DE2711365A1 - Halbleiteranordnung mit schottky- grenzschicht - Google Patents

Halbleiteranordnung mit schottky- grenzschicht

Info

Publication number
DE2711365A1
DE2711365A1 DE19772711365 DE2711365A DE2711365A1 DE 2711365 A1 DE2711365 A1 DE 2711365A1 DE 19772711365 DE19772711365 DE 19772711365 DE 2711365 A DE2711365 A DE 2711365A DE 2711365 A1 DE2711365 A1 DE 2711365A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
substrate
amorphous silicon
glow discharge
silane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19772711365
Other languages
English (en)
Other versions
DE2711365C2 (de
Inventor
David Emil Carlson
Jun Alfred Robert Triano
Christopher Roman Wronski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RCA Corp
Original Assignee
RCA Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US05/710,186 external-priority patent/US4142195A/en
Application filed by RCA Corp filed Critical RCA Corp
Publication of DE2711365A1 publication Critical patent/DE2711365A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2711365C2 publication Critical patent/DE2711365C2/de
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/20—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof such devices or parts thereof comprising amorphous semiconductor materials
    • H01L31/202—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof such devices or parts thereof comprising amorphous semiconductor materials including only elements of Group IV of the Periodic System
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/503—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using dc or ac discharges
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02425—Conductive materials, e.g. metallic silicides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02441—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/0245—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02469—Group 12/16 materials
    • H01L21/02474—Sulfides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02532—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/04—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their crystalline structure, e.g. polycrystalline, cubic or particular orientation of crystalline planes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/07—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the Schottky type
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Description

