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KR890000478B1 - 비정질합금의 제조방법 - Google Patents

비정질합금의 제조방법 Download PDF

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KR890000478B1
KR890000478B1 KR1019810003328A KR810003328A KR890000478B1 KR 890000478 B1 KR890000478 B1 KR 890000478B1 KR 1019810003328 A KR1019810003328 A KR 1019810003328A KR 810003328 A KR810003328 A KR 810003328A KR 890000478 B1 KR890000478 B1 KR 890000478B1
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오브신스키 스텐포드
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Abstract

내용 없음.

Description

비정질합금의 제조방법
제1도는 본 발명에 따라 구배진 밴드갭을 갖는 PIN 태양전지의 한 형태의 개략도.
제2도는 SiF4와 같은 불소함유 화합물 또는 분자의 부가(付加))에 의하여 불소(및 수소)의 부가를 행하기 위한 소자(素子), 수소인입구, 분자 불소 및 수소를 활성화시킨 불소 및 수소로 변환시키고 또 일방 또는 쌍방을 실리콘함유 비정질합금의 중착중에 기판(基板)쪽으로 향하게 하기위하여 중착장치의 진공화된 공간내에서 분자불소 및 수소를 분해하는 활성화불소 및 수소발생장치가 부설된 재래식 진공 중착장치의 개략도.
제3도는 활성화불소(및 수소) 발생수단과 조정원소 발생수단을 가진, 제1도에 도시된 것과 동일한 진공중착장치를 도시하는 것으로서, 상술한 발생 수단은 비정질(非晶質)합금의 중착 공정중에 기판에 조사(照射)되는 자외선 원(源)으로 구성되었으며 상술한 자외선 원이 제2도에 보인 활성화불소 및 수소발생기 장치와 치환된 진공 중착장치의 개략도.
제4도는 n 또는 p 전도성 발생재료로 중착된 합금을 도우핑(doping) 처리하기 위한 부가적 수단을 부설한 제1도에 관한 진공 중착장치의 개략도.
제5도는 비정질합금의 중착과 활성화불소 및 수소의 공급이 별개의 단계로서, 또 별개의 용기내에서 실시되는 예를 보이는 블럭도.
제6도는 앞서 중착시킨 비정질 합금에 활성화수소를 확산시키는데에 사용되는 장치의 개략도.
제7도는 본 발명 공정에 의하여 제조된 비정질 반도체 수광합금(受光合金)의 한 응용예를 설명하기 위한 쇼트기 배리어(Schottky barrier) 태양전지의 실시예의 부분 단면도.
제8도는 본 발명의 공정에 의하여 제조된 도우핑 처리된 비정질 반도체 합금을 포함하는 p-n 접합 태양전지 디바이스(device)의 부분 단면도.
제9도는 본 발명 공정에 의하여 제조된 비정질 반도체 합금을 포함하고 있는 광검출 디바이스의 부분 단면도.
제10도는 본 발명의 공정에 의하여 제조된 비정질 반도체 합금을 포함하는 제로그래픽(xerography)용 드럼의 부분 단면도.
제11도는 p-i-n 접합 태양전지 디바이스의 부분 단면도.
제12도는 n-i-p 접합 태양전지 디바이스의 부분 단면도.
제13도는 흡입된 본 발명의 조정 원소와 함께 비정질 합금을 중착하기 위한 프라즈아 활성화 중착시스템의 개략도.
제14도는 여러가지 종류의 광응답 응용장치에 이용될 수 있는 표준적 태양광파장을 보이는 태양 스팩트럼 복사도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 중착장치 12 : 벨 쟈아(bell jar)
14 : 진공화된 공간 16 : 도가니
18 : 기판 20 : 전지빔 원(源)
22 : DC 전력원 24 : 제어장치
26, 28, 40 : 도체 30 : 합금중착 샘플링장치
32, 38, 48, 58, 94 : 수동제어 34 : 제어패널
42 : 기판홀다 44 : 가열기
46, 70 : 케이블 50 : 지지기대(支持基臺)
52 : 용기 54, 64, 66, 76, 78 : 도관
56 : 진공펌프 60 : 불소원(源)
62 : 수소원 68 : 압력 감지기
72, 74 : 유량밸브 80 : 활성화 불소 발생장치
82 : 활성화수소 발생장치
본 발명은 개량된 광응답 특성을 가진 비정질합금 및 이로부터 형성된 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것이다. 따라서 본 발명은 개량된 광응답 합금을 제조하는 경우와, 넓은 면적의 광다이오드(Photodiode) 배열을 함유하는 광검출 디바이스 및 광다이오드 : 제로그래프(xerography)에 사용되는 광전도 매체 : p-i-n, p-n, 쇼트키(shottky) 또는 MIS(metal-Insulator-Semiconductor)형의 태양전지와 같은 감광 디바이스를 포함하는 특정한 광응답의 응용에 대하여, 구배진(graded) 밴드 갭(band gap)을 갖는 디바이스를 제조하는 경우에 매우 중요하게 응용될 수 있다.
[선행 기술의 설명]
실리콘은 거대한 결정질 반도체 산업의 기초이고, 우주에 응용되는 값이 비싸고, 효율이 높은(18%) 태양전지를 제조했던 재료이다. 결정질 반도체 기술이 상업적으로 맞는 상태에 도달했을때 이는 현재의 거대한 반도체 디바이스 제조공업에 기초가 되었다. 실질적으로 결함이 없는 게르마늄 및 특히 실리콘 결정을 성장시켜, 이로 p형 및 n형 전도영역을 가진 불순재료로 변화시키는 것이 과학자의 능력에 따르는 문제가 되었다. 이는 순수한 결정 재료중에 치환용 불순물로서 도입된 백만분의 얼마쯤 되는 도나(doner : n) 또는 억셉터(acceptor : p) 불순물질을 확산시켜 이것의 전도율을 증가시켜서, p 또는 n형 전도를 제어함에 의하여 행하여졌다. p-n 접합결정을 형성하기 위한 제조공정은, 극히 복잡하고, 시간이 많이 소요되며 또 비용이 많이 초래되는 절차를 거쳐야 한다. 따라서 태양전지 및 전류제어 디바이스에 유용한 이러한 결정재료는, 개별적으로 실리콘 또는 게르마늄 단결정을 성장시켜서 매우 주의깊게 제어된 상태하에서 생산되며, 또한 p-n 접합을 필요로하는 경우에는 극히 작도 또는 임계량의 불순물을 지닌 단결정을 도우핑(doping)함으로써 생산된다.
이 결정성장 공정에는 비교적 적은 결정밖에 제조되지 않기 때문에, 단 하개의 태양전지 패널(panel)에 필요한 면적을 덮기 위하여서도, 다수의 단결정을 조립할 필요가 있다. 이 공정에서 태양전지를 만듬에 필요한 에너지량, 실리콘 결정의 크기 한계에 기인하는 제한, 이와같은 결정재료를 절단 또는 조립해야하는 필요성은 에너지 변환용 결정질 반도체 태양전지를 대규모로 사용하는 문제에 있어 불가능한 경제적 장애물이 되어 왔다. 더우기 결정질 실리콘은 재료내에 광흡수를 약화시키는 간접적인 광학엣지(optical edge)를 가지고 있다. 이와같이 부족한 광흡수 때문에, 결정질 태양전지는 태양의 투사광을 흡수하기 위하여 적어도 50마이크론의 두께를 갖도록 하지 않으면 안된다. 단결정 재료가 가격이 저렴한 제조공정에 의한 다결정 실리콘에 의하여 배치된다 하더라도 간접적인 광학엣지는 남게되며, 따라서 재료의 두께 또한 감소되지 않는다. 다결정재료는 또 입자경계를 가지며 또 다른 결함도 포함한다.
태양응용에 대한 결정질 재료의 다른 결점은, 본질적으로 약 1.1ev의 결정실리콘의 밴드갭(band gap)이 약 1.5ev의 최적 밴드갭보다 낮다는 것이다. 게르마늄의 혼합물도 가능하지만, 그러나 이것은 밴드갭을 더욱 좁혀서 솔라(solar)변환 효율을 감소시킨다. 요약하면, 결정실리콘 디바이스는 필요에 따라 변화되지 않는 일정 파라메타를 가지므로, 다량의 재료를 필요로해서 비교적 적은 면적으로 제조될 뿐이다. 그래서 가격이 비싸고, 또 제조의 시간이 많이 걸린다. 비정질 실리콘에 의한 디바이스는, 이 결정 실리콘의 결점을 제거할 수 있다. 비정질 실리콘은 직접 갭 반도체(direct gap Semiconductor)와 동일한 특성을 갖는 광학 흡수엣지를 가지므로, 단지 1마이크론 또는 그 이하의 두께로 50마이크론 두께의 결정실리콘과 같은 량의 태양광선을 흡수할 수 있다. 더우기, 비정질 실리콘은 결정 실리콘보다 빨리, 용이하게 또 큰 면적으로 제조될 수가 있다.
