Спосіб нанесення плівки аморфного кремнію та установка для його здійснення

Реферат: Винахід належить до способу та установки для нанесення плівки нанорозмірного кремнію, і може бути використаний в сучасній оптоелектроніці і інтегральній оптиці для створення тонкоплівкових сонячних елементів та високоємних накопичувачів електроенергії. Спосіб нанесення плівки аморфного кремнію здійснюють вприскуванням під тиском нанопорошку високочистого кремнію на тонкий рухомий листовий матеріал у вигляді стрічки, принаймні на одну із його поверхонь. Однорідність плівки по товщині, щільності і складу залежить від швидкості переміщення стрічки і тиску вприскування нанопорошку. Установка для нанесення плівки аморфного кремнію містить камеру, всередині якої розміщені механізм переміщення тонкого листового матеріалу та пристрій вприскування під тиском нанопорошку. Група винаходів дозволяє наносити плівку аморфного кремнію на великі поверхні, значно підвищити ефективність і економічність процесу нанесення плівки та значно спростити технологію нанесення плівки аморфного кремнію. UA 103360 C2 (12) UA 103360 C2 UA 103360 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Взаємозв'язана група винаходів належить до способу та установки для нанесення нанорозмірного кремнію, і може бути використана в сучасній оптоелектроніці і інтегральній оптиці для створення тонко плівкових сонячних елементів і для високоємних накопичувачів електроенергії. Винахід направлений на спрощення технології одержання плівки аморфного кремнію великої поверхні і підвищення продуктивності при серійному виробництві за рахунок можливості нанесення плівки, однорідної по товщині, щільності і складу на необмежено великі поверхні. Відомий спосіб нанесення плівок аморфного кремнію [1], який полягає в тому, що із джерела в вакуумну камеру через звукове або надзвукове сопло подають кремнієвмісний газ під тиском -5 0,1-10 Тор. Потік газу підлягає активації способом пропускання через електронно-пучкову плазму, а формування плівки здійснюється на підкладці, розміщеній в потоці газу. Недоліком цього способу являється технічна складність одержання надзвукових струменів і обмежені площі напилення. Відомий спосіб нанесення аморфного кремнію [2]. В цьому способі газоподібний моносилан вводять в вакуумну камеру, підключають електричне поле і індукують тліючий розряд, в умовах якого розкладають робочий газ і наносять плівку на поверхню підкладки. Процес проводиться при парціальному тиску моносилану 0,2-1 мм.рт.ст., температурі підкладки 250-450 °C. Продукти реакції відкладаються не тільки на підкладці, але й на стінках камери, оскільки зона розряду нічим не обмежена, що приводить до виправданих витрат газу. Це і є основний недолік даного відомого способу. Відома установка для нанесення плівки аморфного кремнію осаджуванням із іонізованого газу [3]. Установка має пристрій закритого типу, в якому підтримується понижений тиск. Електродний блок, встановлений зі сторони подачі активного газу має багато електродів голчатої форми, між якими розміщена не з'єднана з ними електрична сітка із електропровідного матеріалу. Тліючий розряд запалюється між голками і сіткою, які знаходяться по обидві сторони від підкладок, розміщених паралельно голчатим електродам. Газ поступає в камеру і проходить через сітку, де між голками і сіткою запалюють тліючий розряд, продукти реакції осідають на підкладках, на яких підтримується висока температура. Недоліком такої установки являється неефективність витрат газу, так як плівка осідає не тільки на підкладках, але й на стінках камери, а також складність одержання однорідної по товщині плівки, так як частина підкладки, яка знаходиться ближче до розряду буде мати більш швидший ріст плівки, ніж більш віддалені ділянки. Відомий, також, спосіб нанесення плівок аморфного кремнію та пристрій для його здійснення [4], вибраний як прототип. У відомому способі нанесення плівки аморфного кремнію методом її осідання на підкладку в процесі розкладання силановмісних газових сумішей при пониженому тиску рожевої суміші здійснюють в коронному розряді, збудженому в вакуумній камері на кінцях порожнистих голок матричного електроду, через які силановмісну суміш подають в камеру. При цьому використовують суміш склад 4,8 % SiH4-4,8Mac. %, Аr-95,2мас. %, причому, подачу силановмісної газової суміші здійснюють через полі голки голчатих електродів, за рахунок цього газ потрапляє безпосередньо в зону розряду, де відбувається розкладання, що приводить до більш ефективному використанню газової суміші. Плівку наносять на скляну підкладку. Розміри підкладки повинні бути трохи більшими за розміри матриці голчастих електродів. Площа поверхні, на яку може наноситись плівка обмежується лише розмірами вакуумної камери. Переваги коронного розряду перед тліючим полягає в тому, що коронний розряд горить при тиску більшому ніж тліючий розряд, і тому густина радикалів в плазмі такого розряду більша, через це збільшується швидкість нанесення плівки і густина плівки. Крім того, нерівномірність коронного розряду більша ніж тліючого, і тому густина радикалів в плазмі такого розряду більша. За рахунок цього збільшується швидкість нанесення плівки і густина плівки. Відомий пристрій для нанесення плівок аморфного