Dn.-Ing. Reiman König ■ Dipl.-Ing. Klaus Bergen Cecilienallee 76 Λ Düsseldorf 3O Telefon 45 2008 Patentanwälte
14. März 1977 31 308 B
RCA Corporation, 30 Rockefeiler Plaza, New York, N.Y. 10020 (V.St.A.)
"Halbleiteranordnung mit Schottky-Grenzschicht"
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Halbleiteranordnungen, insbesondere auf solche mit einer Schottky-Grenzschicht, wie sie beispielsweise bei Fotospannuags- und Strom-Gleichrichteranordnungen zur Anwendung kommen, bei denen amorphes, durch Glimmentladung in Silan hergestelltes Silizium benutzt wird.
Fotospannungs-Anordnungen, wie Solarzellen und Fotodetektoren sind im Stande, Licht beispielsweise aus dem Bereich des infraroten Lichtes bis zum ultravioletten Licht, in brauchbare elektrische Energie umzuwandeln. Ein Problem auf dem Gebiet der Solarzellen besteht darin, daß wegen der Kosten für die aus Solarzellen gewonnene elektrische Energie dieses Verfahren häufig nicht mit anderen Erzeugungsartsn wettbewerbsfähig ist. Einer der größten Ausgabenposten in der Solarzellenherstellung ist der Preis des in den Solarzellen verwendeten Halbleitermaterials. Natürlich ist der Preis einer Solarzelle um so höher, je mehr Halbleitermaterial benötigt wird. Eine Verringerung des benötigten Halbleitermaterials für Fotodetektoranordnungen würd- ebenfalls deren Kosten senken. Wenn das gleiche Halbleitermaterial Strom-Gleichrichtereigenschaften in der Dunkelheit aufweist, so könnte es ebenfalls in Halbleiteranordnungen wie Dioden, Verwendung finden.
— i. —
Es wurde nun festgestellt, daß die Grundkörper der Fotospannungs- und Strom-Gleichrichteranordnungen sehr dünn gemacht werden können, wenn man amorphes Silizium verwendet, das unter Glimmentladung in Silan erzeugt wurde. Ein Problem jedoch, das in einigen dieser Anordnungen auftritt, ist die Herstellung eines Ohmschen Kontaktes an derart hergestelltem, amorphem Silizium.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiter-Anordnung unter Verwendung von amorphem Silizium zu schaffen, bei der dessen Vorteile voll erhalten bleiben, die aber gleichzeitig einen guten Ohmschen Kontakt am amorphen Silizium ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgamäß durch die im kenazeiohnenden Teil des Anspruchs 1 bzw. der Ansprüche 7 und 10 angegebenen Merkmale gelöst» Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dargestellt, anhand derer die Erfindung näher erläutert wird. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer Halbleiteranordnung mit Schottky-Grenzschicht nach der Erfindung;
Fig. 2 eine graphische Darstellung des Absorptionskoeffizienten von Einkristallsilizium im Vergleich zu amorphem Silizium, das durch Glimmentladung erzeugt wurde, und zwar im sichtbaren Lichtbereich;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer ersten Vorrichrichtung für die Herstellung von amorphem Silizium durch eine Glimmentladung in Silan;
709839/088')
4 eine schsmatische Darstellung einer zweiten Vorrichtung für die Herstellung von amorphem Silizium durch Glimmentladung in Silan;
Fig. 5 einen Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Halbleiteranordnung mit Schottky-Grenzschicht nach der Erfindung.
In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Halbleiteranordnung nach der vorliegenden Erfindung mit 10 bezeichnet. Die Halbleiteranordnung 10 weist ein Substrat 12 aus einem Material mit guten elektrischen Leiteigenschaften auf» Typische Materialien mit diesen Eigenschaften sind Aluminium, Chrom, rostfreier Stahl, Niob, Tantal, Eisen und
Indium-Zinn-Oxid auf Glas.
Auf einer Oberfläche des Substrats 12 ist ein Grundkörper 13 aus amorphem Silizium aufgebracht, das durch Glimmentladung in Silan SiH, hergestellt wurde. Das Abscheideverfahren, das Fachleuten bekannt ist, beinhaltet die elektrische Entladung durch Gas bei relativ niedrigem Druck, beispielsweise um 5 Torr oder weniger, in einer teilweise evakuierten Kammer. Eine Glimmentladung ist durch mehrere Bereiche von diffusem, leuchtenden Glühen charakterisiert, beispielsweise der positiven Glühsäule nahe der Anode und dem negativen Glühbereich zwischen Anode und Kathode, und einem Spannungsabfall in der Nachbarschaft der Kathode,
der ein viel höheres Potential aufweist als das Ionisierungspotential des Gases, beispielsweise der Crookes-Dunkelraumbereich.
Amorphes Material ist Material, das keine Ordnung über
größere Bereiche bezüglich der Periodizität der Matrix
aufweist. Amorphes Silizium, das durch Glimmentladung
709839/08H?
in Silan, SiH-, hergestellt wurde, besitzt eine Ordnung in einem kleinen Bereich von nicht mehr als 20 Ä. Das Fehlen einer Ordnung über größere Bereiche bei amorphem, durch Glimmentladung in Silan hergestelltem Silizium kann durch Röntgenstrahl- oder Elektronen-Beugung festgestellt werden.
Der Körper 13 besitzt eine erste Schicht 14 aus amorphem Silizium, das durch Glimmentladung in einer Mischung von Silan und Dotiergas hergestellt wurde. Die erste Schicht 14 weist einen Ohmschen Kontakt mit dem Substrat 12 auf, wobei zwischen beiden eine erste Grenzfläche 15 liegt. Eine zweite Schicht 16 aus amorphem Silizium innerhalb des Körpers 13 ist auf der ersten Schicht 14 auf der dem Substrat 12 abgewandten Seite aufgebracht. Die zweite Schicht 16 wurde durch Glimmentladung in Silan,SiH,, hergestellt, und zwar typischerweise durch eine Glimmentladung in im wesentlichen reinem Silan. Da die Glimmentladung in im wesentlichen reinen Silan stattfindet, würde man annehmen, daß die zweite Schicht 16 undotiert ist, es wurde jedoch festgestellt, daß diese zweite Schicht 16, obwohl in reinem Silan hergestellt, leicht n-dotiert ist, beispielsweise bei Abscheiden auf einer Oberfläche, die auf eine Temperatur von mehr als 1000C erhitzt wurde. Die erste und die zweite Schicht 14 bzw. 16 sind, vom gleichen Leitfähigkeitstyp. Vorzugsweise nimmt die Dotierungskonzentration der ersten Schicint 14 derart ab, daß sie an der Grenzfläche 15 ein Maximum aufweist und bis zu unoedeutender Konzentration an der Grenzfläche der ersten Schicht 14 mit der zweiten Scmcht 16 abnimmt. Obwohl die erste Schicht vorzugsweise eine gestufte bzw. abnehmende Dotierungskonzentration aufweist, werden mit der vorliegenden Erfindung aus Gründen, die nachfolgend erklärt werden, auch Do-cierungskonzentrationen
umfaßt, die durch c'.ie gesamte Schicht 14 gleichförmig sind.
Das amorphe Silizium der ersten und zweiten Schicht 14 bzw. 16 wird durch eine Glimmentladung in Silan zuzüglich einem geeigneten Dotierungsgas für die Schicht 14 gebildet, und kann von anderem amorphem Silizium dadurch unterschieden werden, daß es die kinetischen Eigenschaften einer durchschnittlichen Zustandsdichte in der Größenordnung von 10 /ClYr oder darunter besitzt. Die durchschnittliche Zustandsdichte ist zu bestimmen durch Aufzeichnen des Verhältnisses von 1 zur quadrierten Kapazität (1/C ) als Funktion der an der Silizium-Halbleiteranordnung herrschenden Spannung. Aus der Form dieser Aufzeichnung können Fachleute die durchschnittliche Zustandsdichte bestimmen. Bei der Herstellung von amorphem Silizium durch Glimmentladung in Silan beträgt die Drift-Beweglichkeit für Elektronen 10 ^cm /V-seCo oder mehr. Die Driftbeweglichkeit der Elektronen wird durch bekannte Maßnahmen gemessen, wobei man Lichtimpulse oder Elektronenstrahlimpulse auf die vorgespannte Halbleiteranordnung auftreffen läßt und der durch die Impulse erzeugte nachfolgende Elektronenfluß wird durch
ein Probensystem verfolgt. Aus Messungen der Fotoleitfähigkeit ist weiterhin abgeschätzt worden, daß die Größenordnung der Lebensdauer der Elektronen von durch die Glimmentladung in Silan erzeugtem amorphem Silizium