고로 중착장치(deposition equipment)의 크기에 의한 제한안을 받지만 원하는 대로 비교적 큰 면적을 뒤덮어 줄 수 있는 비정질 반도체 합금 또는 막을 용이하게 중착하는 공정의 개발에 많은 노력이 경주되어 왔다. 따라서 이것은 용이하게 p형 및 n형 재료를 형성하기 위하여 도우프 처리되어, 상응하는 결정질에 의하여 제조되는 것과 같은 p-n 접합 디바이스가 형성된다. 이러한 작업은 오랫동안 거의 비생산적이어왔다. 비정질 실리콘 또는 게르마늄(제4도)막은, 통상 4중 배위된 것으로, 에너지갭내에 고밀도의 편제화상태를 발생시키는 마이크로 보이드(micro voids), 댕글링 결합(dangling bonds) 및 다른 결함을 가짐이 판명되었다. 비정질 실리콘 반도체막의 에너지갭내의 고밀도의 편재화상태의 존재는, 낮은 값의 광전도성 및 짧은 캐리어(carrier) 수명을 가져서, 광응답용 응용에 부적당한 막을 형성한다. 더우기 이러한 막은 성공적으로 도우프 처리를 행하거나, 변질시켜서 페르미준위(Fermi level)를 전도대(Conduction band)나 가전자대(Valence band) 가까이로 이동시키는 것이 불가능함으로써, 태양전지 및 전류제어 디바이스에 사용하는 p-n 접합을 형성함에는 적합하지 않다.
비정질 실리콘 및 게르마늄에 관한 상술한 문제를 해결하려는 시도로서, 스코틀랜드이 던디에 소재한 던디대학, 카내기 물리학 연구소의 W.E.Spear와 P.G.Le.Comber가 1975년 솔리드 스테이트 컴뮤니케이션(Solid State Communication) 제17권, 1193-1196 페이지에 발표된 논문에 보고한 바와 같이 "비정질 실리콘의 치환 도우핑"에 관한 연구를 하였다. 그들은 상기 연구에서, 비정질실리콘 또는 게르마늄을 진성 결정질 실리콘 또는 게르마늄과 보다 가깝게 만들기 위하여 비정질 실리콘 또는 게르마늄의 에너지갭내에서 편재화된 상태를 감소시키고, 상기 비정질재료를 의인성의 p나 n전도형으로 만들기 위하여 결정질 재료의 도우핑에서와 같이 비정질재료를 적당한 전형적인 도우판으로 도우핑하는 것을 발표했다.
편재화 상태의 감소는 비정질 실리콘 막의 글로우방전중착에 의하여 달성되어, 여기서 실란(SiH4) 가스가 반응관을 통과하며, 이 가스는 r.f.글로우 방전에 의하여 분해되어 약 500-600
Figure kpo00001
K(227-327
Figure kpo00002
C)의 기판 온도에서 기판에 중착된다. 이렇게 해서 기판에 중착된 물질은 실리콘 및 수소로 이루어진 진성의 비정질 재료이다. 도우프 처리된 비정질 재료를 제조하기 위하여는, n형 전도에 대하여서는 포스핀(pH3)가스, 또는 p형 전도에 대하여서는 디보란(B2H6) 가스가 실란(SiH4)가스와 미리 혼합되어, 같은 조작 조건하에서 글로우 방전 반응관을 통과한다. 사용된 도우판트의 가스 농도는 체적비로 약 5×10-6과 10-2부(部) 사이이다. 이와같이 중착된 물질은 치환된 인 또는 붕소 불순물을 함유하는 외인성이며, n 또는 p 전도형의 것이다.
이들 연구자에 의하여 알려진 것은 아니나. 비정질 재료의 전자적특성을 대응하는 결정질재료의 특성의 접근시킬 목적으로, 글로우 방전 중착중에 실란의 수소가 최적온도에서 실리콘의 다수의 댕글링 본드와 결합하여, 에너지갭내의 편재화 상태의 밀도를 실질적으로 감소시킨다는 것은 현재 다른 연구자들에 의하여 알려졌다.
D.I.Jones, W.E.Spear, P.G.Lecomber, S.Li와 R.Martines도 이와같은 중착기법을 사용해서, GeH4에서 a-Ge : H의 조제에 대하여 연구를 하였다. 이렇게 하여 얻은 물질은 그 에너지갭내에 고밀도의 편재화상태를 나타냈다. 이 물질은 도우프 처리될 수 있으나, 그 효율은 a-Si : H의 경우보다 실질적으로 낮은 것이다. 필로소피칼 잡지B, 제39권 147페이지(1979년)에 보고된 이 연구에서 저자는, 고밀도의 갭 상태때문에 얻어진 물질은 "도우핑실험 및 가능한 응용에 대하여 a-Si보다 매력이 없는 물질"이라는 결론을 내렸다.
실란을 사용해서 비정질 실리콘 태양전지를 제조한 유사한 방법의 글로우 방전의 연구에서, D.E.Carlson은 최선으로 만든 1.65eV-1.70eV의 밴드갭을 갖는 태양전지의 재료에서 약 1.5eV의 최적한 태양전지의 값으로 광학갭(optical gap)을 좁히기 위하여 전지내에 있는 게르마늄의 사용을 시도하였다. (D.E.Carlson, Journal of Non Crystalline Solids 제35권과 제36권(1980), 707-71페이지, 1979년 8월 27-31일, 매사츄세츠, 캠브리지에서 있은 제8회 비정질 및 액체반도체에 관한 국제회의에서 배포됨) 그러나, 칼손(Calson)은 게르메인(garmane) 가스로부터의 게르마늄 첨가는 그것이 태양전지의 광기전력 파라메타를 상당히 감소시키므로 바람직하지 못하다고 보고하였다. 칼손은 광기전력의 특성의 저하는 에너지갭내의 결함의 중착된 막에 생기고 있음을 나타낸다고 하였다(D.E.Carson 테크니칼 다이제스트, 1977년 IEDM 워싱턴 D.C.214페이지).
상술한 방법으로, 실란에서 중착된 비정질 실리콘(a-Si:H)의 다중접합(Stacked(스텍화)) 태양전지의 전지효과를 증가시키는데 관한 최근의 보고에서, 저자는 "게르마늄은 a-Si:H에 있어서 유해한 불순물이므로, 게르마늄의 증가에 의해 Jec가 지수적으로 저하됨이 판명되었다."라고 보고하였다. 칼손의 연구 및 그들의 연구를 기초로하여, 이들은 비정질 실리콘, 게르마늄 및 수소의 합금은 "낮은 광기전력 특성을 나타낸다. 따라서 새로운 "광기전력 막 전지재료는 a-Si : H와 조합된 효과적인 스태크상에 대하여 약 1마이크론에서 스팩트럼의 응답을 가짐이 발견되지 않으면 안된다."라고 결론하였다(J.J.Hanak, B.Faughanan, V.Korsun 및 T.P.Pellicane이 1980년 1월 7일-10일, 캘리포니아 샌디아고의 제14회 IEEE 광기전력전문가 회의에서 발표하였다.)
1960년 월프(Walf)는 Proc.IRE, 제48권 1246-1236페이지의 "광기전력 태양에너지 변환장치의 개량에 관한 제한성 및 가능성"에서 결정질 p-n 접합실리콘 광기전력 태양전지 밴드갭의 구배(grading)을 제안하였다. 이 당시의 논문에서, 월프는 구배진 에너지갭을 가진 결정질 반도체 재료의 제조가 기술적으로 가능하였으나 광기전력전지(Photovoltaic cells)에 이들을 응용한다는 것을 Voc(개방전압)의 손실때문에 매우 유용하지 않다는 결론을 내렸다.
디.이.칼손의 Jounal of Noncrystalline Solids. 제35 및 제36권(1980) 707-717 페이지의 상술한 참조조항에서, 칼손은 실란(SiH4)이 중착된 디바이스에서 밴드갭 구배는 "디바이스 성능을 개선할 수 있다."고 제안하였다. 그러나 임의의 충분한 범위에 대하여 어떻게 밴드갭을 구배지게 하는가에 대해서는 제안이 없었으며, 단지 게르마늄 첨가에 관한 제안 이외의 것 역시 실패였다고 칼손은 보고하였다. 더구나 밴드갭을 증가시키는데 대한 제안은 전혀 없었다. 그 후에, 칼손은 실란 분위기내에서 비정질 실리콘 태양전지의 밴드갭은 광발생 캐리어의 수집을 돕는 전위 구배를 제공하기 위하여 구배지게 할 수가 있다고 제안하였다. 그러나 a-Si : H에 게르마늄을 첨가하지 않고서 어떻게 그러한 구배가 달성될 수 있는지는 알려지지 않았으며, 앞에서 이미 기술했듯이, 칼손은 게르마늄은 태양전지의 광기전력의 모든 파라메타를 크게 감소시키는 것으로 인정하였다. 상술한 방법에 있어서 수소의 혼입은 실란내의 실리콘에 대한 수소의 고정비율에 근거한 제한을 가질뿐만 아니라, 가장 중요한 것은 모든 종류의 Si : H 결합구조가 새로운 반결합상태를 일으키고, 이것이 이들 재료내에 해로운 영향을 미친다고하는 것이다.
따라서 n 도우핑은 물론 유효 p 도우핑에 관해서 특히 유해한 이들 재료내에서 편재화 상태의 밀도를 감소시키는 데에는 근본적인 제한이 있다. 실란을 중착해서 얻어지는 재료의 상태 밀도는 좁은 공핍층을 갖기 때문에, 이는 자유 캐리어의 드리프트(drift)에 의존하는 태양전지 및 다른 디바이스의 효과를 제한시킨다. 실리콘과 수소만을 사용하여 이들 재료를 제조하는 방법 역시 고밀도의 표면상태를 갖게되어 위에서 말한 모든 파라메타에 영향을 미친다. 또 재료의 밴드갭을 감소시키는 종래의 시도는, 갭을 감소시킴에는 유효하나, 이와 동시에 갭내의 부가적상태를 갖게한다. 밴드갭내에 이러한 상태의 증가는, 광전도성의 감소 또는 손실을 초래하며, 따라서 광응답 디바이스의 제조에 장애가 된다.
실란가스로부터 실리콘의 글로우방전 증착이 개발된 후, 아르곤 (스퍼터링(Sputtering) 중착공정에 필요한)과 분자수소의 혼합물의 분위기중에서 비정질 실리콘막에 스퍼터중착에 관한 연구가 행하여져, 중착된 비정질 실리콘 막의 특성에 대해 이러한 수소분자의 효과를 결정하였다.
