DE1771918C - Verfahren zum Herstellen von Mischkristallschichten aus Cadmiumsulfid und Cadmiumselenid durch Aufdampfen im Hochvakuum - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Mischkristallschichten aus CdS und CdSe Jer Zusammensetzung CdS_xSe, __x mit Q <;t<l durch Verdampfen der Einzelelemente aus drei getrennten Tiegeln und anschließendes Niederschlagen auf einen Auffänger im Hochvakuum.

Aufdampfschichten, die aus Mischkristallen der Verbindungshalbleiter CdS und CdSe bestehen, mit beliebigem Transmissions-Absorptionsverhalten im Wellenlängenbereich 0,50 bis 0,72 μΐη, werden für Fotowiderstände mit beliebiger spektraler Empfindlichkeit, für optische Filteranwendungen sowie als aktive Schichten an Strahlungswandlern, wie z. B. Solarzel len, für den genannten Wellenlängenbereich eingesetzt.

Es sind bereits Herstellungsverfahren für solche Aufdampfschichten bekannt. Bei den meisten dieser Verfahren geht man von den ursprünglichen Verbin dungen bzw. bereits von festen Lösungen oder von pulverisierten Mischungen zweier solcher Verbindungen aus. So werden z. B. CdS: CdSe-Mischkristallschichten durch Verdampfen der gewünschten Mischung bei Temperaturen um 950 bis 1000° C hergestellt (Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 4, Nr. 11, November 1965, S. 839 ff.).

Diese Verfahren besitzen verschiedene Nachteile, Bei der direkten Verdampfung kann die leichtflüchtiger Komponente, z. B. der Schwefel, entweichen, so daß diese nicht mehr im ursprünglichen stöchiometrischen Verhältnis im Kondensat vorliegt. Dadurch entstehen ungleichmäßige, stark streuende Schichten mit flacher Absorptionskante und Stöchiometriemängeln. Befriedigende Ergebnisse werden nur durch Nachbehandlung der Aufdampfschichten bei Temperaturen um 500° C oder durch zeitraubende Vorbehandlung des Verdampfungsgutes erhalten. Außerdem muß für jede gewünschte Schichtzusammensetzung ein entsprechendes Material vorbereitet oder auf Vorrat gehalten werden.

Weiterhin ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Mischschichten durch Verdampfen der Einzelelemente aus getrennten Tiegeln und Niederschlagen auf einem kalten Träger gewonnen werden. Auch hier bedarf es einer Nachbehandlung bei etwa 500° C, um die Schicht zu homogenisieren. Zum Aufdampfen verschiedener zweikomponentiger Verbindungshalbleiterschichten wurde bereits versucht, die Einzel* komponenten aus getrennten Tiegeln zu verdampfen und die Stöchiometrie der kondensierten Schicht durch entsprechende Kondensationstemperaturen zu erzwingen (deutsche Auslegeschrift 1 259 670).

Demgegenüber liegen beim Herstellen von Mischkristallschichten aus CdS und CdSe drei Komponenten mit unterschiedlicher Bindungsenergie auf der Kondensationsfläche vor. Beim Herstellen solcher Mischkriitallschichten muß nicht nur vermieden werden, daß unabgesätiigte Partikeln der Einzelelemente in der Schicht vorkommen, sondern es muß auch das Verhältnis der Moleküle der einen Verbindung zu den Molekülen der anderen definierte Werte innerhalb des breiten interessierenden Intervalls besitzen. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Auffängertemperatur T₄ zwischen 120 und 400° C gewählt wird und daß die gewünschte Zusammensetzung allein durch Veränderung des Verhältnisses

ίο der Tiegeltemperatur T₂ (S-Verdampfer) zur Tiegeltemperatur T₃ (Se-Verdampfer) bei jeweils konstanter Tiegeltemperatur T₁ (Cd-Verdampfer) und jeweils konstanter Auffängertemperatur T₄ eingestellt wird. Als Material für den Auffänger eignen sich ins-

besondere Glas oder Keramik.