_5
in der Größenordnung von 10 see. liegt. Gleichwohl kann vorausgesetzt werden, daß durch Glimmentladung in Silan erzeugtes amorphes Silizium mit einer Elektronen-Lebensdauer in der Größenordnung von 10 see oder höher ebenfalls gute elektrische Eigenschaften aufweist.
Die erste Schicht 14 ist typischerweise zwischen 100 und etwa 0,5 Micrometer dick, die zweite Schicht 16 zwischen etwa 1/2 und 1 Micrometer dick.
?09839/08ft2
Auf der der ersten Schicht 14 abgewandten Oberfläche der zweiten Schicht 16 ist ein Metallfilm 18 an einer Grenzfläche 20 angebracht. Der Metallfilm 18 ist mindestens halbtransparent gegenüber Sonnenstrahlung, wenn die Anordnung als Solarzelle benutzt werden soll, und ist aus Metall mit guter elektrischer Leitfähigkeit und hohem Normalpotential, beispielsweise größer als 4,5 eV, d.h. ein edles Metall, unter der Annahme, daß die zweite Schicht 16 η-leitend ist. Metalle mit guter elektrischer Leitfähigkeit und hohem Normalpotential, d.h. ein edles Metall, sind beispielsweise Gold, Silber, Platin, Palladium, Rhodium, Iridium oder Chrom. Der Metallfilm 18 kann aus einer einzelnen Metallschicht oder aus mehreren Schichten bestehen. Falls der Metallfilm 18 aus mehreren Schichten besteht, könnte eine erste Schicht aus Platin auf der zweiten Schicht 16 aufliegen, und eine zweite Schicht auf der ersten Platinschicht könnte Gold oder Silber sein, um eine gute elektrische Leitfähigkeit zu erreichen. Wie vorher festgestellt, ist im Falle einer Solarzelle der Metallfilm 18 mindestens halbtransparent gegenüber Sonnenstrahlung, und sollte zu diesem Zweck, da es sich um ein Metall handelt, etwa 100 Ä dick sein.
Üblicherweise ist die erste Schicht η-leitend, obwohl die erste Schicht einer erfindungsgemäßen Schottky-Anordnung selbstverständlich auch p-leitend sein kann. Falls die erste Schicht 14 p-leitend ist, wird die zweite Schicht 16 derart dotiert, daß sie leicht p-leitend ist und der Metallfilm 18 besteht aus einem Metall mit niedrigem Normalpotential, d.h. einem unedlen Metall, mit weniger als etwa 4,3 eV, im allgemeinen Aluminium.
An einem Abschnitt der der Grenzfläche 20 gegenüberliegenden Oberfläche des Metallfilms 18 ist eine Elektrode
709839/088?
- ff -
angeordnet. Typischerweise hat die Elektrode 22 die Form eines Gitters, obwohl sie auch andere bekannte Formen, beispielsweise eines Fingers oder eines Kammes aufweisen kann; die Elektrode besteht aus einem Metall mit guter elektrischer Leitfähigkeit.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Elektrode 22 zwei Scharen von Gitterlinien auf, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und die Gitterlinien der anderen Anordnung schneiden. Die Elektrode 22 nimmt lediglich eine kleine Fläche der Oberfläche des Metallfilms 18 ein, beispielsweise etwa 5-10% der Oberfläche des Films 18, da die auf die Elektrode 22 auftreffende Sonnenstrahlung von der Anordnung 10 wegreflektiert werden soll. Die Aufgabe der Elektrode 22 besteht in der gleichmäßigen Aufnahme des vom Metallfilm 18 herrührenden Stromes. Die Elektrode 22 erleichtert es, den Serienwiderstand der Anordnung 20 niedrig zu halten, wenn er als Teil des Schaltkreises in Betrieb ist. Es kann jedoch davon ausgegangen werden, daß lediglich eine einzige Gitterschar für eine gleichmäßige Stromaufnahme bei Anordnung mit kleinen Oberflächenbereichen notwendig ist, die in irgendeiner bekannten Form, wie als Finger, oder Kamm, gestaltet sein kann.
Eine Antireflexionsschicht 24 ist an der Elektrode 22 und der der Grenzfläche 20 gegenüberliegenden Oberfläche des von der Elektrode 22 nicht beieckten Metallfilms 18 angebracht. Die Antireflexionsschicht 24 weist eine Einfallfläche 26 auf, auf welche die Sonnenstrahlung 28 auftreffen kann. Wie allgemein bekannt, erhält man eine Erhöhung der Sonnenstrahlung 28, die durch den Metallfilm 18 durchgeht und in die Anordnung 10 eindringt, indem man die Dicke der Antireflexionsschicht 24
709839/0882
in der Größenordnung von 7\,/n hält, wobei TU die Wellenlänge der auf die Einfallfläche 26 auftreffenden Strahlung, und η der Brechungsindex der Antireflexionsschicht 24 ist. Der Brechungsindex η der Antireflexionsschicht 24 sollte einen geeigneten Wert haben, damit der Betrag der auf den Metallfilm 18 auffallenden Sonnenstrahlung 28 erhöht wird. Falls beispielsweise der Metallfilm 18 aus Platin mit einer Dicke von 100 Ä besteht, könnte eine geeignete Antireflexionsschicht 24 aus Zirkonoxid ZrO2 von 500 Ä Dicke mit η = 2,1 bestehen. Im Ergebnis verringert die Antireflexionsschicht 24 den Betrag des Lichtes, der von der Anordnung 10 reflektiert wird. Normalerweise wird die Antireflexionsschicht 24 aus einem dielektrischen Material wie Zinksulfid, Zirkonoxid oder Silikonnitrid bestehen, sie kann aber auch ein transparentes halbleitendes Material wie Zinnoxid, welches mit Antimon dotiert ist, oder Indiumoxid, dotiert mit Zinn, sein.
Es ist bekannt, daß man einen Randschicht-Übergang, allgemein als Schottky-Grenzschicht bzw. -Sperrschicht bekannt, als Ergebnis der Berührung von bestimmten Metallen mit bestimmten Halbleitermaterialien erhält. Bei der Schottky-Anordnung 10 nach der vorliegenden Erfindung wird der Übergang durch Berührung des Metallfilms 18 mit der zweiten Schicht 16 an der Grenzfläche 20 gebildet. Eine Schottky-Sperrschicht erzeugt eine Raumladung oder ein elektrisches Feld im Halbleitermaterial dei/Anordnung 10 von der Grenzfläche 20 her, welches in die zweite Schicht 16 eindringt; dieser Bereich wird als Verarmungs- oder Sperr-Bereich bezeichnet. Als Ergebnis der abnehmenden Dotierungskonzentration in der ersten Schicht 14 wird ebenfalls in dieser ein elektrisches Feld erzeugt. Infolge der Schottky-Sperrschicht an der Grenzfläche 20 und der abgestuften, abnehmenden Dotierungskonzentration
709839/088?
'feeder ersten Schicht 14 erstreckt sich ein elektrisches Feld im wesentlichen durch die erste und die zweite Schicht 14 bzw. 16. Es wird zumindest für Fotospannungs-Anordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt, daß sich das elektrische Feld sowohl durch die erste als auch durch die zweite Schicht 14 bzw. 16 erstreckt. Bei einem elektrischen Feld, das sich durch die erste und die zweite Schicht 14 bzw. 16 erstreckt, werden Ladungsträger, die irgendwo innerhalb dieser Schichten erzeugt werden, als Ergebnis der Absorption der Sonnenstrahlung 28 durch das elektrische Feld entweder zum Substrat 12 oder zur Metallschicht 18 abgezogen. Das Substrat 12 ist eine der Elektroden der Anordnung 10. Falls sich das elektrische Feld nicht in einen Abschnitt der ersten oder der zweiten Schicht
14 bzw. 16 der Anordnung 10 hineinerstreckt, werden irgendwelche Ladungsträger, welche in diesem quasi - neutralen Abschnitt erzeugt werden, nicht mit Hilfe eines Feldes zu einer Elektrode abgezogen und sind auf Diffusion zum Verarmungsbereich angewiesen, damit sie aufgefangen werden können. Außerdem trägt irgendein quasi - neutraler Bereich bei der Stromentnahme aus der Anordnung zum Serien- oder Reihenwiderstand bei, was den Wirkungsgrad der Anordnung verringert.
Während die abnehmende Dotierungskonzentration innerhalb der ersten Schicht 14 vorteilhaft ist für eine Verbreiterung des elektrischen Feld-Bereiches der Anordnung 10, kann zusätzlich ein Ohmscher Kontakt zwischen erster Schicht 14 und Substrat 12 leichter gebildet werden, da die Dotierungskonzentration an der ersten Grenzfläche
15 ihr Maximum hat, und beispielsweise in der Größenordnung von 5 Atom-96 liegt. Die Bildung eines Ohmschen Kontaktes an der Berührungsstelle 15 ist vorteilhaft, um einen niedrigen Serienwiderstand für die Halbleiter-