이러한 연구에 의하면, 수소는 에너지갭내의 편재화 상태를 감소시키는 방법으로 결합된 변경제(altering agent)로 작용함이 발견되었다. 그러나 에너지 갭내의 편재화상태가 스퍼터 중착 공정으로 감소되는 정도는, 위에서 연구한 실란중착 공정에 의하여 달성되는 정도보다 훨씬 적었다. 상술한 p 및 n 도우판트 가스도 역시 p 및 n의 도우프 처리된 재료를 제조하기 위해 스퍼터링 공정에 도입되었다. 이들 재료는 글로우방전 공정에서 만들어진 재료보다 낮은 도우핑 효율을 가지고 있었다. 어떤 공정도 상업적으로 가치있는 p-n 또는 p-i-n 접합 디바이스를 제조함에 충분하게 높은 억셉터 농도를 가지는, 유효하게 p-도우프 처리된 재료를 제공하지 못하였다. n-도우핑 효율은 바람직한 상업적수준 이하이고, p-도우핑 처리는 특히나 바람직하지 못하였다. 그 이유는, 이것이 밴드갭의 폭을 감소시켜서, 밴드갭내의 편재화 상태의 수를 증가시켰기 때문이다.
결정질 실리콘에 대단히 유사하게 하려는 시도로서, 실란가스로부터의 수소에 의하여 변성시켜, 결정질 실리콘을 도우핑 처리하는것과 같은 방법으로 도우프 처리한 비정질 실리콘의 종래의 중착은, 모든 중요한 점에서 도우프 처린된 결정질 실리콘보다 열등한 특성을 가지고 있다. 따라서 특히 p형 재료로 달성된 도우핑 효율 및 전도율은 부적당하여, 이러한 실리콘 막의 광기전력 특성에는 개선되어야 할 문제가 많이 있었다.
에너지갭내의 감소된 농도의 편재화 상태와 높은 질의 전자적 성질을 지니는 크게 개선된 비정질 실리콘 합금은, 1980년 10월 7일자 공고된 스텐포드 알.오브신스키와 앨런아단의 "결정 반도체에 상응하는 비정질 반도체"란 명칭의 미합중국 특허 제4,226,898호에서 발표된 글로우 방전 및 1980년 8월 12일에 공고된 스텐포드 알.오브신스키와 마사쭈구이쭈의 동일제목하의 미합중국 특허 제4,217,374호에 발표된 중착에 의해서 준비되었다. 이러한 미합중국 특허에서 발표된 것같이, 불소가 편재화된 상태의 밀도를 감소시키도록 비정질실리콘 반도체속으로 주입된다. 작은 크기의 불소원자가 이들을 비정질 실리콘 매트릭스 속으로 쉽게 주입되기 때문에, 활성화된 불소는 매트릭스 바디(matrix body)속의 비정질실리콘 속으로 특히 용이하게 확산되고 결합되어 실질적으로 편재화된 결합상태의 밀도를 감소시킨다. 불소는 실리콘의 댕글링 결합에 대해 결합하여 유연한 결합각과 함께 부분적으로 이온 안정성 결합을 형성하고, 이것이 수소 및 다른 보상 또는 변성제에 의해서 형성되는 것보다 훨씬 안정되고 보다 효율적인 보상 또는 변성을 발생시킨다. 불소는 불소자체 또는 수소와 사용될때 매우 작은 크기, 높은 반응성, 화학결합의 특성 및 가장 높은 전기음성도 때문에 수소보다 효과적인 보상 또는 변성성분이라고 간주되었다. 따라서, 불소는 다른 할로겐과는 성질상 다르며 슈퍼-할로겐으로 간주된다.
예를 들면, 보상은 불소자체만으로 이루어지거나 또는 매우 적은 양(예를 들어 1원자 퍼센트의 분율)의 이러한 원소들이 첨가된 수소와 결합하여 이루어진다. 그러나, 가장 바람직하게 사용되는 불소 및 수소의 양이 실리콘-수소-불소합금을 형성하기위한 이러한 작은 퍼센트보다 크다. 예를 들면, 불소 및 수소의 이러한 합금양은 1내지 5퍼센트 또는 그 이상의 범위에 있다. 이렇게 형성된 새로운 합금은 단지 댕글링 결합 및 유사한 결합상태의 중화에 의해서 이루어진 것보다 에너지갭내에 더 낮은 밀도의 결합상태를 갖는다고 믿어졌다. 특히 이러한 많은 양의 불소는, 비정질 실리콘 함유재료의 새로운 구성에 관계되고, 게르마늄 같은 다른 합금재료의 첨가를 용이하게 한다고 믿어진다. 여기에 언급된 다른 특성에 부가해서, 불소는 유도성 및 이온효과를 통하여 실리콘함유 합금속의 국부구조의 한 형성체라고 믿어졌다. 불소는 또한 수소가 상태 밀도감소 원소로서 작용함으로써 기여하는 결함상태의 밀도를 감소시키는 유익한 방향으로 작용하여서 수소의 결합에 영향을 준다고 믿어진다. 이러한 합금에서의 불소의 이온역활은 가장 가까운 인접관계에서 중요한 요소가 된다고 믿어졌다.
[발명의 목적 및 구성]
따라서, 본 발명의 제1의 목적은 개선된 광응답 비정질 합금의 제조방법을 제공하는 것으로, 상기 방법은 기판위에 적어도 실리콘을 함유하는 재료를 중착하고 상기 재료에 적어도 하나의 상태밀도 감소원소, 즉 불소를 혼입하는 것으로 구성되어 있는 것으로서, 특정한 범위의 광응답 파장함수에 대하여 구배진 밴드갬을 갖는 합금을 제조하기 위하여 밴드갭내의 상태밀도를 실질적으로 증가시키지 않고 상기 재료에 적어도 하나의 밴드갭 조정원소의 양을 변화하면서 도입하는것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2의 목적은 개선된 광응답 비정질합금을 제공하는 것으로, 상기합금은 실리콘을 함유하고 적어도 하나의 상태밀도 감소원소, 즉 불소를 혼입한 것으로서, 특정한 범위의 광응답 파장함수에 대하여 구배진 밴드갭을 갖는 상기 합금에서, 상기합금이 밴드갭내의 상태밀도를 실질적으로 증가시키지 않고 상기 합금에 양을 변화하면서 혼입되는 하나의 밴드갭조정 원소를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3도의 목적은 개선된 광응답 디바이스를 제공하는 것으로서, 상기 디바이스는 방사가 전하캐리어를 발생하기 위해서 충돌할 수 있는 밴드갭을 포함한 활성 광응답영역을 갖는 비정질 반도체 합금체를 포함하는 여러가지 종류의 중첩층으로 구성되어 있으며, 상기 비정질 합금은 적어도 하나의 상태밀도감소원소, 즉 불소를 포함하는 것으로서, 특정한 범위의 광응답 파장함수에 대하여 구배진 상기 합금의 밴드갭에서, 상기 합금이 상태를 갭내의 실질적으로 증가시키지 않고 방사흡수를 향상시키기 위해서 상술한 광응답 영역에 적어도 하나의 밴드갭 조정원소를 변화된 량으로 포함하는 것을 특징으로 한다.
[작용 및 효과]
비정질 실리콘 광응답 디바이스의 향상된 스펙트럼 응답 및 개선된 광발생 캐리어들의 수집은, 본 발명에 의하여 하나 또는 그 이상의 광전류 발생영역의 부분에 있어서, 하나 또는 그 이상의 밴드갭 조정 원소를 연속적으로 양을 변화하면서 비정질 광응답 합금에 첨가함에 의하여 제공되며, 따라서 갭내의 유해상태를 실질적으로 증가시키지 않고 밴드갭폭을 특정한 응용에 대하여 구배지게 할 수 있다. 따라서 재료의 높은 전자적 특성들은 구배진 밴드갭 합금을 형성하는데 있어서도 영향을 받지 않는다.
비정질 합금은 적어도 하나의 상태밀도 감소원소불소를 포함한다. 보상 또는 변성원소, 불소 및/또는 다른 원소는 중착중에 또는 그 후에 첨가할 수 있다. 조정원소는, 활성화되고, 증착, 스퍼러팅 또는 글로우방전공정에서 첨가되기도 한다. 밴드갭은 적어도 하나 또는 그 이상의 광전류 발생영역의 부분에 있어, 하나 또는 그 이상의 조정원소를 중착시킨 합금속으로 도입시킴에 의하여, 일정한 응용에 맞도록 구배지게 할 수 있다.
밴드갭은, 합금내의 불소존재로 인하여, 합금 및 디바이스의 밴드갭내의 상태의 수를 실질적으로 증가시킴이 없이 구배된다. 종래의 실란 증착된 막은, 전형적으로, 막내에 수소와 실리콘의 혼입 및 보상을 최대로 하기 위하여, 250-350℃내로 가열시킨 기판위에 증착된다. 이 막에 게르마늄을 부가하여 밴드갭을 감소시키기 위한 종래의 시도는, 수소와 게르마늄의 결합이 요구되는 증착기판온도에서 너무 불안정하게 실패하였다.
