), где, разумеется, пара­метры Р_е и М относятся к молекулам газа, имеющего темпе-

н По-видимому, авторы имеют в виду долю общего количества моле­кул газа, которые не претерпевают столкновений на длине пути d. — Прим, перев.

давления паров преобладающим становится процесс диссоциа­ции. Например, вследствие диссоциации бинарных оксидов, ис­паряемых при высокой температуре, источник и конденсат имеют различный состав. Лишь небольшое число соединений, таких, как MgF₂, В₂0₃, CaF₂, SiO, GeO и SnO, при испарении не диссоциирует.

Компоненты сплавов испаряются независимо друг от друга, преимущественно в виде отдельных атомов, даже в том случае, когда чистый элемент испаряется в виде молекул. Применение закона Рауля для описания процесса испарения жидкого сплава дает следующее выражение для отношения количества атомов компонентов А и В в потоке пара:

(2.2)

Здесь С а и С_в — атомные концентрации соответствующих ком­понентов сплава. Отличие в поведении реального жидкого сплава по сравнению с идеальным раствором учитывается пу­тем введения в данное уравнение коэффициента активности.

ратуру Т. Как показывает анализ представленных в табл. 2.1 данных по кинетическим свойствам остаточного воздуха, во из­бежание значительного загрязнения пленок их осаждение при средней скорости роста от 0,1 до 1 нм/с необходимо проводить при давлении, меньшем 10~³ Па. Однако при повышенных температурах коэффициент прилипания атомов остаточного газа резко уменьшается, благодаря чему уже при давлении ~10^-4 Па возможно получение чистых пленок, за исключением случая осаждения легко окисляющихся веществ, когда необхо­дим более высокий вакуум.

• Частицы пара

Лишь ограниченное число веществ, к которым относятся

[2] Se, Те, Bi, Sb, Р и As, при определенных температурах ис­паряется в виде многоатомных кластеров; при испарении остальных элементарных веществ, находящихся в твердой фазе (сублимация) или в жидком состоянии, образуются нейтраль­ные атомы. Вследствие термической ионизации атомов пар< может содержать незначительное количество заряженных: частиц.

испарение протекает с близкой скоростью. Испарение соедине­ний при различной летучести компонентов приводит к тому,, что состав пара и конденсата отличается от состава источника. Различие в составе возрастает в том случае, когда пар состоит из атомов, имеющих разные коэффициенты конденсации. Как правило, при повышении температуры испарения и уменьшении^

Испарение сплавов и соединений обычно сопровождается диссоциацией или ассоциацией либо обоими процессами одно­временно. В том случае, когда летучесть компонентов сплавов- и соединений значительно отличается, происходит термическое разложение. Если компоненты имеют одинаковую летучесть, их