2.3.1.3 Химические аспекты

К химическим реактивам, используемым для пиролиза распыленного раствора, предъявляют следующие требования.

1) В результате термического разложения содержащихся в растворе реактивов должны образоваться частицы или комплексы, которые, участвуя в стимулированной нагревом химической реакции, образуют необходимый материал тонкой пленки.

2) Остальные компоненты реактивов, в том числе растворитель, должны испаряться при температуре осаждения. Для получения определенного тонкопленочного материала можно применять различные сочетания реактивов, удовлетворяющих данным требованиям. Однако при этом для получения сравнимых по качеству (по структурным характеристикам) пленок должны выбираться различные параметры процесса осаждения.

2.3.1.3а. Сульфиды и селениды. Для осаждения пленок чаще всего используют разбавленный (от 0,001 М до 0,1 М)

водный раствор соли кадмия и соли сераорганического соединения [4, 39, 45, 46]. Обычно применяемые и тиомочевина позволяют получать пленки в соответствии с реакцией

Химические реакции аналогичного типа протекают и при использовании других солей кадмия, таких, как Тиомочевину можно заменить -диметилтиомочевиной аллилтиомочевиной тиоуксусной кислотой или роданистым аммонием

Следует отметить, что продукты ряда промежуточных химических реакций являются довольно сложными соединениями. Для большинства полупроводниковых материалов реакции пиролиза изучены слабо и требуют более детального исследования, поскольку они влияют на качество и степень чистоты осаждаемых пленок.

При получении пленок селенидов вместо тиомочевины применяют селеномочевину или другое подходящее соединение селена, например -диметилселеномочевину. Соответствующая реакция записывается в виде

С помощью пиролитических реакций подобного типа осаждают также пленки сульфидов и селенидов ряда других металлов, таких, как Пленки теллуридов получить этим методом не удается, поскольку соли теллурорганических соединений крайне неустойчивы и их трудно синтезировать. Однако устойчивость этих соединений можно повысить путем введения определенных легирующих примесей, присутствие которых в пленках будет необходимо для создания солнечных элементов.

5.3.1.3b. Оксиды. При получении пленок оксидов металлов на нагретую подложку, находящуюся на воздухе, распыляют водные растворы солей соответствующих металлов. Широко применяют хлориды: для осаждения для для для [51]. Помимо этого можно выращивать пленки нитратов, карбонатов, ацетатов и бромидов [43].

Обычно используемые водные растворы хлоридов с концентрацией от 0,07 М до 0,1 М обеспечивают получение пленок с высокими оптическими характеристиками, однако применяются также растворы, концентрация которых достигает 2,85 М [52]. Оптимальная концентрация раствора зависит от того, какими оптическими и электрическими свойствами должна обладать пленка, от скорости осаждения и характера химической реакции.

Типичная реакция, в результате которой образуется пленка протекает следующим образом:

Выбор аниона соли металла зависит от теплового эффекта реакции. При получении пленок молярная теплота реакции

где символом А обозначен анион, составляет при комнатной температуре для хлористого цинка, для уксуснокислого цинка и для азотнокислого цинка [43].

Кроме того, для получения оксидных пленок применяют металлоорганические соединения. Эти соединения имеют более высокую стоимость, однако они позволяют проводить осаждение при низкой температуре, что ослабляет взаимодействие пара и веществ, входящих в состав подложки и пленки. К металлоорганическим соединениям, в частности, относятся дибутилоловодиацетат используемый для осаждения [53], и ацетилацетонат индия позволяющий получать [54, 55]. Кейн и др. [56] для осаждения применяли хелатное соединение индия, получаемое с использованием дипивалоилметана.