кремнію, вибраний як прототип [4]. Цей пристрій містить вакуумну камеру, в якій розміщена підкладка, яка нагрівається омічним нагрівачем з термопарою для контролю температури. Для одержання розряду у фланці бокової поверхні камери розміщений електродний блок у вигляді голчатих електродів, закріплених в матриці, виготовленої у формі кола. Матриця ізольована від стінок камери, які являють другим електродом, за допомогою фторопластового ізолятора. Газ в камеру поступає через полі голки, які розміщені на однаковій відстані між собою. Підкладка розміщена на відстані 50-100 мм від загострення голчатих електродів матриці. Спосіб нанесення плівки аморфного кремнію здійснюється наступним чином. Підготовлені скляні підкладки розміщують в вакуумній камері і відкачують камеру до тиску -4 -2 10 мм.рт.ст., після чого напускають аргон і зменшують тиск до 10 -10 мм.рт.ст, при якому 1 UA 103360 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 кремнієвмісний газ попадає в форкамеру пристрою і через голки матриці вільно витікає в камеру. Потім збуджується коронний розряд між голками і стінками камери. Під дією коронного розряду відбувається розкладання газу на вільні радикали, які попадають на підкладку, температура якої в межах 250-450 °C. Після закінчення подачі газу камера відкачується до тиску -4 10 мм.рт.ст. і охолоджується до кімнатної температури. Процес нанесення плівки відбувається зі швидкістю 3-5 мкм/год. Цілком зрозуміло, що приведені аналоги і прототип мають надзвичайно складну технологію одержання плівок аморфного кремнію, низьку продуктивність при серійному виробництві, високу собівартість і обмежені об'єми продукції. В основу першого із групи винаходів поставлено задачу одержання плівки аморфного кремнію з високою продуктивністю при серійному виробництві, зменшеною собівартістю продукції та із значно більшими об'ємами, більш простим, ефективним та економічним способом. Поставлена задача вирішується тим, що у способі нанесення плівки аморфного кремнію, згідно з винаходом, нанесення плівки аморфного кремнію здійснюють вприскуванням під тиском нанопорошку високочистого кремнію на тонкий рухомий листовий матеріал, принаймні на одну із його поверхонь або на обидві його сторони, причому, плівка аморфного кремнію може бути нанесена на металевий тонкий листовий матеріал та/або діелектричний тонкий листовий матеріал однорідної по товщині, щільності і складу на необмежено великі поверхні. В основу другого із групи винаходів поставлено задачу значно спростити технологію одержання плівки аморфного кремнію однорідної по товщині, щільності і складу на необмежено великі поверхні, підвищити ефективність та економічність процесу нанесення плівки аморфного кремнію. Поставлена задача вирішуються тим, що установка для нанесення плівки аморфного кремнію, згідно з винаходом, містить камеру, всередині якої розміщені механізм переміщення тонкого листового матеріалу та пристрій вприскування під тиском нанопорошку, а зовні камери розміщені компресор та джерело енергії. Спосіб здійснюють таким чином. При включенні механізму переміщення тонкого листового матеріалу, який має вигляд стрічки, стрічка поступає у пристрій вприскування під тиском нанопорошку високочистого кремнію, при цьому автоматично включається компресор і здійснюється вприскування під тиском нанопорошку на одну із поверхонь стрічки, наносячи на неї плівку аморфного кремнію. Однорідність плівки по товщині, щільності і складу регулюється швидкістю переміщенням стрічки і тиском вприскування нанопорошку. Запропонована група винаходів дозволяє наносити плівку аморфного кремнію на великі поверхні, значно підвищити ефективність і економічність процесу нанесення плівки та значно спростити технологію нанесення плівки аморфного кремнію. Таким чином, наведені дані підтверджують досягнення технічного результату при здійсненні заявленої групи винаходів. Джерела інформації: 1. Патент РФ №2100477, МПК С23С16/24,16/50. 2. Заявка Японії №63-32869, МПК С23С16/24. 3. Заявка Японії №61-51631, МПК С23С16/50. 4. Патент РФ №2165476, МПК С23С16/24, С23С16/50. 45 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 60 1. Спосіб нанесення плівки аморфного кремнію, який відрізняється тим, що нанесення плівки аморфного кремнію здійснюють вприскуванням під тиском нанопорошку високочистого кремнію на тонкий рухомий листовий матеріал, принаймні на одну із його поверхонь, причому однорідність плівки по товщині, щільності і складу регулюють швидкістю переміщення стрічки і тиском вприскування нанопорошку. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що плівка аморфного кремнію може бути нанесена на листовий матеріал із обох сторін. 3. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що плівка аморфного кремнію може бути нанесена на металевий тонкий листовий матеріал та/або діелектричний тонкий листовий матеріал. 4. Установка для нанесення плівки аморфного кремнію, яка відрізняється тим, що вона містить камеру, всередині якої розміщені механізм переміщення тонкого листового матеріалу та пристрій вприскування під тиском нанопорошку. 2 UA 103360 C2 5. Установка за п. 4, яка відрізняється тим, що містить розміщені зовні камери компресор та джерело енергії. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3