709839/D8R?
η3 ·
anordnung 10 zu erreichen. Selbst wenn durch die erste Schicht 14 hindurch eine gleichförmige Dotierungskonzentration herrscht, kann an der Berührungsstelle 15 ein Ohmscher Kontakt gebildet werden, so lange die gleichförmige Dotierungskonzentration in der Größenordnung von 5 Atom-96 liegt.
Das amorphe Silizium der ersten Schicht 14, das durch Glimmentladung in Silan plus Dotierungsgas hergestellt wurde, und das amorphe Silizium der zweiten Schicht 16, das durch Glimmentladung in Silan hergestellt wurde, besitzt Eigenschaften, die für Fotospannungs-Anordnungen in idealer Weise geeignet sind. Die Elektronen-Lebensdauer in amorphem Silizium, das durch Glimmentladung in Silan
—5
hergestellt wurde, wird auf etwa 10 see geschätzt, während die Elektronen-Lebensdauer bei amorphem Silizium, welches durch Zerstäubung oder Aufdampfen gewonnen wurde,
—11
in der Größenordnung von 10 see liegt»
Messungen der spektralen Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Anordnung zeigen einen hohen Auffang-Wirkungsgrad im sichtbaren Bereich des Spektrums an, beispielsweise einen durchschnittlichen Auffang-Wirkungsgrad im Spektralbereich von 4000 & bis 7000 Ä in der Größenordnung von 50%.
Die Lichtabsorption im sichtbaren Bereich, d.h. von 4000 Ä bis 7000 Ä, liegt bei durch Glimmentladung erzeugtem amorphem Silizium höher als diejenige von monokristallinem Silizium. In Figur 2 ist gezeigt, daß amorphes Silizium einen größeren Absorptionskoeffizienten über den sichtbaren Bereich hat als monokristallines Silizium. Dies bedeutet, daß ein Hauptteil aus durch Glimmentladung gewonnenen amorphem Silizium um den Faktor 10 dünner sein kann als monokristallines Silizium, um eine vergleichbare
709839/08B?
Lichtabsorption im sichtbaren Bereich zu erzielen.
Weiterhin liegt die durchschnittliche Zustandsdichte von durch Glimmentladung gewonnenem, amorphem Silizium in der Größenordnung von 10 /cm oder darunter. Die durchschnittliche Zustandsdichte von durch Glimmentladung erzeugtem amorphem Silizium nimmt mit steigender Abscheidetemperatur und wachsender Reinheit des Silans bei der Herstellung ab und ist viel niedriger als diejenige von amorphem Silizium, das auf andere Art erzeugt wurde, beispielsweise durch Zerstäubung oder Aufdampfung, dessen
19/ 3 durchschnittliche Zustandsdichte bei 10 vcm·^ oder darüber liegt. Es ist auffällig, daß die Zustandsdichte umgekehrt proportional zum Quadrat der Breite des Verarmungsbereichs ist. Da die Zustandsdichte bei durch Glimmentladung gewonnenem amorphem Silizium relativ niedrig ist, kann man eine Verarmungsbreite in der Größenordnung von Λ*/ m erhalten. Augenfällig für die durchschnittliche Zustandsdichte nahe der Mitte des Energiebandes ist die Tatsache, daß die Lebensdauer der Energieträger*umgekehrt proportional ist zur durchschnittlichen Zustandsdichte. Diese Tatsache bestätigt wiederum, daß die Lebensdauer der Träger von durch Glimmentladung gewonnenem amorphem Silizium höher ist als diejenige von amorphem Silizium, das durch die vorher erwähnten anderen Verfahren hergestellt wurde.
In Figur 3 ist eine für eine Glimmentladung geeignete Vorrichtung zur Herstellung der Halbleiter-Anordnung 10 nach der vorliegenden Erfindung im ganzen mit 30 bezeichnet. Die Glimmentladungs-Vorrichtung 30 enthält eine Kammer 32, welche durch eine Vakuumglocke 34, üblicherweise aus Glas, gebildet wird. In der Vakuumkammer 32 ist eine Elektrode 36 sowie eine Heizplatte 38 in
709839/088?
einem Abstand davon und gegenüber der Elektrode 36 angeordnet. Die Elektrode 36 besteht aus Metall mit guter elektrischer Leitfähigkeit, wie Platin, und hat die Form eines Schirms oder einer Spule. Die Heizplatte 38 besteht aus einem Keramik-Rahmen mit eingeschlossenen Heizspulen, die von einer Stromquelle 40 außerhalb der Vakuumkammer 32 gespeist werden.
Ein erster Auslaß 44 in der Vakuumkammer 32 ist mit einer Diffusionspumpe verbunden, ein zweiter Auslaß 46 ist mit einer mechanischen Pumpe verbunden, und ein dritter Auslaß 48 ist mit einer Gaszufuhr verbunden, die als QiAIe für die verschiedenen, während des Glimmentladungs-Verfahrens benutzten Gase darstellt. Obwohl der zweite Auslaß 46 als mit einer Diffusionspumpe verbunden beschrieben ist, wird vorausgesetzt, daß eine Diffusionspumpe unter Umständen nicht notwendig ist, da die mit dem ersten Auslaß 44 verbundene, mechanische Pumpe die Anlage bis zu einem ausreichenden Druck evakuieren kann.
Bei der Herstellung der Halbleiteranordnung 10 wird das Substrat 12, beispielsweise rostfreier Stahl 304, auf der Heizplatte 38 angeordnet und mit einer Buchse der Spannungsquelle 42 verbunden, während die Elektrode 36 mit der entgegengesetzten Buchse der Spannungsquelle 42 verbunden wird. Daher existiert ein Spannungspotential zwischen Elektrode 36 und Substrat 12. Die Spannung der Spannungsquelle 42 kann entweder Gleichspannung sein oder sie kann im niedrigen Frequenzbereich von beispielsweise 60 Hertz, oder im Radiofrequenzbereich liegen, beispielsweise im Hochfrequenzbereich in der Größenordnung von MHz. Wenn die Spannungsquelle 42 Gleichstrom liefert, ist die Elektrode 36 üblicherweise mit der positiven
709839/088?
Buchse der Spannungsquelle 42 verbunden, und das Substrat 12 ist mit der negativen Buchse der Spannungsquelle 42 verbunden. Daher wirkt die Elektrode 36 als Anode und das Substrat 12 als Kathode, wenn die Spannungsquelle 42 eingeschaltet wird. Dieses wird als Kathoden-Gleichstrom-Betrieb bezeichnet. Jedoch können beim Gleichstrombetrieb das Substrat 12 und die Elektrode 36 auch umgekehrte Polarität haben, d.h. daß das Substrat 12 die Anode und die Elektrode 36 die Kathode ist, was als Gleichstrom-Anodenbetrieb bezeichnet wird. Es wurde festgestellt, daß die Abscheidegeschwindigkeit beim Kathodenbetrieb etwas höher als beim Anodenbetrieb liegt. Außerdem kann ein Hochfrequenz-Glimmentladungsbetrieb in Elektroden-losen Glimmentladungsvorrichtungen von bekannter Bauart durchgeführt werden, beispielsweise in kapazitiven Hochfrequenz-Glimmentladungs-Anlagen und induktiven Hochfrequenz-Glimmentladungs-Anlagen.
Jedoch erreicht wan eine gleichmäßigere Abscheidung über
ρ eine große Fläche, beispielsweise größer als 10 cm , bei einer Glimmentladung mit Gleichstrom oder niedrigem Wechselstrom als mit Elektroden-loser Hochfrequenz. Als nächstes wird die Vakuumkammer 32 üblicherweise auch auf einen Druck von etwa 10- bis 10~ Torr evakuiert, und das Substrat 12 auf eine Temperatur im Bereich von 150° bis 450°C aufgeheizt, wobei man die Heizspulen der Heizplatten 38 mit Strom versorgt.
Dann wird eine Atmosphäre von etwa 98,5% Silan, SiH,, und etwa 1,5% n-Dotiergas in die Vakuumkammer eingeführt, so daß ein Druck von 0,1 bis 5 Torr entsteht, und als Ergebnis erhöht sich die Substrat-Temperatur auf einen Wert im Bereich von 2000C bis 500°C. Übliche n-Typ-Dotiergase, welche in Glimmentladungs-Verfahren verwendet werden können, sind Phosphin, PH,, und Arsin AsH,. Es können eben-
709839/0882
-Ui-
falls Materialien wie Antimon Sb, Wismuth Bi, Natriumhydrid NaH und Caesium-nitrid CsN, verwendet werden, indem man sie in ein Verdampferschiffchen füllt und in der Atmosphäre der Vakuumkammer 32 erhitzt, bis der gewünschte Betrag von Dotiergas oder -Dampf in die Silan-Atmosphäre abgegeben wird.
Um die Glimmentladung zwischen Elektrode 36 und Substrat 12 einzuleiten, wird die Spannungsquelle 42 eingeschaltet, wodurch das Abscheiden der dotierten, amorphen Siliziumschicht 14 beginnt. Es sei der Gleichstrom-Kathodenbetrieb angenommen. Für die Abscheidung der ersten Schicht 14 sollte die Stromdichte in der Größenordnung von 0,1 bis 3,0 mA/cm an der Oberfläche des Substrats 12 liegen. Die Abscheidegeschwindigkeit des amorphen Siliziums wächst mit dem Dampfdruck des Silans und der Stromdichte an. Bei einem Druck