본 발명의 합금에서 불소의 존재는, 불소가 실리콘에 공유적으로 결합을 할 뿐만 아니라, 이 재료의 구조적 단거리질소(short range order)에 적극적인 방법으로 영향을 미치기 때문에, 다른 실리콘 합금들과는 물리적, 화학적 및 전기 화학적으로 다른 실리콘 합금을 제공한다. 불소가 수소보다 더욱 강하고 안정한 결합을 형성하기 때문에 이것은 게르마늄, 주석, 탄소, 또는 질소와 같은 조정원소를 합금에 유효하게 첨가하도록 허용하였다. 불소결합의 이온적 성질에 기인한 더욱 강하고, 온도에 안정하며, 유연성이 있는 결합형태 때문에, 불소는 수소보다도 더욱 유효하게 합금내의 밴드 조정원소 뿐만 아니라 실리콘을 보상 또는 변성한다. 불소의 사용은, 미국특허 제4,217,374호에 기재되어 있듯이 합금 또는 막을 제조하며, 여기서 밴드갭의 상태의 밀도는, 예컨데 실란과 같은 실리콘과 수소의 조합에 의하여 만들어지는 경우보다 훨씬 낮다. 밴드 조정원소는 불소의 영향 때문에, 실질적으로 유해한 상태를 가하지 않고 밴드갭을 구배지게 하기 위하여 이 재료속으로 적용시킬 수 있으므로, 신규한 합금은 실질적으로 높은 전자적특성 및 광전도성을 유지하며, 또한 캐리어 수집효율을 증가시키므로서 태양 광기전력에너지 변환을 개선하기 위하여 반도체의 전영역에 전계를 제공한다. 더우기 수소는 불소보상 또는 변성합금을 증강하며, 불소 및 다른 변성제처럼 불소와 함께 증착하는 사이에 또는 증착 이후에 첨가할 수 있다. 수소의 증착 이후의 혼입은, 불소에 의하여 허용된 높은 증착기판온도를 사용함이 바람직할때 유리하다.
본 발명의 원리는 상술한 증착공정의 각각에 적합하나, 설명의 편의상, 증착 및 프라즈마(Plasma)활성 증착환경을 기술한다. 미국특허, 제4,226,898호에 기술된 글로우방전 시스템은 본 발명의 원리와 함께 유효하게 이용 가능한 다른 공정변화를 가지고 있다.
[바람직한 실시예의 상세한 설명]
본 발명의 구체적인 실시예를 명세서에 첨부한 도면을 참조하여 예를 들어 설명한다. 우선 제1도에 대해 언급하면, 본 발명을 구체화하는 방식 및 방법에 따라 구배진 밴드갭을 갖는 PIN 태양전지가 예시되어있다. 예를들면 하나 또는 그 이상의 조정원소를 첨가함으로써, n
Figure kpo00003
영역으로부터 p
Figure kpo00004
영역까지의 진성영역의 밴드갭이 1.2eV에서 1.8eV까지 구배지게 된다. 진성영역(i)은 후술하는 방법으로 증착되는 비정질 Si : F으로부터 형성된다. 1.2eV의 가장 낮은 밴드갭은 진성영역이 증착될 때 이 진성영역에 게르마늄 또는 주석을 첨가하여 얻을 수 있다. 이 갭은 진성층 증착중에 첨가된 게르마늄의 양을 감소시키므로 해서 이 값으로부터 증가시킬 수 있다. 1.8eV의 최종 밴드갭치는 p
Figure kpo00005
층을 증착하기전에 진성층 증착의 끝부분에서 밴드갭 조정원소인 게르마늄이나 주석의 첨가를 하지 않음으로해서 도달한다. 더욱이 질소나 탄소와 같은 밴드갭을 증가시키는 조정원소들을 첨가함으로서, 밴드갭은 p
Figure kpo00006
영역 부근에서 1.8eV 또는 그 이상으로 증가시킬 수 있다. 질소는 암모니아(NH3) 형태로 첨가할 수 있으며, 탄소는 메탄(CH4)형태로 첨가할 수 있다. 앞으로 자세히 기술되듯이, 밴드조정원소는 합금에 불소(및 수소)를 첨가함으로서 셀(Cell)내에 있는 광전도 및 높은 양질의 전자적 성질들을 그대로 유지하면서 구배진 밴드갭을 제공하기 위하여 첨부된다. 구배진 밴드갭 덕분에, 전자-정공쌍의 발생을 위한 개선된 태양에너지의 이용이 달성된다. 더구나, 밴드조정원소(들)이 임의의 양으로 첨가될 수 있으므로, 여러 형태의 구배(즉, 연속적, 간헐적 또는 계단형)들이 달성될 수 있다. 부가하여, n
Figure kpo00007
및 p
Figure kpo00008
층 또한 같은 방법으로 또는 선택적 도우핑에 의하여 구배지게 할 수 있다. 밴드갭은 합금에 주석을 첨가함으로서 1.2eV이하로 좁힐 수 있다.
구배진 밴드갭은 개선된 태양에너지 이용을 제공할 뿐만 아니라. 또한 디바이스를 통하여 실질적으로 캐리어 수집을 돕는 전계를 발생한다. 주지하는 바와 같이, 다량의 재결합이 전계가 없는 경우에 a-Si : F에서 지배적이다. 이것은 공핍영역 외부에서 광발생 캐리어들이 손실되므로 수집효율을 감소시킨다. 그러나, 구배진 밴드갭의 덕택으로, 만들어진 전계는 캐리어의 수명와 비교하여 주행시간(transit time)을 감소시키므로 실질적으로 모든 캐리어가 수집되어, 반도체 영역에 걸쳐 최소치를 넘는 전계를 제공한다.
제1도에서 가전자대가 경사져 있다는 것을 또한 주목한다. 예지되듯이, n
Figure kpo00009
층으로부터 p
Figure kpo00010
층으로 경사져있다. 이러한 약간의 경사는 수집을 위하여 광자에 의해 발생되는 정공들이 p
Figure kpo00011
층으로 드리프트하도록 허용한다. 이러한 경사는 진성층이 증착되듯이 소량을 선택적으로 도우핑함으로서 얻어질 수 있다. 이러한 결과는 또한 도우핀에 의하지 않고 공간전하 형성에 의해서도 얻을 수 있다. 일단 이러한 공간전하 영역이 존재하면, 생성된 정공들은 수집을 위하여 p
Figure kpo00012
층으로 이동하기 위하여 자유롭게 된다.
제1도에 나타난 방법으로 밴드갭을 구배지게 함으로서, 1.8eV의 단일 밴드갭 합금에서 Voc가 약간 감소되는데, 왜냐하면 구배진 합금의 가장 낮은 밴드갭이 본질적으로 Voc를 결정하기 때문이다. 그러나 Jsc는 생성된 캐리어들의 더 많은 효율적인 수집과 전자-정공생성을 위한 태양에너지의 더 많은 효율적 사용 때문에 증가한다. 따라서, 전체적인 디바이스 동작은 고전류-저전압이 요구되는 경우나 수용될 수 있는 경우에서의 사용을 위하여 특별히 증가될 수 있다. 1.8eV 이상으로 밴드갭을 넓히는 것은 또한 디바이스에 사용될 수 있는 태양광의 양을 증가한다.
이제 제2도에 대해 언급하면, 증착장치(10)가 개략적으로 표시되어 있는바, 이 장치는, 종래의 증착장치에 위에서 설명한 활성화 보상 또는 변성물질 주입장치가 부설되어 있다. 이 장치는 도시된 바와 같이, 진공화된 공간(14)를 포위하고 있는 벨 쟈아(bell jar : 12) 또는 이와같은 용기(25)를 포함하며, 이러한 공간에는, 기판(18)에 증착되는 1 또는 그 이상의 비정질 반도체 막 생성원소 또는 원소들을 가지는 도가니(16)과 같은 1 또는 그 이상의 도가니가 위치하고 있다. 상술한 발명의 형태에서 도가니(16)은 기판(18)위에 실리콘 함유의 비정질 합금을 형성하기 위하여 실리콘을 함유하고 있으며, 상술한 기판은 현 발명의 공정에 의하여 증착된 합금을 형성하기 위하여 예컨대, 금속, 결정질 또는 다경절질 반도체 또는 다른 재료로 되는것이 요구된다. 전자빔 원(源 : 20)은, 도가니(16)에 인접해서 설치하며, 도시된 이러한 전자빔 원은, 통상가열 필라멘트와 빔 편향장치(도시하지 않았음)을 가지고 있으며, 이 편향장치는 도가니(16)내의 실리콘에 전자빔을 향하게하여, 이를 증발시킨다.
고전압 DC 전력원(22)는 적당한 고전압, 예컨대 DC 10,000볼트를 주어, 그의 정단자(正端子)는 제어장치(24) 및 도체(26)을 거쳐서 도가니(16)에 접속된다. 부단자(負端子)는 제어장치(24), 도체(28)를 거쳐서 전자빔 원(20)의 필라멘트에 접속된다. 제어장치(24)는, 진공화된 공간(24)내에 있는 합금증착 샘플링장치(30)의 막 두께가 제어유니트(24)의 제어패널(34)위의 수동제어(32)를 조작함에 의하여 설정된 값에 도달할때, 도체(26 및 28)로의 전력원(22)의 접속을 차단하는 릴레이등을 가지고 있다. 합금 샘플링장치(30)는 케이블(36)을 가지고 있으며, 이 케이블은 합금 샘플링장치(30)에 증착되는 합금의 두께와 그 증착속도에 응답하는 주지의 장치를 포함하는 제어장치(24)에까지 연결되어 있다. 제어패널(34)의 수동제어(38)은, 주지의 방법으로 도체(40)을 거쳐서 전자빔 원의 필라멘트에 공급된 전류량에 제어되는 합금의 원하는 증착속도를 정하기 위하여 설치할 수 있다.
기판(18)은 가열기(44)가 설치된 기판홀다(42)에 지지된다. 케이블(46)은 가열기(4)에 전류를 공급하고, 이 가열기는 제어장치(24)의 제어패널(34)위에 없는 수동제어(48)로 설정된 온도에 따라서, 기판홀다(42)와 기판(18)의 온도를 제어한다.
