2.3.1.4 Характерные особенности процесса пульверизации с последующим пиролизом

2.3.1.4а. Скорость роста пленки. Химические свойства, поверхностный рельеф и температура подложки, химические свойства и концентрация распыляемого раствора и входящих в него компонентов, а также условия процесса пульверизации — все эти параметры оказывают значительное влияние на скорость роста пленки. При осаждении пленок и легированных их толщина возрастает с увеличением продолжительности пульверизации, т. е. с увеличением количества распыленного раствора по закону, близкому к линейному. Скорость роста оксидных пленок может достигать 100 нм/мин, а пленок сульфидов — 50 нм/мин. На рис. 2.5 показана зависимость скорости осаждения пленок от температуры подложки при различных условиях процесса распыления.

2.3.1.4b. Влияние подложки. Процесс пиролиза распыленного раствора, вообще говоря, меняет поверхностные свойства подложки. Если участие материала подложки в пиролитических реакциях нежелательно, применяют подложки из инертных материалов, таких, как стекло, кварц, керамика, или подложки с соответствующим покрытием из оксидов, нитридов или карбидов.

Если на поверхности кремниевой подложки имеются оксидные слои определенного состава, то их можно частично удалить за счет травления, происходящего в процессе осаждения пленки [57]. Металлические подложки признаны непригодными для получения пленок с использованием данного метода осаждения [39].

Рис. 2.5. Зависимости скорости роста пленки осаждаемой методом пульверизации с последующим пиролизом, от скорости распыления раствора и температуры подложки [39].

Содержащиеся в химически инертных подложках подвижные ионы щелочных и редкоземельных металлов, в том числе могут внедряться в пленку [47], причем их концентрация будет увеличиваться с повышением температуры подложки.

При пониженной температуре подложки обычно осаждаются тусклые пленки с поверхностью, диффузно рассеивающей излучение. При высоких температурах формируются более тонкие, но сплошные и механически прочные пленки с зеркально отражающей поверхностью. При повышенной температуре может происходить повторное испарение анионов, в результате чего образуются пленки с избыточным содержанием металла.

2.3.1.4с. Состав пленок. Состав пленки зависит от особенностей кинетики процесса распыления раствора и термодинамических характеристик процесса пиролиза. При определенных условиях осаждения можно получать пленки сульфидов и селенидов стехиометрического состава и оксидные пленки, имеющие состав, близкий к стехиометрическому. Состав пленок сульфидов слабо зависит от отношения концентраций, содержащихся в распыляемом растворе ионов серы и металла при изменении его в диапазоне от до однако величина этого отношения оказывает значительное влияние на микроструктуру пленок [26, 34, 58].

Если из-за недостаточно высокой температуры процесс пиролиза не завершается, то некоторые побочные продукты реакций и промежуточные соединения могут внедряться в пленку в качестве примесей. При использовании солей хлора в образующихся пленках часто обнаруживают [51] атомы остаточного

хлора. Как показано на рис. 2.6, концентрация хлора в пленках уменьшается при повышении температуры подложки в процессе пиролиза. Существование этой закономерности приводит к тому, что вследствие охлаждения поверхности растущей пленки концентрация хлора на поверхности возрастает. Содержание хлора в пленках определяется также отношением концентраций солей хлора и серы в распыляемом растворе [34, 45].

Рис. 2.6. Зависимость концентрации хлора в пленках осаждаемых методом пульверизации с последующим пиролизом, от температуры подложки [34].

Состав оксидных пленок зависит от несколько более сложных процессов [47, 59, 601. Наличие в пленках кислородных вакансий связано с превращением в соответствии с реакциями

Степень отклонения состава пленки от стехиометрического определяется количеством кислородных вакансий, которое равно числу ионов восстановленных до Процесс восстановления регулируют путем изменения содержания воды и спирта в распыляемом растворе. Источником кислорода служит вода, в то время как спирт является восстановителем. Концентрация кислорода в пленке зависит также от скорости охлаждения осажденной пленки, в процессе которого происходит адсорбция кислорода.