von 2 Torr und einer Stromdichte von 1 mA/cm zum Kathodensubstrat 12 bei einer Temperatur von 35O°C findet das Abscheiden von etwa 200 Ä dotiertem amorphem Silizium in wenigen Sekunden statt. Um die Dotierungskonzentration der ersten Schicht 14 abzustufen bzw. abnehmen zu lassen, wird während der Glimmentladungs-Abscheidung zusätzliches Silan in die Vakuumkammer 32 eingeführt.
Wenn die Glimmentladung für den Gleichstrom-Kathodenbetrieb einmal eingeleitet ist, werden Elektronen von dem Substrat 12 ausgesandt und treffen mit Silanmolekülen SiH. zusammen, wobei beide Moleküle ionisiert und dissoziiert werden. Die positiven Siliziumionen und die positiven Siliziumhydrid-Ionen SiH+, werden zum Substrat 12 hingezogen, das die Kathode bildet, wobei Silizium, das einigen Wasserstoff enthält, auf dem Substrat 12 abgeschieden wird. Es wird angenommen, daß die Anwesenheit von Wasserstoff in amorphem Silizium für seine elektrischen Eigenschaften von Vorteil ist.
709839/088?
Die Atmosphäre der Vakuumkammer 32 wird dann durch die mechanische Pumpe 46 abgepumpt.
-6 Wenn die Vakuumkammer 32 einen Druck von etwa 10 Torr aufweist, wird im wesentlichen reines Silan in die Vakuumkammer 32 eingeführt, so daß ein Druck im Bereich von 0,1 bis 5 Torr entsteht. Die Glimmentladung wird erneut für 1 bis 5 Minuten bei einer Stromdichte von 0,3 mA/cm bis 3,0 mA/cm an der ersten Schicht 14 für die Ablagerung der zweiten Schicht 16 aus amorphem Silizium in Betrieb gesetzt. Es hat sich herausgestellt, dai3 die zweite Schicht 16 aus amorphem Silizium, die in im wesentlichen reinem Silan durch Glimmentladung hergestellt wird, leicht n-leitend ist, wenn sie auf der ersten Schicht 14 bei einer Temperatur über 1000C abgeschieden wird.
Die Temperatur des Substrats 12 beim Glimmentladungsverfahren kann infolge von Effekten der Auto-Dotierung, der Bildung eines Eutektikums und infolge von induzierter Kristallisation die Zusammensetzung und Struktur des darauf abgeschiedenen Materials beeinflussen, d.h. diese Abscheidung auf einem Einkristall-Silizium-Substrat bei Temperaturen oberhalb etwa 5000C hat eine Abscheidung von polykristallinem Silizium zur Folge, und eine Abscheidung auf einem Goldsubstrat bei Temperaturen über 1860C resultiert in einer induzierten Kristallisation des abgeschiedenen Siliziums.
Nach der Abscheidung der ersten und zweiten Schicht 14 bzw. 16 kann der Grundkörper 13 einer Wärmebehandlung unterzogen werden, bei der er für fünf Minuten bis zu einigen Stunden einer Temperatur im Bereich von 2000C bis 4500C ausgesetzt wird. Es sei erwähnt, daß die Wärmebehandlung nur bei den unteren Temperaturen mehrere Stunden beträgt.
709839/088?
- Vb -
Üblicherweise kann die Wärmebehandlung so durchgeführt werden, daß man den Grundkörper 13 nach Beendigung des Glimmvorganges in der Glimmentladungs-Vorrichtung 30 beläßt, oder das Plättchen in einen Ofen allgemein bekannter Bauart stellt. Die Wärmebehandlung kann entweder im Vakuum oder in einer Formgas-Atmosphäre stattfinden, d.h. 90 Vol-% Stickstoff und 10 Vol.-% Sauerstoff oder in einer Atmosphäre aus reinem Stickstoff oder aus reinem Sauerstoff. Diese Verfahrensstufe merzt Gitterfehler im Grundkörper aus amorphem Silizium aus und verbessert den Wirkungsgrad der Anordnung.
Als nächstes wird der Grundkörper 13 in. eine bekannte Aufdampf ungsanlage gegeben und der Metallfilm 18 auf die zweite Schicht 16 aufgedampft. In gleicher Weise werden die Elektrode 22 und die Antireflexionsschicht 24 auf den Metallfilm 18 durch bekannte Aufdampfungs- und Maskentechniken abgeschieden. Das ganze Verfahren kann in einer einzigen Anlage durchgeführt werden, die sowohl für Glimmentladung als auch für Verdampfung einger/ichtet ist.
Es wurde weiterhin festgestellt, daß der Auffang-Wirkungsgrad der Anordnung 10 steigt, wenn diese einen Metallfilm 18 aus einem Material aufweist, der zu der Gruppe Chrom, Iridium, Rhodium, Platin oder Palladium gehört, und während der Herstellung einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Üblicherweise kann die Wärmebehandlung dann erfolgen, nachdem die Antireflexionsschicht 24 abgeschieden wurde, oder sowohl vor der Abscheidung der Elektrode 22 als auch nach der Abscheidung der Antireflexionsschicht 24. Insbesondere kann man für die Wärmebehandlung die Halbleiteranordnung 10 in eine Wärmebehandlungskammer von bekannter Bauart einbringen und einer Temperatur
709839/088?
zwischen 15O0C und 250°C für etwa 5 bis 30 Minuten unterziehen. Die Wärmebehandlungskammer kann evakuiert sein oder unter Formgasatmosphäre stehen, beispielsweise 90 Vol.-% Stickstoff und 10 Vol.-96 Wasserstoff oder unter einer Atmosphäre von reinem Stickstoff oder von reinem Wasserstoff. Es wurde festgestellt, daß diese Wärmebehandlung den Wirkungsgrad erhöht, wobei ein Anwachsen der Höhe der Schottky-Grenzschicht bzw. -Sperrschicht erzielt wurde, außerdem eine Verbesserung des Auffang-Wirkungsgrades und eine Verringerung des wirksamen Serienwiderstandes der Anordnung. Die Herstellung der Halbleiter-Anordnung 10 wird durch die Verbindung von Drahtelektroden (nicht gezeigt) mit dem Substrat 12 und der Elektrode 22 für einen Anschluß an externe Schaltkreise fertiggestellt.
Beim Betrieb der Halbleiteranordnung 10 kann das Substrat 12 nicht absorbierte Sonnenstrahlung zurück in die erste und zweite Schicht 14 bzw. 16 reflektieren, wobei die Möglichkeit für eine Strahl-Absorption verbessert wird.
In Fig. 4 ist eine zweite Glimmentladungsvorrichtung zum Herstellen der Halbleiter-Anordnung 10 gezeigt, die mit 130 bezeichnet ist. Die Vorrichtung 130 ist ähnlich der Vorrichtung 30 aufgebaut, insbesondere sind die Vakuumkammer 132, die Vakuumglocke 134, die Elektrode 136, die Heizplatte 138, die Stromquelle 140, die Spannungsquelle 142, der erste Auslaß 144, der zweite Auslaß 146 und der dritte Auslaß 148 der Vorrichtung 130 die gleichen wie die Vakuumkammer 32, die Vakuumglocke 34, die Elektrode 36, die Heizplatte 38, die Stromquelle 40, die Spannungsquelle 42, der erste Auslaß 44, der zweite Auslaß 46 sowie der dritte Auslaß 48 bei der Vorrichtung 30. Anders als die Vorrichtung 30 wedst die Vorrichtung I30 eine Elektrode 149 auf, welche die Form eines Schirms hat. Die Schirm-
709839/0885
elektrode 149 besteht aus elektrisch leitendem Material, beispielsweise aus einem Metall, wie rostfreiem Stahl, und hat Öffnungen, welche kleiner sind als der Kathoden-Dunkelraum-Bereich der Glimmentladung. Die Schirmelektrode 149 ist zwischen Elektrode 136 und Heizplatte 138 in einem Abstand über dem Substrat 12 angeordnet, der in der Größenordnung des Kathoden-Dunkelraum-Bereichs der Glimmentladung liegt. Der Betrieb der Vorrichtung 130 unterscheidet sich insofern von demjenigen der Vorrichtung 30, daß das Substrat 12 nicht elektrisch mit der Spannungsquelle 142 verbunden ist, sondern statt dessen die Schirmelektrode 142. Daher ist die Schirmelektrode 149 mit einer Buchse der Spannungsquelle 142 und die Elektrode I36 mit der gegenüberliegenden Buchse verbunden. Nimmt man einen Gleichstrom-Kathodenbetrieb an, dann werden die positiven Ionen in der Glimmentladung zur Schirmelektrode 149 hingezogen, wenn man die Spannungsquelle 142 einschaltet. Die meisten positiven Ionen werden jedoch durch die Öffnungen der Schirmelektrode 149 hindurchgehen.