벨 쟈아(12)는 지지기대(50)에서 상방으로 뻗어있고, 그곳으로부터 벨 쟈아(12)의 성분으로 각종의 케이블 및 다른 접속이 연결되어 있다. 지지기대(50)은 진공펌프(56)로 통하는 도관(54)이 연결된 용기(52)에 설치된다. 연속적으로 작동하는 진공펌프(56)은 벨 쟈아(12)내에 있는 공간(14)로부터 공기를 빼낸다. 벨 쟈아에 바람직한 압력은, 제어패널(34)이 설치된 제어놉(knob : 58)에 의하여 설정된다. 본 발명의 예에 있어서, 이와같은 설정은 활성화불소(및 수소)의 벨 쟈아(12)로의 흐름을 조절하는 압력레벨을 제어한다. 따라서 제어놉이 10-4토르(torr)로 벨 쟈아 압력을 설정하면 벨 쟈아(12)로의 불소(및 수소)가 흘러들어가 생기는 압력은 진공펌프(56)가 연속작동할때에 벨 쟈아내에 생기는 압력과 같은 것이다.
분자불소(60) 및 수소원(62)은 각각의 도관(64 및 66)를 거쳐서 제어장치(24)에 접속된다. 벨 쟈아(12)내의 압력감지기(68)는 케이블(70)에 의해서 제어장치(24)에 접속된다. 유량밸브(72 또는 74)는 벨 쟈아내에 설정압력을 유지하기 위하여 제어장치(24)에 의하여 제시된다. 도관(76 및 78)는 제어장치(24)로부터 뻗어나와 지지기대(50)을 지나 벨 쟈아(12)의 공간(14)까지 뻗어있다. 도관(76 및 78)은 각기 활성화 불소(80) 및 수소발생장치(82)에 접속되며, 이들 장치는 분자불소 및 수소를 각기 이들 가스의 원자 및/또는 이온화 형태가 되도록 활성화불소 및 수소로 변환한다. 활성화불소 및 수소발생장치(80 및 82)는 분자가스를 분해온도까지 상승시키는 가열텅스텐 필라멘트, 또는 분해가스의 프라즈마를 제공하는 이 분야의 주지의 기술인 프라즈마 발생장치임을 알 수 있다. 또 프라즈마에 의하여 형성되는 이온화형태의 활성화 불소 및 수소는 기판과 활성화 원 이에 전계(電界)를 부여함에 의하여, 증착합금내로 가속되어 분사되어진다. 어떠한 경우일지라도, 활성화불소 및 수소발생장치(80 및 82)는, 기판(18)의 바로 가까이 설치함이 바람직하며, 그렇게함으로써 이들의 장치로부터 주어지는 비교적 수명이 짧은 활성화불소 및 수소는 합금이 증착되고 있는 기판(18)의 부근에 직접 분사된다. 상술한 바와 같이, 적어도 불소가 합금에 포함되고, 수소도 또한 포함되는 것이 바람직하다. 다른 보상 또는 변성원소 뿐만아니라 활성화불소(및 수소) 또한 분자가스원 대신 이들 원소를 함유하는 화합물로부터 생산될 수 있다.
상술한 바와 같이 수광(受光)소자, 태양전지 p-n 접합 전류제어 디바이스등과 같은 광응답 디바이스에 사용되는 원하는 특성을 가진 유용한 비정질합금을 제조하기 위하여, 보상 또는 변성용의 작인제(作因劑), 물질 또는 원소는 막의 기본적인 고유성질을 변경시킴 없이, 에너지갭에 있어서 극히 낮은 밀도의 편재화 상태를 생기게한다. 이 효과는 비교적 소량의 활성화불소 및 수소로 달성되며 따라서 벨 쟈아 공간(14)의 압력은 아직(10-4토르와 같이) 비교적 낮은 압력일 수 있다. 발생기내의 가스압력은 발생기의 출구의 크기는 조절함에 의하여 벨 쟈아내의 압력보다 높게할 수 있다.
기판(18)의 온도는, 관련된 비정질합금의 에너지갭내에 있는 편재화상태의 밀도를 최대한 감소시키도록 조절된다. 기판의 표면 온도는 일반적으로 그것의 증착물질의 높은 이동도(mobility)를 보증할 수 있도록 된것으로 증착합금의 결정화 온도 이하가 바람직하다.
기판의 표면은, 예컨대 벨 쟈아 공간(14)에 자외광선원(도시되지 않았음)을 설치함으로써 증착합금 물질의 이동도를 더욱 증가시키기 위하여, 방사에너지에 의하여 조사(照射)된다. 또 다른 한편, 제2도의 활성화불소 및 수소발생장치(80 및 82) 대신에, 이들의 장치는 기판(18)의 방향으로 자외선 에너지를 향하도록 한 제3도에 표시한 자외선광원(84)를 사용할 수도 있다. 이 자외선광은 기판(18)로부터 떨어져 있는 것이나 또는 기판에 있는 분자불소(및 수소)를 분해하여, 기판(18)위에 응축하는 증착된 비정질합금에 확산하는 활성화불소(및 수소)를 형성한다. 자외선광은 또 증착합금재료의 표면이동도를 증가한다.
제2도 및 제3도에 있어서 밴드갭의 조정원소는 수소발생기(82)를 대치함에 의하여, 또는 1 또는 그 이상의 활성화 조정원소발생기(86 및 88)(제2도)를 부설함에 의하여 이상적인 가스형태로 불소 및 수소에 부가시킬 수 있다. 전술하듯이, 이 시스템에 도입되는 조정원소 또는 원소들의 양은 구배진 밴드갭을 제공하기 위하여 증착중에 변화된다. 발생기(86 및 88)의 각각은 전형적으로 게르마늄 또는 탄소와 같은 조정원소 중 어느 하나에만 사용된다. 예컨대 발생기(86)은 게르메인 가스(GeH4)의 형태로 게르마늄을 공급하거나 또는 메탄가스(CH4)의 형태로 탄소를 공급한다.
제4도를 보면 다른 작인제 또는 원소를 증착합금에 첨가하기 위하여, 제2도 장치에 부가장치가 첨가되어 있다. 예를들어, 인 또는 비소와같은 n-전도성 도우판트(dopant)가 처음에 어느정도 진성의 n형의 합금을 실질적으로 더욱 n형 합금으로 하기 위하여 첨가되며, 이어서 알루미늄, 갈륨, 인디움과 같은 p 도우판트가 합금내에 양호한 p-n 접합을 형성하기 위하여 부가된다. 도가니(90)에 비소와 같은 도우판트를 집어넣고 이것을 앞서 말한 빔 원과 같은 전자빔 원(92)으로 충격을 주어 증발시킨다. 전자빔(92)에 발생되는 전자빔 강도에 의하여 결정되는 도우판트가 벨 쟈아(12)의 분위기중에 증발하는 비율은, 제어패널(34) 위에 있는 수동제어(94)에 의하여 설정되며, 이것은 빔원의 일부를 형성하는 필라멘트에 공급되는 전류를 제어하여 설정된 증발속도를 주게된다. 이 증발속도는 도우판트 물질이 증착되는 두께의 샘플링장치(96)에 의하여 측정되는 바, 이 장치(96)은 이 장치와 제어장치(24) 사이를 연결하는 케이블(98)에 신호를 발생시켜, 도우판트 물질이 장치(96)에 증착되는 비율을 나타낸다.
원하는 정도의 n 전도성을 갖는, 원하는 두께의 비정질합금이 증착된 후에, 실리콘 및 n 전도형 도우판트의 증발이 끝나고, 도가니(90)(또는 다른 도시되지 않은 도가지)에 p 전도성 도아판트를 넣고, 이어서 비정질합금 및 도우판트 증착공정이 p 전도성 영역을 갖는 비정질합금의 두께를 증가시키기 위하여, 위에서 기술한 바와 같이 진행한다.
밴드조정원소는 또한, 도가니(90)와 유사한 다른 도가니를 이용함에 의하여, 도우판트에 대하여 설명한 공정과 유사한 방법으로 첨가될 수 있다. 비정질합금이 실온에서 고체인 2개 또는 그 이상의 원소로부터 이루어진 경우에는, 별개의 도가니에 넣은 개개의 원소를 별도로 증발시킴이 바람직하며, 또한 증착속도 및 두께 샘플링 장치에 관련해서, 증착합금의 두께 및 조직을 제어하는 제어패널(34)위에 제어소자를 설정함에 의하여, 임의 적당한 방법으로 증착속도를 제어함이 바람직하다. 활성화불소(및 수소)가 실리콘을 함유하는 비정질합금을 보상함에 사용되는 가장 유리한 보상제로 생각되는바, 본 발명의 더욱 넓은 특징에 의하면, 다른 보상 또는 변성제를 사용할 수 있다. 예컨대 탄소 및 산소는 합금고유의 특성을 변화시키지 않을 정도로 소량 사용하면 에너지갭내의 편재화상태의 밀도를 감소시킴에 유효하다.
상술한 바와 같이 보상제 및 다른 작인제가 증착시에 비정질합금에 혼입됨이 바람직하나, 본 발명의 다른 특징에 의하면, 비정질합금 증착공정 및 보상제와 다른 작인제를 반도체합금에 분사시키는 공정은, 비정질합금의 증착으로부터 완전히 분리된 환경내에서 행해질 수 있다. 이는 그러한 작인제를 분사시키는 조건이 합금증착에 대한 조건과는 전혀 관계가 없는 것으로, 어떠한 종류의 응용에는, 이점이 있다. 더우기 위에 기술한 바와 같이, 증착공정이 다공질합금을 만든다면, 합금의 다공질은, 어떤 경우에는 증착공정에 존재하는 것과 전혀 다른 환경조건에 의해 보다 용이하게 감소된다. 이 목적 때문에, 제5도 및 제6도를 참조하여 본다. 이들 도면은 비정질증착공정 및 보상 또는 변성제의 확산공정이 별개의 절차로서 전혀 다른 환경에서 실시됨을 보이고 있으며, 제6도는 뒤늦게 보상확산공정을 실시하는 장치를 보이고 있다.
도시한 바와 같이 저압의 용기(100)가 설치되어 있으며, 이 용기는 정부(頂部)의 개구(104)를 갖는 저압의 챔버(chamber : 102)를 가지고 있다. 이 개구(104)는 나사(108)을 갖는 갭(106)에 의하여 폐쇄되고, 이 나사는 용기(100)의 외측에 대응하는 나사부에 결합되어 있다. 봉합용 0-링(110)은 캡(106)과 용기의 상면과의 사이에 샌드위치 모양으로 끼워있다. 샘플지지전국(112)는 챔버(100)의 절연용 저벽(114)에 설치된다. 비정질 반도체 합금이(118)이 이미 증착된 기판(116)의 전국(112)위에 설치된다. 기판(116)의 상면은 여기에 기술된 방법으로 변성되거나 또는 보상되는 비정질합금(118)을 포함한다.
기판(116)의 상방에는 전국(120)이 격리되어 설치되어 있다. 전국(112 및 120)은 케이블(122 및 124)에 의하여 DC 및 RF 공급원(126)에 접속되었으며, 이 공급원은 챔버(102)에 공급되는 불소, 수소등에 보상 또는 변성가스의 활성 프라즈마를 제공하기 위하여 전국(112와 120)간의 접압을 부여한다. 간략하게 하기위하여 제6도는 캡(106)을 관통하여 또 분자수소의 공급탱크(130)으로부터 뻗어있는 입구도관(128)에 의하여 챔버(102)에 공급되고 있는 분자수소만을 나타내고 있다. 다른 보상 또는 변성가스(예컨대 불소등)도 또한 챔버(102)에 같은 모양으로 공급되어도 좋다. 도관(128)은 탱크(130) 부근의 밸브(132)위에 접속된다. 유량 지시 게이지(134)는 밸브(132)를 지나서 입구도관(128)에 접속된다.
챔버(102)의 내부를 가열하는 적당한 장치가 설치되어 있어, 기판온도는 막(118)의 결정화온도 이하이거나 그 부근으로 바람직하게 가열된다. 예컨대, 가열와이어(136)의 코일은 챔버(102)의 저벽(114)내에 있으며, 이러한 코일은 용기(100)의 벽을 지나서, 가열용의 전류원에 이르는 케이블(도시되지 않음)과 접속된다.
전국(112와 120)간에 마련된 1 또는 그 이상의 보상원소를 함유하는 가스의 프라즈마와 함께 고온상태가 합금의 밴드갭내의 편재화 상태를 감소시킨다. 비정질합금(118)의 보상 또는 변성은, 자외선광원(138)로부터의 방사에너지를 비정질합금에 조사함에 의하여 강화시킬 수 있으며, 이 자외선 원은, 용기(100)의 촉벽에 설치된 수정창(140)을 거쳐서 전국(112 와 120) 사이간에 자외선을 비춰주는 것으로 용기(100)의 외측에 보여져 있다.
챔버(102)내의 저압 또는 진공은 제2도의 펌프(56)와 같은 진공펌프(도시되지 않음)에 의하여 마련될 수 있다. 챔버(102)내의 압력은 200℃-450℃의 기판온도에 대하여 0.3-2토르 정도이다. 활성화불소(및 수소) 뿐만 아니라 다른보상 또는 변성원소도 전술한 바와 같이, 분자가스원으로부터 대신 또는 다른 원소를 함유하는 화합물로부터도 생성될 수 있다.
본 발명의 특징적 공정에 의하여 제조된 개량된 비정질합금의 여러가지 응용이 제7도-제12도에 도시되어 있다. 제7도는 쇼트키 배리어 태양전지(142)의 단면도를 보인다. 태양전지(142)는 양호한 전기전도성 특성을 갖는 재료의 전국(144)이나 기판을 함유하고 있으며, 따라서 에너지갭내의 저밀도의 편재화 상태를 부여하기 위한 보상 또는 변성된 비정질합금(146) 및 본 발명의 공정에 의하여 최적화된 밴드갭에 의한 오믹(ohmic)접촉을 만드는 능력을 갖추고 있다. 기판(144)는 그곳에 증착되는 비정질합금(146)에 합당한 알루미늄, 탄탈럼, 스텐레스스틸 또는 기타 재료와 같은 낮은 일함수(work function)의 금속으로 구성할 수 있으며, 비정질합금은 전술한 합금의 방법으로 보상되거나 또는 변성된 실리콘을 포함하는 것이 바람직하고, 이에 의하여 1016/cm3/eV를 넘지 않는 것이 바람직한 에너지갭내에 저밀도 편재화 상태를 갖는다. 합금은 전국(144)에 인접한 영역(148)을 가짐이 가장 좋으며, 이 영역은 전국과 도우프 처리되지 않은 비교적 높은 암저항(暗抵抗) 영역(150) 사이에 충분히 도우프 처리된 낮은 저항계면을 가진 n+전도성을 형성하며, 영역(150)은 진공이기는 하나, 전술한 것처럼 구배진 밴드갭을 갖는 낮은 n형 전도성영역이다.
제7도에 보인 비정질합금(146)의 상면은 금속영역(152), 즉 이 영역과 쇼트기 배리어(154)를 형성하는 비정질합금(146)과의 계면을 접합한다. 금속영역(152)은 태양방사에 대하여 투명 반투명이어서, 양호한 전도성을 가지며 비정질합금(146)에 비해서 (예컨대 금, 백금, 팔라듐등에 의하여 생기는 4.5eV 또는 그 이상의) 높은 일함수의 것이다. 금속영역(152)은 금속단일층이어도, 또 다중층이어도 좋다. 비정질합금(146)은 약 0.5 내지 1마이크론 두께를 가지며, 금속영역(152)은 태양방사에 대하여 반투명이기 때문에 약 100Å의 두 두께를 갖는다.
금속영역(152)의 표면에는 양호한 전도성을 갖는 금속으로 만든 그리드(grid) 전국(156)이 증착된다. 그리드는 금속영역 면적의 근소한 부분만을 점유하는 전도물질과 직각의 관계를 가진 선들로 이루어지며, 나머지 면적은 태양에너지에 노출된다. 예컨대, 그리드(156)은 금속영역(152)의 전 면적에 5-10%를 점유함에 불구하다. 그리드(156)은 금속영역(152)로부터의 전류를 균일하게 수지하여, 디바이스에 양호한 낮은 직렬저항을 갖도록 한다.
무반사층(158)은, 그리드 전국(156) 및 그리드 전국간의 금속영역(152)에 가한다. 무반사층(158)은 태양방사가 충돌하는 태양방사입사면(160)을 갖는다. 예컨대, 무반사층(158)은 이층의 굴절율을 4배로 나눈 태양방사 스펙트럼의 최대 에너지점의 값에 상당하는 두께의 파장을 가질 수 있다. 금속영역(152)가 두께 100Å의 백금이라면, 적당한 무반사층(158)은 2.1의 굴정율을 갖는 500Å 두께인 산화 질코니움일 수 있다. 밴드조정원소가 증착중에 양을 변화하면서 광전류발생기(150)에 부가된다. 영역(150)과 (152)와의 사이의 계면에 형성된 쇼트기 배리어(154)는, 태양방사에서 나온 광자로 하여금 합금(146)에 전류 캐리어를 생산케하고, 이 캐리어는 그리드전국(156)에 의하여 전류로서 모아진다. 산화물층(도시하지 않았음)은 층(150과 152)들 사이에 부가되어 MIS(Metal-Insulator-Semiconductor) 태양전지를 만든다.
제7도에 보인 쇼트키 배리어 또는 MIS 태양전지에 첨가해서 전술한 바와 같이, 증착 보상 또는 변성 및 도우핑의 연속적인 절차에 따라서 형성된, 비정질합금의 일부를 형성하는 몸체내에 p-n 접합을 이용하는 태양전지 구조가 있다. 태양전지의 이와같은 다른 형태들은, 제11도 및 제12도는 물론 제8도에 개략적으로 표시되어 있다.
이들 구조(162)는 일반적으로 투명전국(164)를 가지고 있으며 이 전국을 거쳐서 태양방사 에너지가 관련된 태양전지의 몸체내로 들어간다. 이 투명전국과 반대편의 태양전국(166)과의 사이는 전술한 방법으로 처음부터 보상된 실리콘을 바람직하게 포함하는, 증착된 비정질합금(168)이 있다. 이 비정질합금(168)은 각각 반대로 도우프 처리된 적어도 두개의 인접영역(170 및 172)을 가지며 영역(170)은 n-전도영역으로 표시되고, 영역(172)은 p-전도영역으로 표시되어 있다. 영역(170 및 172)의 도우핑 처리는 페르미 준위를 관련된 가전자대 및 전도대로 이동시킴에 충분할 뿐이다. 따라서 암(dark) 전도성은 본 발명의 밴드조정 및 보상 또는 변성방법에 의하여 달성되는 낮은값 그대로이다. 합금(168)은 그 인접영역으로서 같은 전도형의 고전도성, 고도우프 처리의 저항접촉 계면영역(174 및 176)을 가진다. 합금영역(174 및 176)은 각각 전국(164 및 166)에 접한다. 조정원소가 밴드갭을 구배지게 하기 위하여 적어도 영역(170 및/또는 172)에 첨가된다.
제9도를 참조하면, 광검출 디바이스(178)에 사용되는 비정질합금의 다른 응용이 도시되어 있으며, 이 디바이스의 저항은 그곳에 충돌하는 광량에 따라서 변화한다. 본 발명에 의하여 밴드갭이 구배지고 보상 또는 변성된 비정질 합금(180)은 제8도의 본 실시예와 같이 p-n 접합을 가지지 않을뿐만 아니라 투명전국(182)과 기판전국(184) 사이에 배치된다. 광검출 디바이스는 최소의 암 전도성을 가짐이 좋으므로, 따라서 비정질합금(180)은 도우프처리를 하지 아니했으나, 보상 또는 변성된 영역(186)과 전국(182 및 184)들과의 낮은 저항오믹접촉을 형성하는 같은 전도형의 충분히 도우프 처리된 영역(188 및 190)은 합금(180)에 대한 기판을 형성한다. 조정원소가 더 나은 감광도를 위하여 밴드갭을 구배지게 하기위해 적어도 영역(186)에 첨가된다.
제10도를 참조하면(제로그라피드럼과 같이) 정전상발생 디바이스가 표시되어 있다. 이 디바이스(192)는 드럼과 같은 적당한 기판(196) 위에 증착되어 낮은 암전도성, 선택파장역치, 도우프 처리되지 않은 또는 약간 p 도우프 처리된 비정질합금(194)를 갖는다. 조정원소가 감광도를 개선하기 위하여 밴드갭을 구배지게 하기위해 합금(194)에 첨가된다.
여기서 사용된, 보상제 또는 재료 및 변성제, 원소 또는 재료라는 말은 소망하는 밴드갭 및 에너지갭내의 저밀도에 편재화 상태를 갖는 것으로, 비정질실리콘/불소/수소조성물 합금을 형성하기 위하여, 실리콘을 함유하는 비정질합금에 혼입되는 활성불소(및 수소)와 같은, 구조를 변성 또는 변화시키기 위하여 비정질합금에 혼입되는 물질을 의미한다. 활성불소(및 수소)는, 합금내의 실리콘에 결합되어 그 편재화 상태의 밀도를 감소시켜, 불소 및 수소원자의 크기가 작기 때문에, 이들은 실리콘원자 및 비정질합금내의 관계에 실질적인 변화를 주지않고, 비정질합금에 용이하게 도입된다. 이는 불소의 극단적인 전기음성도, 특이성, 크기가 작다는 점 및 반응성 때문에 신뢰성이 있으며, 그 특성의 모든 것이 영향에 도움이 되는 것이며, 불소의 유도력을 통하여, 합금의 편재정도를 조직화하는 것이다. 실리콘 및 수소의 쌍방과 결합하는 불소의 능력은, 에너지갭내의 최소의 편재화 결합상태를 갖는 신규의 우수한 합금을 형성한다. 고로, 불소와 수소는 신규의 합금을 형성하기 위하여 에너지갭내의 다른 편재화상태를 실질적으로 형성함이 없이 도입된다.
제11도를 참조하면, 스테인레스스틸 또는 알루미늄으로 형성된 유리 또는 가요성 웨브(web)일 수 있는 기판(200)을 갖는 p-i-n 태양전지(198)가 도시되어 있다. 기판(200)은 최소한 3밀(mill) 두께가 바람직하지만, 필요에 따라 적절한 폭 길이를 갖게한다. 이 기판은 화학적증착, 증착, 또는 알루미니움 기판의 경우의 아노다이징(anodizing)과 같은 관습적인 방법에 의하여 증착된 절연측(202)를 갖는다. 예컨대 약 5마이크론 두께의 층(202)은 금속산화물로 만들 수 있다. 알루미늄기판에 대하여서는 산화알루미니움(Al2O3)가 좋으며, 스테인레스기판에 대하여는 이산화규소(SiO2) 및 다른 적당한 유리가 좋다.
전국(204)은, 전지(198)용의 베이스전국을 형성하기 위하여 층(202)위에 1 또는 그 이상의 층으로 증착된다. 전국(204)층은 비교적 빠른 증착공정인 증착에 의하여 증착된다. 전국층은 태양전지 또는 스테인레스스틸의 반사성 금속전국임이 좋다. 반사성전국이 좋은 이유는 태양전지에 있어서 반도체 합금을 관통하는 비흡수광은 전국층(204)으로부터 반사되어, 그곳에서 다시 반도체합금을 관통하고, 이어서 이 합금은 디바이스 효율을 증가시키기 위하여 다시 많은 광 에너지를 흡수하기 때문이다.
다음, 기판(202)이 증착환경중에 놓이게 된다. 제11도 및 제12도에 보인예는, 본 발명의 개량된 방법 및 재료를 사용해서 제조할 수 있는 몇개의 p-i-n 접합 디바이스이다. 제11도 및 제12도에 보인 각 디바이스는 전체적으로 약 3000 내지 30,000Å의 두께인 합금체를 갖는다. 이 두께는 구조중에 핀 홀 또는 다른 물리적 결함이 없으며 최대광흡수 효율이 얻어짐을 보증한다. 두꺼운 재료는, 보다 많은 광을 흡수하나 이보다 큰 두께는 광 발생전자 정공쌍보다 많은 재결합을 하게 함으로, 보다 많은 전류를 발생하지 않는다(제7도 내지 제12도에 도시된 각종의 층의 두께는 일정한 척도에 따라서 도시된 것은 아님에 유의하기 바람).
n-i-p 디바이스(198)의 형성에 관해서, 이 디바이스는 처음에는 전국(204)위에 충분히 도우프 처리된 n+합금층(206)을 증착함에 의하여 형성된다. n+층(206)이 한번 증착되면, 진성(i) 합금층(208)이 그 위에 증착된다. 진성층(208)에 이어서 최종적인 반도체층으로서 증착될 충분히 도우프 처리된 전도 p+합금층(201)이 형성된다. 합금층(206, 208, 및 210)은 n-i-p 디바이스(198)의 활성층을 형성한다.
제11도 및 제12도에 도시된 각 디바이스는 다른 용도로도 사용할 수 있으나, 여기서는 광기전력 디바이스라 기술한다. 광기전력 디바이스로서 사용되면, 선택된 외측의 p+층(210)은 낮은 광흡수와, 고전도성의 합금층이다. 진성의 합금층(208)은 태양광응답에 대하여 구배진 파장역치, 높은 광흡수성, 낮은 암전도성과 밴드갭을 구배지게 하기 위하여 충분하고 다양한 양의 조정원소를 함유하는 높은 광전도성을 갖는다. 저부합금층(204)는 낮은 광흡수성과 높은 전도성의 n+층이다. 전국(206)의 내부와 p+층(210)의 윗면 사이의 전체적인 디바이스 두께는 위에 기술된 바와 같이 최소한도 약 3,000Å 정도이다. n+도우프 처리층(206)의 두께는 약 50-500Å 범위가 좋다. 진성합금(208)을 포함하는 비정질 조정원소 두께는 약 3,000-30,000Å 범위가 좋다. 상부의 p+접촉층(210)의 두께는 약 50-500Å 범위가 좋다. 정공(Hole)의 비교적 짧은 확산 길이 때문에, p+층은 일반적으로 약 50-150Å과 같은 가능한 얇은 것이다. 또한 n+또는 p+(여기서는 p+층 210)의 외측층은, 이 접촉층에 있어서 광의 흡수를 피하기 위하여 가능한한 얇게 되며, 일반적으로 밴드갭 조정원소를 함유하지 않는다. p-i-n 접합 디바이스(212)의 제2의 형이 제12도에 표시되어 있다. 이 디바이스에서 최초의 p+층(214)는 전국 층(204)위에 증착되어 이어서 밴드갭을 구배지게 하기 위하여 다양한 양의 밴드갭 조정원소를 함유하는 진성비정질 합금층(216), n 비정질합금층(218) 및 외측 n+비정질합금층(220)이 형성된다. 또한 진성합금층(208 또는 216)(제11도 및 제12도)은 비정질합금이나, 다른 층은 이와같이 한정되지 않으며, 층(214)과 같이 다결정질이어도 좋다(제11도 및 제12도의 역의 구조도 사용이 되나 도시하지는 않았음).
디바이스(198 및 210)에 대하여 원하는 값으로 각종의 반도체 합금층을 증착한, 별도의 증착절차가 바람직하면 별도의 증착환경중에서 실행한다. 증착환경은 그것이 신속한 증착공정이어서, 이를 사용함이 바람직하다. 이 단계에 있어서, TCO층(222)(투명전도성 산화물)이 부가되며, 이것은 예컨대, 인디움 주석산화물-(ITO), 카드니움 주석산염(Cd2SnO4) 또는 도우프 처리된 산화주석(SnO2)이 좋다. TCO 층은 이막이 1 또는 그 이상의 원하는 보상 또는 변성원소에 의해 증착되지 않으면, 불소(및 수소)의 보상후에 첨가된다. 또한 다른 보상 또는 변성원소가 상술한 바와 같이 보상이후에 첨가된다.
전국 그리드(224)는 필요에 따라서 디바이스(198 또는 212)의 어디에나 부가될 수 있다. 충분히 작은 면저를 갖는 디바이스에 관하여는, TCO층(222)은 그리드(224)가 양호한 디바이스 효율에 대해서 필요하지 않으므로 일반적으로 충분한 전도성의 것이어야 한다. 디바이스가 충분히 큰 면적의 경우, 또는 TCO층(222)의 전도성이 불충분하면, 그리드(224)는 층(220)위에 올려 놓을 수 있으며, 그렇게 함으로서 캐리어의 통로를 짧게하여 디바이스의 전도효율을 증가시킨다.