Nach der Erfindung soll die Kondensationstemperatur T₄ am Auffänger so gewählt werden, daß sowohl die Kondensation von unabgesättigten Anteilen der leichter flüchtigen Komponente oder Komponen-

ao ten, wie z. B. Se oder S im Falle von Cd (S: Se), ausgeschlossen wird. Bei gewöhnlichen Aufdampf geschwindigkeiten liegt dieser Bereich für T₄, z. B. für CdSe zwischen 100 und 200° C und für CdS zwischen 120 und 300° C. Es wäre somit als Konden sationstemperatur für Cd(S : Se)-Mischkristallschich- ten das gemeinsame Temperaturintervall zwischen etwa 120 und 200° C für die Auffängertemperatur T₄ zu wählen.

Überraschenderweise hat sich jedoch gezeigt, daß

auch bei Kondensationstemperaturen oberhalb 200 bis etwa 400⁰C Cd(S: Se)-Mischkristallschichten niedergeschlagen werden können. Röntgenstrukturanalysen (Debye—Scherrer) haben gezeigt, daß im gesamten Kondensationsbereich von 120 bis 400° C neben CdS- und CdSe-Reflexen kein Überschuß eines der Ausgangselemente festgestellt wurden. An Hand einiger Ausführungsbeispiele sei die Erfindung näher erläutert. Aus Gründen der besseren Übersicht sind die erforderlichen Temperaturen für

T, bis T₄ zum Herstellen von Cd(S: Se)-Mischkristallschichten fünf verschiedener Zusammensetzungen in der nachfolgenden Trbelle zusammengefaßt. Als Auffänger wurde ein Glasplättchen verwendet. Das Aufdampfen erfolgte in einem geschlossenen evakuierten Gefäß bei einem Druck von 5 · 10~⁵ Torr. Der jeweilige Auf dampf Vorgang dauerte 6 Minuten. Die Zusammensetzung der entstandenen Mischkristallschichten wurde aus optischen Messungen be* stimmt. Aus der Tabelle ist zu ersehen, daß die Zu sammensetzung der gebildeten Mischkristallschichten, bei konstanter Kondensationstemperatur T₄, nur noch von der hier einzig veränderlich gehaltenen Temperatur T₉ des Selenverdampfers beeinflußt wird Eine Erhöhung der Temperatur T₄ (Bed. Nr. S) bewirkt eine

JS Änderung der Zusammensetzung der Schicht bei sonst gleichen Temperaturen T₁ bis T₁ wie bei Bed. Nr. 2.

Hed.Nr.	T1(CdJz0C	T1ISJZ0C	Ti(SeV0C	T*/°C	Zusammensetzung der Schicht
1 2 3 4 5	360 360 360 360 .160	100 100 100 100 100	180 190 200 210 190	200 200 200 200 340	CdSe,MSeÄ.IA

Mit Hilft! dt» urflndungsgemäßen Verfahren» lassen sich ■/.. f). FmowlderMiinde herstellen, die im gesamten Buft'itli V(Ht 5KH) Hin 72(M)A nahezu gleichmäßig empfindlich sind. Hüll man 2, B. die Temperatur T₁ des Cadmiumverdumpfers auf 360 C und die Temperatur T₄ des Auffüngers auf 200' C konstant und

erhöht die Temperatur T₂ des Selenverdampfers innerhalb 15 Minuten von Raumtemperatur auf 100° C und senkt man die Temperatur T₃ des Selenverdampfers im gleichen Zeitraum von 250° C auf Raumtemperatur, so können damit Mischkristallaufdampfschichten aufgebaut werden, deren unterste Lage aus CdSe besteht und die oberste Lage aus CdS, während die Zwischenlagen je nach Höhe aus Cd(S · SeJ-Mischkristallschichten mit verschiedener Zusammensetzung" bestehen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Mischkristallschichten aus Cadmiumsulfid und Cadmiumselenid der Zusammensetzung CdS_xSe_1-1, wobei χ größer als 0 und kleiner als 1 ist, durch Verdampfen der Einzelelemente aus drei getrennten Tiegeln und anschließendes Niederschlagen auf einen beheizten Auffänger im Hochvakuum, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffängertemperatur (T₄) zwischen 120 und 400° C gewählt wird und daß die gewünschte Zusammensetzung allein durch Veränderung des Verhältnisses der TiegeUemperatur (T₃) [S-Verdampfer] zur TiegeUemperatur (T₃) [Se-Verdampfer] bei jeweils konstanter Tiegeltemperatur (T₁) [Cd-Verdampfer] und jeweils konstanter Auffängeitemperatur (T₄) eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Elemente auf einen Auffänger aus Glas oder Keramik niedergeschlagen werden.