Die Vorrichtung 130 mit der Schirmelektrode 149 kann dann verwendet werden, wenn das Substrat 12 ein Isolator ist, auf dem kein elektrischer Kontakt möglich ist. Die Vorrichtung 130 kann jedoch auch bei der Herstellung von Anordnungen mit amorphem Silizium benützt werden, bei denen das Substrat 12 kein Isolator ist.
Die Vorrichtung 130 kann wie die Vorrichtung 30 im Gleichstrom-Kathoden- oder-Anoden-Betrieb betrieben werden.
In Fig. 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Halbleiter-Anordnung mit Schottky-Grenzschicht bzw. -Sperrschicht nach der vorliegenden Erfindung dargestellt und mit 110 bezeichnet. Die Halbleiteranordnung 110 enthält
709839/0882
ein elektrisch leitendes Substrat 112. An eine Oberfläche des Substrats 112 grenzt eine Zwischenschicht 111 an, und an diese ein Grundkörper 113. Der Körper 113 enthält eine erste Schicht 114 auf der Zwischenschicht 111 gegenüber dem Substrat 112, und eine zweite Schicht 116 auf der ersten Schicht 114 gegenüber dem Substrat 112. Ein halbtransparenter Metallfilm 118 ist auf der zweiten Schicht 116 gegenüber dem Substrat 112 aufgebracht und bildet zwischen beiden einen Randschicht-Übergang. An einem Abschnitt des Metallfilms 118 ist eine Elektrode 122 angebracht, während der verbleibende Teil des Metallfilms mit einer Antireflexionsschicht 124 versehen ist. Das Substrat 112, die erste Schicht 114, die zweite Schicht 116, der Metallfilm 118, die Elektrode 122 und die Antireflexionsschicht 124 der Anordnung 110 sind die gleichen wie das Substrat 12, die erste Schicht 14, die zweite Schicht 16, der Metallfilm 18, die Elektrode 22 und die Antireflexionsschicht 24 der Halbleiteranordnung 10. Der einzige Unterschied zwischen Halbleiteranordnung 10 und Halbleiteranordnung 110 besteht darin, daß die Anordnung 110 eine Zwischenschicht 111 aufweist, die bei der Anordnung 10 nicht vorhanden ist.
Die Zwischenschicht 111 besteht aus einem Material, das einen Ohmschen Kontakt sowohl zum Substrat 112 als auch zur ersten Schicht 114 bewirkt. Üblicherweise besteht die Zwischenschicht 111 aus dotiertem amorphem Germanium oder aus einer Verbindung von dotiertem amorphem Germanium und Silizium. Bei jeder dieser Materialien ist die Schicht 111 gewöhnlich η-leitend, falls die zweite Schicht 16 leicht η-leitend ist. Es wurde festgestellt, daß amorphes Germanium ein gutes Material zum Bilden eines Ohmschen Kontaktes zwischen dotiertem amorphem Silizium und metallischem Substrat 112 darstellt. Ins-
709839/0882
besondere, wenn das Substrat 112 aus Aluminium besteht, ist die elektrische Leitfähigkeit zwischen erster und zweiter Schicht 114 bzw. 116 der Anordnung 110 sowie des Substrats 112 besser als die elektrische Leitfähigkeit zwischen erster und zweiter Schicht 14 und 16 der Anordnung 10 sowie des Substrats 12.
Der Betrieb der Anordnung 110 ist der gleiche wie der vorher beschriebene für die Halbleiteranordnung 10. Die Herstellung der Halbleiteranordnung 110 ist ähnlich derjenigen der Anordnung 10, ausgenommen, daß die Zwischenschicht 111 durch eine Glimmentladung auf dem Substrat 112 abgeschieden wird, bevor die erste Schicht 114 durch Glimmentladung hergestellt wird. Unter Verwendung eines Gerätes gemäß Fig. 3 vollzieht sich die Herstellung der Zwischenschicht 111 folgendermaßen: Das Substrat 112 wirdauf die Heizplatte 138 gelegt, das Substrat auf eine Temperatur im Bereich von 1500C bis 45O0C aufgeheizt und die Kammer 132 auf einen Druck von etwa 0,5 bis 1,0 . 10" Torr evakuiert. Als nächstes werden Gase, welche durch die gewünschte Zusammensetzung der Zwischenschicht 111 bestimmt sind, in die Kammer 132 eingeführt, bis zu einem Druck von 0,1 bis 5,0 Torr. Falls die Zwischenschicht aus dotiertem Germanium bestehen soll, enthält die Atmosphäre etwa 60% Germaniumwasserstoff GeH,, 39,5% Silan SiH, und etwa 0,5% Dotiergas, beispielsweise Phosphin PH,, das n-leitend ist. Die Glimmentladung wird dann eingeleitet und für etwa zwei Sekunden zum Ablagern einer Zwischenschicht 111 von etwa 200 Ä Dicke fortgesetzt. Die Atmosphäre in der Vakuumkammer 32 wird dann durch die mechanische Pumpe 46 abgepumpt. Die übrige Herstellung der Halbleiteranordnung 110 ist die gleiche wie zuvor für die Halbleiteranordnung 10 beschrieben.
703839/08B?
Obwohl die Halbleiteranordnungen 10 und 110 nach der vorliegenden Erfindung als Solarzellen beschrieben wurden, können Halbleiteranordnungen 10 bzw. 110 in gleicher Weise als Hochfrequenz-Fotodetektor, beispwielsweise als Anordnung, welche auf Strahlungsenergie anspricht, verwendet werden. Es wurde festgestellt, daß diese Fotodetektoren, bei denen eine erste Schicht aus dotiertem amorphem Silizium an eine zweite Schicht aus amorphem Silizium angrenzt, die durch eine Glimmentladung in Silan hergestellt wurden, eine hohe Empfindlichkeit gegenüber hohen Frequenzen in der Größenordnung von 10 MHz und darüber aufweisen. Der Betrag der auf die Anordnung auftreffenden Strahlungsenergie bei Verwendung der Halbleiteranordnungen 10 und 110 als Fotodetektor ist nicht so kritisch, als wenn man sie als Solarzellen benützt. Für die Funktion der Anordnungen 10 und 110 als Fotodetektor sind daher ohne weiteres Abänderungen möglich, beispielsweise das Entfernen der Antireflexionsschicht und das Ersetzen der Gitterelektrode durch eine Kontaktkonsole.
Die Verwendung von durch Glimmentladung hergestelltem amorphem Silizium in Fotospannungs- und Fotodetektor-Anordnungen nach der vorliegenden Erfindung ermöglicht dünnere Grundkörper als bei Anordnung mit der gleichen Grundstruktur, aber mit Einkristall-Silizium. Anordnungen, die unter Glimm-Entladung erzeugtes amorphes Silizium verwenden, sind für eine Sonnenstrahlungs-Absorption geeignet, die mit derjenigen von Fotospannungs- und Fotodetektor-Anordnungen, die unter Verwendung von Einkristall-Silizium hergestellt worden sind, vergleichbar sind, deren Grundkörper um den Faktor 10 dicker sind. Daher ist der besondere Vorteil der vorliegenden Erfindung bei der Verwendung als Fotospannungs- oder Foto-
709839/08ß?
detektor-Anordnung die Kostenverringerung durch die Verwendung von dünneren aktiven Bereichen. Darüber hinaus läßt sich mit der vorliegenden Erfindung als Fotospannungs Anordnung auch eine Kostenverringerung bei der Erzeugung von elektrischer Energie aus der Sonnenstrahlung erzielen, weil bei der Herstellung der Anordnungen nach der vorliegenden Erfindung weniger Energie verbraucht wird, da die Herstellung bei niedrigeren Temperaturen als die Herstellung von Einkristall-Anordnungen erfolgt; außerdem können Solarzellen mit größeren Flächen hergestellt werden im Vergleich zu Solarzellen unter Verwendung von Einkristall-Anordnungen.
Es wurde weiterhin festgestellt, daß Halbleiteranordnungen 10 und 110 zur Stromgleichrichtung in der Dunkelheit geeignet sind. Beispielsweise zeigt eine Schottky-Anordnung 10 mit einem Substrat 12 aus rostfreiem Stahl, mit einer gleichförmigen mit Phosphor dotierten ersten Schicht 14, mit einem Metallfilm 18 aus Palladium von 1000 Ä bis 2000 Ä Dicke zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes, und ohne die Gitterelektrode 22 und die Antireflexionsschicht 24 bei + 0,4 Volt ein Gleichrichtungsverhältnis von 104. Obwohl die Anordnungen 10 und 110 als Solarzellen beschrieben sind, können sie auch als Stromgleichrichter arbeiten, wobei es selbstverständlich ist, daß ihre Wirksamkeit als Gleichrichter durch kleinere Abänderungen, beispielsweise Entfernen der Antireflexionsschichten, noch erhöht werden kann.
Die Halbleiter-Anordnung nach der vorliegenden Erfindung, deren erste Schicht aus dotiertem amorphem Silizium und deren zweite Schicht aus amorphem Silizium besteht, kann entweder als Sonnenzelle, als Fotodetektor oder als Gleichrichter arbeiten.
709839/0882