제13도를 참조하면, 프라즈마 활성증착챔버(226)의 1실시예가 보여져 있는바, 이 챔버내에 본 발명의 반도체 및 밴드조정원소를 증착할 수 있다. 제어장치(228)은, 장치(24 ; 제2도)에 관해서 상술한 바와 같은 방법으로 압력, 유량등과 같은 증착파라메트를 제어하기 위해 사용된다. 압력은 약 10-3토르 또는 그 이하로 유지된다.
230 및 232와 같은 1 또는 그 이상의 반응가스도관이 4불화규소(SiF4) 및 수소(H2)와 같은 가스를 프라즈마 영역(234)에 공급하기 위하여 사용할 수 있다. 프라즈마 영역(234)는 DC 전력원(도시하지 않았음)에 의하여 공급되는 코일(236)과 판(238)과의 사이에 확립된다. 프라즈마는 기판(240)위에 증착되는 활성불소(및 수소)를 주기 위하여 공급가스를 활성화한다. 기판(240)은 상술한 바와 같이 가열장치로서 원하는 증착온도로 가열된다. 밴드조정원소 및 실리콘은(242 및 244)와 같이 2 또는 그 이상의 증발보우트(boat)를 사용해서 첨가한다. 보우트(242)는 예컨대 게르마늄을 함유하며 보우트(242)는 실리콘을 함유한다. 보우트(242 및 244)내의 원소는 전자빔 또는 다른 가열장치에 의하여 증발될 수 있으며 프라즈마에 의하여 활성화된다.
밴드갭을 구배지게 하기 위하여 막의 광생성 영역내에 증착되는 밴드조정원소의 양을 변화하기 위하여 샷다(Shutter : 246)를 사용할 수 있다. 이 샷타의 회전속도는 막을 구배지도록 증착되는 밴드조정원소의 양을 변화하기 위해 선택적으로 제어할 수 있다. 따라서 밴드조정원소는 불연속적인 계단상으로 연속적으로 양을 변화하면서 첨가할 수 있다. 제14도는 이용가능한 태양광 스펙트럼을 보인다. 대기권 통과공기량(Air Mass O(AMO))은 대기가 존재하지 않는 경우와 태양이 직접 머리위에 있는 경우에 이용될 수 있는 태양광이다. AMI은 지구의 대기로 여과한 후의 같은 조건에 대응한다. 결정질실리콘은 약 1.0마이크론 메타(마이크론)의 파장에 대응하는 약 1.1-1.2eV의 간접적 밴드갭을 갖는다. 이는 약 1.0마이크론 이상의 모든 광파장에 대해서 광자를 잊어버리는 것, 즉 유효한 광자를 발생하지 않음에 해당된다. 여기서 사용된 것과같은 밴드갭 또는 E 광학값은(α W)1/2플로트(plot)의 보외선분(extrapolated intercept)으로 정의되고 여기서 α는 흡수계수, W(또는 e)는 광자에너지이다. 밴드갭에 의하여 전해진 역치이상의 파장을 갖는 광에 대하여 광자에너지는 포토캐리어 쌍을 발생하기에는 충분치 않아서, 이런 이유로 어떠한 전류도 디바이스에 가하지 않는다. 다른 광응답 응용은 적외선 응답에 대하는 것과 같이 레이저 파장에 대응하는 것이다. 헬륨네온 레이저(helium neon laser)와 같은 레이저를 사용하는 고속전자사진 컴퓨터 출력장치에 사용되는 광응답재료는 약 0.6마이크론의 파장역치를 가져야 한다. GaAs 레이저와 같은 광학섬유에 사용되는 광응답재료의 역치는 약 1마이크론 또는 그 이하의 값이어야 한다. 본 발명의 밴드갭 조정원소 첨가는 원하는 응용에 대하여 구배를 지닌 밴드갭을 갖는 합금을 형성한다.
각 디바이스 반도체 합금층은, 상술한 미국특허 제4,226,898호에 기재된 종래의 글로우 방전 챔버에 의하여 베이스전국 기판위에 글로우 방전이 증착되므로 가능할 수 있다. 합금층은 연속공정으로 부착될 수 있다. 예컨대 글로우 방전시스템은, 처음에는 약 1m-토르로 배기되어 증착시스템으로부터 대기중의 불순물을 제거하거나 정화한다. 합금재료는 4 불화규소(SiF4) 수소(H2) 및 게르메인(GeF4)이 바람직하다. 글로우 방전 프라즈마는 가스혼합물부터 얻음이 좋다. 미국특허 제4,226,898호의 증착시스템은 약 0.3-1.5토르, 바람직하기는 0.6토르와 같은 0.6-1.0 토르 범위의 압력으로 조직함이 바람직하다.
반도체 재료는 자기지지(自己支持) 프라즈마로부터 기판상에 증착되며, 이 기판은 적외선 장치에 의해 각 합금층에 대하여 원하는 증착온도로 바람직하게 가열된다. 디바이스의 도우프 처리된 층은 사용된 재료의 형태에 따라 200℃-1000℃범위의 각종온도에서 증착된다. 기판온도의 상한은 사용된 금속기판의 어떤형의 것인가에 따른다. 알루미늄을 사용하는 경우 그 상한의 온도는 600℃ 이상이면 안되며, 스테인레스스틸의 경우는 1000℃ 이상이 가능하다. n-i-p 또는 p-i-n 디바이스에 진성층을 형성하도록 생성되어야 할 초기 수소보상 비절질합금에 대해서는 기판온도가 약 400℃이하로 하여야 하며 약 300℃가 바람직하다. 도우프 농도는 합금층이 각 디바이스에 대하여 증착될때에 소망의 p, p+, n 또는 n+형의 전도성을 일으키도록 변화된다. n 또는 p 도우프 처리중에 관해서, 재료는 그것이 증착될때, 5-100ppm의 도우판트 물질로 도우프 처리한다. n+또는 p+도우프처리중에 관해서, 재료는 그것이 증착될때, 5-100ppm의 도우판드 물질로 도우프 처리한다. n+또는 p+도우프 처리층에 관해서 재료는 그것이 증착될때 100ppm-1% 이상의 도우판드 물질로 도우프 처리된다. n 도우판트 물질은 p+물질에 대하여 100ppm-5000ppm 이상의 범위내의 종래의 도우판트가 바람직하다.
글로우방전 증착공정은, 재료가 도입되어지는 AC 신호생성 프라즈마를 함유할 수 있다. 프라즈마는 약 1KHz 내지 13.6MHz의 AC 신호에 의해 음곡과 기판양국간에 유지된다.
본 발명의 구배진 방법 및 원소는, 각종의 비정질합금층으로 이루어진 디바이스 내에서 이용할 수 있으나, 이는 불소 및 수소보상 글로우방전 증착합금과 함께 이용하는 것이 좋다. 이 경우에 4 불화규소와 수소의 혼합물은 n형층에 대하여 약 400℃ 또는 그 이하의 온도에서 비정질보상 합금재료로서 증착된다. 밴드갭이 구배진 진성비정질 합금층 및 p+층은 약 450℃ 이상의 비교적 높은 기판온도에서 전국층 위에 증착하여, 불소로 보상된 재료를 얻을 수 있다.
예컨대, 0.001-1%의 범위내에 있는 GeH4대 SiF4의 적당한 비율을 갖는 가스상의 GeH4+Ar+SiF4+H4의 혼합물은, 원하는 전자특성을 상실함이 없이 원하는 밴드갭을 갖는 광응답합금을 생성한다. 이 혼합물은 4대 1-10대 1의 SiF4대 H2의 비율을 갖는다. 결과로서 얻어지는 합금구배 또는 조정원소 여기서는 게르마늄의 양은 가스의 비율보다 훨씬 많으며, 경우에 따라서는 20% 이상으로 할 수 있다. 아르곤은 회석제로서 유용하지만 본 발명의 공정에서 필수적인 것은 아니다.
밴드갭 조정원소는 최소한도 디바이스의 광응답영역에 첨가되지만, 이 원소는 또한 디바이스의 다른 합금층에서도 이용될 수 있다. 상술한 바와 같이 진성합금층 이외의 합금층은 다결정층과 같은 비정질층 이외의 것일수도 있다(여기서 "비정질"이라는 말은 소위 장거리 무질서(long range disorder)를 가진 합금 또는 재료를 의미하나 이는 단거리질서, 또는 중간거리질서, 심지어 경우에 따라서는 결정질을 내포하는 경우 또한 의미한다.)

Claims (6)

  1. 밴드갭내의 상태를 증가시키지 않고, 특정한 범위의 광응답 파장함수를 지닌 구배진 밴드갭을 갖는 합금을 만들기 위하여, 적어도 실리콘을 포함하는 재료를 기판상에 증착하여 상기 재료속으로 상태밀도 감소원소인 불소를 혼합시키는 단계 및 밴드갭 조정원소를 양을 변화하면서 상기 재료속으로 도입시키는 단계를 포함하는 개선된 광응답 비정질합금의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조정원소가 게르마늄, 주석, 탄소 또는 질소로 이루어진 그룹중 하나인 광응답비정질 합금의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 합금이 적어도 SiF4, H2및 GeH4의 혼합물로부터 글로우 방전에 의해 증착되는 광응답 비정질합금의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 혼합물이 1%까지의 GeH4를 포함하는 광응답 비정질합금의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서, SiF4와 H2와 상기 혼합물이 4:1-10:1의 비율을 갖는 광응답 비정질합금의 제조방법.
  6. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 적어도 상기합금의 일부분이 p 또는 n 도우판트 원소중 하나를 포함하는 광응답 비정질합금의 제조방법.
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