Claims (8)

7711365 RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York, NeY. 10020 (V.St.A.) Patentansprüche:
1. Halbleiteranordnung mit Schottky-Grenzschicht, bestehend aus einem Substrat mit einer elektrisch leitenden Oberfläche, gekennzeichnet durch einen Grundkörper (13) aus amorphem Silizium, das durch Glimmentladung in Silan SiH. auf dem Substrat (12) aufgebracht wurde, sowie durch einen Metallfilm (18) auf dem Körper (13) unter Bildung eines Randschichtübergangs an der Grenzfläche (20) zwischen Metallfilm (18) und Körper (13), wobei der Körper (13) wärmebehandelt und wenigstens ein Abschnitt des Körpers (13), der an das Substrat (12) angrenzt, dotiert ist zur Bildung eines guten Ohmschen Kontaktes mit dem Substrat (12).
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallfilm (18) wenigstens halbdurchlässig gegenüber Sonnenstrahlung ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (13) aus einer ersten Schicht (14), aus dotiertem amorphem Silizium auf dem Substrat (12) und aus einer zweiten Schicht (16) über der ersten Schicht (14) aus im wesentlichen undotiertem amorphem Silizium besteht«
ORIGINAL INSPECTEO
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (14) n-leitend ist.
5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Dotierungskonzentration innerhalb der ersten Schicht (14) derart gewählt ist, daß ihr Maximum an der ersten Grenzfläche (15) zwischen erster Schicht (14) und Substrat (12) liegt und daß sie in Richtung der Grenzfläche zwischen erster Schicht (14) und zweiter Schicht (16) abnimmt.
6. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (12) aus Aluminium besteht.
7. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Aufbringen eines dünnen Grundkörpers (13) aus amorphem Silizium auf einem Substrat (12) mit elektrisch leitender Oberfläche durch Glimmentladung in Silan, wonach der Körper (13) ^ei einer Temperatur zwischen 200 C und 450°C für eine Zeitdauer von einigen Minuten bis einigen Stunden behandelt wire1;
Abscheiden eines Metallfilms (18) auf der Oberfläche des Körpers (13), wobei
- wenigstens der erste an dem Substrat (12) anliegende Bereich des Körpers (13) unter Verwendung eines mit Silan gemischten Dotiergases hergestellt wird.
709839/0862
8. Verfahren zum Herstellen des Grundkörpers nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Substrat (12) eine erste Schicht (14) aus dotiertem amorphem Silizium durch Glimmentladung in einer Mischung aus Silan und einem Dotiergas aufgebracht wird, und daß durch Glimmentladung in Silan auf der ersten Schicht (14) eine zweite Schicht (16) aus amorphem Silizium erzeugt wird.
DE19772711365 1976-03-22 1977-03-16 Halbleiteranordnung mit schottky- grenzschicht Granted DE2711365A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US66890876A 1976-03-22 1976-03-22
US05/710,186 US4142195A (en) 1976-03-22 1976-07-30 Schottky barrier semiconductor device and method of making same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE2711365A1 true DE2711365A1 (de) 1977-09-29
DE2711365C2 DE2711365C2 (de) 1988-09-01

Family

ID=27100017

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19772711365 Granted DE2711365A1 (de) 1976-03-22 1977-03-16 Halbleiteranordnung mit schottky- grenzschicht

Country Status (6)

Country Link
JP (1) JPS52122471A (de)
CA (1) CA1078078A (de)
DE (1) DE2711365A1 (de)
FR (1) FR2345810A1 (de)
GB (1) GB1572846A (de)
HK (1) HK72084A (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2824564A1 (de) * 1977-06-06 1978-12-14 Thomson Csf Verfahren zum herstellen von elektronischen einrichtungen
DE2854750A1 (de) * 1978-04-28 1979-11-08 Rca Corp Solarzelle mit schottky-sperrschicht
EP0008406A1 (de) * 1978-08-23 1980-03-05 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Herstellen einer Passivierungsschicht auf einem Silicium-Halbleiterkörper
FR2454186A1 (fr) * 1977-10-12 1980-11-07 Energy Conversion Devices Inc Semi-conducteurs amorphes et procede pour leur preparation

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU530905B2 (en) * 1977-12-22 1983-08-04 Canon Kabushiki Kaisha Electrophotographic photosensitive member
US4226898A (en) * 1978-03-16 1980-10-07 Energy Conversion Devices, Inc. Amorphous semiconductors equivalent to crystalline semiconductors produced by a glow discharge process
JPS54145537A (en) * 1978-05-04 1979-11-13 Canon Inc Preparation of electrophotographic image forming material
DE2904171A1 (de) * 1979-02-05 1980-08-14 Siemens Ag Verfahren zum herstellen von aus amorphem silizium bestehenden halbleiterkoerpern durch glimmentladung
US4200473A (en) * 1979-03-12 1980-04-29 Rca Corporation Amorphous silicon Schottky barrier solar cells incorporating a thin insulating layer and a thin doped layer
AU535443B2 (en) * 1979-03-20 1984-03-22 Sanyo Electric Co., Ltd. Sunlight into energy conversion apparatus
US4226643A (en) * 1979-07-16 1980-10-07 Rca Corporation Method of enhancing the electronic properties of an undoped and/or N-type hydrogenated amorphous silicon film
FR2462782A1 (fr) * 1979-08-03 1981-02-13 Thomson Csf Procede de realisation d'une couche contenant du silicium et dispositif de conversion photoelectrique mettant en oeuvre ce procede
FR2463508A1 (fr) * 1979-08-16 1981-02-20 Anvar Procede de realisation de contacts ohmiques sur une couche active de silicium amorphe hydrogene
DE2946108C2 (de) * 1979-11-15 1985-02-14 Koch & Sterzel Gmbh & Co, 4300 Essen Strahlendetektor
JPS5728368A (en) * 1980-07-28 1982-02-16 Hitachi Ltd Manufacture of semiconductor film
US4412900A (en) * 1981-03-13 1983-11-01 Hitachi, Ltd. Method of manufacturing photosensors
JPS604273A (ja) * 1983-06-22 1985-01-10 Toshiba Corp 光電変換部材
JPS604274A (ja) * 1983-06-22 1985-01-10 Toshiba Corp 光電変換部材
JPS6088955A (ja) * 1983-10-21 1985-05-18 Stanley Electric Co Ltd プラズマｃｖｄ装置
JPS62142374A (ja) * 1986-11-29 1987-06-25 Shunpei Yamazaki 光電変換半導体装置作製方法
JP2704569B2 (ja) * 1991-06-28 1998-01-26 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置作製方法
JPH077168A (ja) * 1994-04-15 1995-01-10 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 光電変換半導体装置

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DE-OS 26 32 987 (Carlson, veröffentlicht 10.2.1977) *
GB-Z.: "Solid State Communications, Vol.17, 1975, S.1193 bis 1196 *
NL-Z.: "Journal of Non-Crystalline Solids", Bd.13 (1973/74), S.55-68 *
US-Z.: "Applied Physics Letters" Vol.28, No.2, 15. Jan. 1976, S.105 bis 107 *
US-Z.: "Journal of Applied Physics, Vol.45, No.9, September 1974", S.3913 bis 3915 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2824564A1 (de) * 1977-06-06 1978-12-14 Thomson Csf Verfahren zum herstellen von elektronischen einrichtungen
FR2454186A1 (fr) * 1977-10-12 1980-11-07 Energy Conversion Devices Inc Semi-conducteurs amorphes et procede pour leur preparation
DE2854750A1 (de) * 1978-04-28 1979-11-08 Rca Corp Solarzelle mit schottky-sperrschicht
EP0008406A1 (de) * 1978-08-23 1980-03-05 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Herstellen einer Passivierungsschicht auf einem Silicium-Halbleiterkörper

Also Published As

Publication number Publication date
FR2345810A1 (fr) 1977-10-21
CA1078078A (en) 1980-05-20
GB1572846A (en) 1980-08-06
JPS52122471A (en) 1977-10-14
HK72084A (en) 1984-09-28
DE2711365C2 (de) 1988-09-01
FR2345810B1 (de) 1982-04-09
JPS616556B2 (de) 1986-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2632987C3 (de) Fotovoltaisches Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
DE2711365C2 (de)
DE3153270C2 (de) Verfahren zum Herstellen von dotiertem Halbleitermaterial durch Glimmentladung
DE2743141C2 (de) Halbleiterbauelement mit einer Schicht aus amorphem Silizium
DE2944913C2 (de)
DE2940994C2 (de)
DE2826752A1 (de) Photoelement
DE3135393C2 (de) Lichtempfindliche, amorphe Siliziumlegierung, ihre Verwendung sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung
DE3244626C2 (de)
EP0468094B1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Chalkopyrit-Solarzelle
EP0025872B1 (de) Halbleiterbauelement für die Umsetzung solarer Strahlung in elektrische Energie
DE3300400C2 (de)
DE2659392C2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes mit pn-Übergang
DE3314197A1 (de) P-leitende amorphe siliziumlegierung mit grossem bandabstand und herstellungsverfahren dafuer
DE112012003057T5 (de) Verfahren zum Stabilisieren von hydriertem, amorphem Silicium und amorphen, hydrierten Siliciumlegierungen
DE2917564A1 (de) Verfahren zum herstellen von solarzellen und dadurch hergestellte gegenstaende
DE3048857A1 (de) Verfahren zum herstellen von amorphem silicium und nach diesem verfahren hergestellte vorrichtung
DE69738152T2 (de) Photovoltaisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung desselben
DE102011054716A1 (de) Gemischtes Sputtertarget aus Cadmiumsulfid und Cadmiumtellurid und Verfahren zu ihrer Verwendung
DE102018123397A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle mit einem Heteroübergang und einem eindiffundiertem Emitterbereich
DE3140139C2 (de)
DE3135412C2 (de) Fotoempfindlicher amorpher Halbleiter auf Siliziumbasis sowie Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung desselben
DE2846096A1 (de) Solarzelle aus halbleitermaterial
DE3308598A1 (de) Rueckreflektorsystem fuer sperrschicht-fotoelemente
DE3810496C2 (de)

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee