Полупроводник, имеющий большую фракцию вещества с промежуточным порядком

Полупроводник, имеющий большую фракцию вещества с промежуточным порядком

Реферат

 

Использование: при изготовлении полупроводниковых приборов. Сущность: высококачественное немонокристаллическое вещество кремниевого сплава, содержащее области вещества кремниевого сплава с промежуточным порядком (ПП), но которое не включает в себя величину объемного процента, требуемую для образования перколяционного канала внутри вещества. Причем остальная часть вещества является или аморфной, или смесью аморфного и микрокристаллического вещества. Технический результат изобретения заключается в обеспечении возможности контроля локального порядка полупроводника, который имеет полезные свойства, отличные и от аморфного, и от кристаллического состояний. 16 з.п. ф-лы, 1 табл., 7 ил.

Область техники Изобретение относится в целом к полупроводникам. В частности, изобретение относится к полупроводниковому веществу, имеющему объемную фракцию веществ с промежуточным порядком (размеры кристаллита 10-50 Ангстрем), но которая не включает в себя величину объемного процента, требуемую для образования перколяционного канала внутри вещества.

Известный уровень техники В пределах относительно короткого времени полупроводниковые вещества сделали возможным создание широкого ряда оптических и электронных устройств, которые сыграли большую роль в формировании нашего мира. Влияние полупроводниковых устройств распространилось от поля военных действий до спортивной площадки и от кухни до космоса. На самых ранних стадиях полупроводниковая технология была ограничена использованием монокристаллических веществ. Эти вещества были обязательно высокочистыми и обладали морфологией с экстремально регулярной и дальней периодичностью. Двойные и взаимосвязанные ограничения периодичности с стехиометрии ограничивали композиционную область и, следовательно, физические свойства веществ кристаллических полупроводников. В результате монокристаллические устройства были дорогими, трудными для изготовления и ограниченными в своих свойствах.

Тогда как стандартный подход диктовал в то время, что полупроводниковое поведение только можно обнаружить в высокоупорядоченных веществах, было признано S.R.Ovshinsky, что требования периодичности можно преодолеть, и что полупроводниковое поведение обнаруживают в различных неупорядоченных веществах. В этом отношении смотрите Stanford R. Ovshinsky, "Reversible Electrical Switching Phenomena and Disordered Structures", Physical Review Letters, vol. 21, No 20, Nov. 11, 1968, 1450(С) и Morell H. Cohen, H. Fritzsche and S. R. Ovshinsky, "Simple Band Model for Amorphous Semiconducting Alloys", Physical Review Letters, vol 22, No 20, May 19, 1969, 1065(С). Отсутствие дальней периодичности характеризует неупорядоченные вещества. Ограничения периодичности и стехиометрии удалены в неупорядоченных полупроводниках, и в результате тогда возможно поместить атомы в трехмерные конфигурации, предварительно запрещенные параметрами решетки кристаллических веществ. Таким образом, был предоставлен целый новый спектр полупроводниковых веществ, имеющих новые физические, химические и электрические свойства. С помощью выбора соответствующих композиций веществ можно заданно проектировать свойства неупорядоченных полупроводников в широком диапазоне величин. Неупорядоченные полупроводники можно осаждать с помощью способов для тонких пленок на относительно большие площади и за низкую цену, и в результате стали коммерчески осуществимы многие типы новых полупроводниковых устройств. Первая группа неупорядоченных полупроводников в целом эквивалентна их кристаллическим аналогам, в то время как вторая группа обнаруживает физические свойства, которые не могут быть достигнуты кристаллическими веществами.

В результате упомянутого выше неупорядоченные полупроводниковые вещества достигли широкого признания, и большой ряд устройств, изготовленных из них, находит значительное коммерческое использование. Например, фотогальванические устройства с большой площадью обычно производят из аморфного кремния и сплавов, основанных на германии. Такие вещества и устройства указаны, например, в патентах США 4226898 и 4217374 Ovshinsky и других. Неупорядоченные вещества сплавов также использовали для изготовления фотодетекторных устройств для использования в сканерах для документов, в драйверах для дисплеев LCD, фотокамерах и т.п. В этом отношении смотрите патент США 4788594 Ovshinsky и других. Неупорядоченные полупроводниковые вещества также использовали в устройствах для хранения большого объема оптических и электронных данных.

Аморфные вещества теперь используют в некоторой степени для применения большого разнообразия взаимодействий между составляющими атомами или молекулами в отличие от ограниченного количества и видов взаимодействий, налагаемых кристаллической решеткой. В представленном изобретении достоинства кристаллических и аморфных свойств могут быть комбинированы для тех устройств и применений, в которых периодичность является существенной для физики. Периодичность можно установить в аморфной матрице с помощью использования представленного изобретения. Вещество может включать в себя пространственно повторяемые композиционные элементы, атомы, группы атомов или слоев без полного объемного запрещения кристаллической периодичности.

Также можно обеспечить разные конфигурации индивидуальных атомов или групп атомов, которые можно комбинировать с другими атомами или группами атомов и распространить по всему веществу. Как установлено, индивидуальные атомы или группы атомов в этих веществах не должны находиться в регулярной конфигурации, но могут иметь изменяемую пространственную конфигурацию, как, например, постепенно изменяемую или непоследовательную по всему веществу. С помощью правильного выбора атомов или групп атомов, их орбиталей и изолированных конфигураций можно создать анизотропные эффекты, не разрешенные в любом предшествующем типе вещества.

Эти операции обеспечивают изменяемые геометрические окружающие условия для одного и того же атома или ряда атомов так, что эти атомы можно соединить с другими окружающими атомами в различные координатные конфигурации, а также в необычные несвязующие связи, приводящие к совершенно новым химическим окружающим условиям. Операции обеспечивают средства для организации различных химических окружающих условий, которые можно распространить и локализовать по всему веществу в желательной пространственной конфигурации. Например, одна часть или доля вещества может иметь полностью различные локальные окружающие условия от других частей. Изменяемые электронные состояния, происходящие от различных пространственных конфигураций, которые формируют, и различных химических окружающих условий, которые можно проектировать, можно отразить во многих параметрах, как, например, тип плотности состояний или изменение состояний в запрещенной энергетической зоне полупроводника, если не считать того, что эта плотность состояний может быть пространственно расположена.

По существу вещество изобретения представляет композиционно модулируемое вещество, использующее сами концепции нерегулярности, негомогенности, "беспорядка" или локализованного порядка, которых избегали в предшествующем уровне техники для достижения преимуществ, которые не были представлены в предшествующих веществах. Локальные окружающие условия не должны быть повторены периодически по всему веществу, как, например, в композиционно модулируемых веществах предшествующего уровня техники. Кроме того, вещества, которые описаны этим изобретением из-за выше описанных эффектов конкретных типов беспорядка и их расположения в пространственной конфигурации, не могут быть представлены в качестве истинно аморфных веществ, которые обычно создают с помощью предшествующего уровня техники, так как вещество представляет более чем случайное размещение атомов. Может быть достигнуто размещение атомов и орбиталей конкретного типа, которые могут или взаимодействовать с их локальным окружением или друг с другом в зависимости от их расстояния по всему аморфному веществу и аморфной матрице. Композитное вещество, по-видимому, является гомогенным, но позиции орбиталей атомов могут иметь взаимосвязи, спроектированные для придания особого значения конкретному параметру, как, например, спиновой компенсации или декомпенсации. Вещества, так образованные, дают новое значение беспорядку, основанному не только на самых ближайших соседних взаимосвязях, но на "беспорядке" среди функциональных групп, которые могут представлять слои или группы, при величине расстояния, которая может быть такая же маленькая, как одиночный атомный диаметр. Следовательно, был представлен абсолютно новый класс "синтетических неравновесных мултибеспорядочных" веществ.

Было найдено, что свойства полупроводниковых веществ в неупорядоченном состоянии будут зависеть от их морфологии и локального химического порядка, и на них можно влиять с помощью различных способов приготовления. Например, неравновесные производственные способы могут обеспечить локальный порядок и/или морфологию отличные от тех, которые достигнуты с помощью равновесных способов и в результате могут изменять физические свойства вещества. В большей части случаев аморфный полупроводник будет иметь более низкую удельную электрическую проводимость, чем соответствующее кристаллическое вещество, и во многих случаях энергия ширины запрещенной зоны, коэффициент оптической абсорбции и электронная энергия активации соответствующих аморфных и кристаллических веществ будут разными. Например, было найдено, что аморфные кремниевые вещества обычно имеют ширину запрещенной зоны, равную приблизительно 1,6-1,8 эВ, в то время как кристаллический кремний имеет ширину запрещенной зоны, равную 1,1 эВ. Также важно отметить, что аморфные кремниевые вещества имеют пряную запрещенную зону, в то время как соответствующее кристаллическое вещество имеет непрямую запрещенную зону, и в результате оптическая абсорбция аморфного кремния значительно выше, чем кристаллического кремния на крае зоны или около нее. Следует также отметить, что темновая удельная электрическая проводимость недопированного аморфного кремния на несколько порядков величины ниже, чем кристаллического кремния. Таким образом, можно видеть, что различные физические свойства кремния сильно зависят от его морфологии и локального порядка. Аналогичные отношения найдены в большом количестве других полупроводниковых веществ.

Принцип представленного изобретения заключен в способности контролировать локальный порядок полупроводникового вещества от порядка, соответствующего полностью аморфной фазе, через различные другие локальные организации, включающие в себя промежуточный порядок, до состояния, в котором локальный порядок настолько регулярно периодический, что вещество находится в монокристаллическом состоянии. Наиболее важной и интересной областью представленного изобретения является способность, приобретаемая посредством этого контролировать локальный порядок полупроводникового вещества для создания вещества, которое имеет полезные свойства, отличные или от аморфного или кристаллического состояний.

Разные свойства аморфного и кристаллического кремния дают разные преимущества различным устройствам. Высокая подвижность носителей в кристаллическом кремнии важна в высокоскоростных полупроводниковых схемах, в то время как высокий уровень оптической абсорбции аморфного кремния идеален для фотогальванических устройств, так как полную абсорбцию света можно достичь с помощью относительно тонких слоев вещества, способствуя получению легкого и дешевого устройства. В некоторых случаях одно из свойств данной морфологии и локального порядка полупроводника может быть идеальным для конкретной цели, в то время как величина другого свойства того же самого вещества не может быть так хорошо пригодна. Например, выше отмеченная высокая оптическая абсорбция аморфного кремния идеальна для фотогальванического устройства; однако достаточно широкая ширина запрещенной зоны аморфного кремния не позволяет ему принимать длинноволновую часть солнечного спектра. Использование кристаллического вещества с более узкой шириной запрещенной зоны в фотогальванических устройствах увеличивает долю используемого спектра света, и высокая удельная проводимость, высокая подвижность и большая длина диффузии неосновных носителей в кристаллическом кремнии уменьшает последовательное сопротивление фотогальванического устройства, таким образом, увеличивая его общую эффективность; но в случае замены кристаллические элементы являются относительно толстыми из-за их низкой абсорбции и, следовательно, они являются хрупкими, объемными и дорогими.

Предварительно Ovshinsky и другие создали вещества, которые включали в себя кластеры атомов обычно с диаметром между 12 и 50 Ангстремами. Смотрите патент США 5103284, выданный 7 апреля 1992 и озаглавленный "Полупроводник с упорядоченными кластерами". Кластеры или кристаллиты имели степень порядка, которая отлична и от кристаллической и аморфной форм вещества. Маленький размер и упорядоченность кластеров позволил им корректировать их зонную структуру для ослабления посредством этого правила отбора по вектору К. Ovshinsky и другие нашли, что различные физические свойства полупроводниковых веществ не связаны согласно морфологии и локальному порядку, когда эти вещества составлены из упорядоченных кластеров. Это ослабление правила отбора происходило, потому что вещества включали в себя объемную фракцию веществ с промежуточным порядком, которая была достаточно высока для образования перколяционного канала внутри вещества.

Начальная величина критического порогового значения для существенного изменения в физических свойствах веществ в упорядоченном кластерном состоянии зависит от размера, формы и ориентации конкретных кластеров. Однако она является относительно постоянной для разных типов веществ. Существуют модели 1-D, 2-D и 3-D, которые предсказывают объемную фракцию кластеров, необходимую для достижения порогового значения, и эти модели зависят от формы упорядоченных кластеров. Например, в модели 1-D (которая может быть аналогична потоку носителя заряда через тонкий провод) объемные фракции кластеров в матрице должны быть равны 100% для достижения порогового значения. В модели 2-D (которая может быть рассмотрена в виде кластеров, имеющих в основном коническую форму и простирающихся через толщину матрицы) объемная фракция должна быть равна приблизительно 45% для достижения порогового значения, и, наконец, модель 3-D (которая может быть рассмотрена как в основном сферические кластеры в веществе матрицы) объемная фракция должна только быть равна приблизительно 16-19% для достижения порогового значения.

Следовательно, вещества, раскрытые и оговариваемые в формуле патента США 5103284, имеют по меньшей мере 16-19 объемных процентов вещества с промежуточным порядком для сферических кластеров, по меньшей мере 45 объемных процентов для кластеров, имеющих коническую форму и 100 объемных процентов для нитевидных кластеров.

Представленные изобретатели теперь нашли, что вещества, содержащие любую величину объемного процента вещества с промежуточным порядком (то есть упорядоченные кластеры), будут иметь свойства, которые (в то время как они необязательно не связаны), отличные от веществ без вещества с промежуточным порядком. Эти вещества особенно полезны в форме тонких пленок, используемых в устройствах таких, как: фотогальванические устройства, тонкопленочные диоды, тонкопленочные транзисторы, фотодатчики и т.д.

Краткое описание изобретения Представленные изобретатели создали высококачественное немонокристаллическое вещество кремниевого сплава, включающее в себя величину объемного процента областей для вещества кремниевого сплава с промежуточным порядком (ПП), но которое не включает в себя величину объемного процента, требуемую для образования перколяционного канала внутри вещества. Причем остальная часть вещества представляет или аморфную или смесь аморфного и микрокристаллического веществ. Вещества были приготовлены с помощью способа ХОПФСП, использующего различные величины водородного разбавления для создания веществ, содержащих разные количества вещества с ПП.

Вещество кремниевого сплава дополнительно содержит водород и/или галоген такой, как фтор. Вещество предпочтительно находится в форме тонкой пленки, которая полезна в устройствах таких, как фотогальванические устройства, диоды, транзисторы и фотодатчики.

Краткое описание чертежей Фиг. 1 представляет микрофотографию, полученную с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ТЕМ), (ПЭМ) в светлом поле эталонного кремниевого вещества, созданного, не используя никакого водородного разбавления.

Фиг.2 представляет ПЕМ в светлом поле эталонного гидрированного вещества кремниевого сплава, созданного, используя низкое водородное разбавление.

Фиг. 3 и 4 представляют ПЕМ в светлом поле и темном поле соответственно гидрированного вещества кремниевого сплава согласно представленному изобретению, созданного, используя высокое водородное разбавление.

Фиг. 5 представляет ПЕМ в светлом поле (увеличение: 3,63 миллиона крат) гидрированного вещества кремниевого сплава фиг.3 и 4, в частности, иллюстрируя, что вещество представленного изобретения содержит вещество с ПП.

Фиг. 6 представляет ПЕМ в светлом поле (увеличение: 2,64 миллиона крат) гидрированного вещества кремниевого сплава согласно представленному изобретению, созданному с помощью способа ХОПФСП, использующего среднее водородное разбавление.

Фиг. 7 представляет ПЕМ в светлом поле (увеличение: 3,52 миллиона крат) гидрированного вещества кремниевого сплава согласно представленному изобретению, созданному с помощью способа ХОПФСП, использующего высокое водородное разбавление.

Подробное описание изобретения Существование вещества с промежуточным порядком (ПП) известно уже, по меньшей мере, с 1981 г. Смотрите, например, статью написанную одним из представленных изобретателей, S.R.Ovshinsky, с соавторами и озаглавленную "The nature of intermediate range order in Sl:F:H:(P) alloy systems", Tsu et al.. Journal De Physique Colloque C4, No. 10, 42, pp. C4-269-72, October 1981. Представленные изобретатели исследовали осаждение кремниевых веществ с помощью способа химического осаждения из паровой фазы, стимулированного плазмой (PECVD) (ХОПФСП) из дисилана (Si₂H₆) и водорода (H₂). Совсем недавно они исследовали осаждение, используя высокое водородное разбавление. Смотрите, например, "Stability studies of hydrogenated amorphous silicon alloy solar cells prepared with hydrogen dilution", Yang et al., Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol. 336, pp. 687-92, 1994; и "Hydrogen dilution effects on a-Si:H and a-SiGe:H materials properties and solar cell performance", Xu et al., International Conference on Amorphous Semiconductors (ICAS 16), September 1995.

Представленные изобретатели тогда нашли, что очень высокое водородное разбавление в течение осаждения CVD (ХОП) кремния приводит к веществам, имеющим объемные фракции вещества с промежуточным порядком (ПП). Представленные изобретатели также нашли, что эти вещества, одновременно не имея несвязанных свойств веществ, указанных в патенте 5103284, имеют свойства, которые улучшены по сравнению со свойствами тех веществ, которые не имеют вещество с ПП.

Как использовано здесь, вещество с промежуточным порядком (ПП) должно быть определено в качестве вещества, имеющего атомные агрегаты с очень ближней периодичностью и составленного из множества высокоупорядоченных, относительно малых атомных агрегатов, обычно простирающихся не более чем на 50 атомных диаметров. Точные размеры агрегатов в этих веществах будут зависеть от конкретного полупроводникового обсуждаемого вещества, но обычно они находятся в диапазоне от 10 до 80 Ангстрем и предпочтительно около 30-50 Ангстрем. Вещества с ПП имеют периодичность и локальный порядок, отличные от аморфного или полностью кристаллического вещества.

В веществах с ПП локальный порядок распространен, но не достигает точки образования дальнего порядка; и, следовательно, константы решетки кристаллического состояния не становятся определяющим фактором свойств вещества. В веществах с ПП длины связей и углы являются гораздо более изменяемыми, чем в веществах с дальней периодичностью.

Образцы были приготовлены с помощью способа ХОПФСП, использующего разные величины водородного разбавления для создания веществ, содержащих разные количества вещества с ПП. Параметры осаждения образцов приведены в таблице.

В то время как существует разнообразие способов, с помощью которых вещества представленного изобретения можно приготовить (т.е. способы осаждения тонких пленок, как, например, лазерное испарение, распыление, химическое осаждение из паровой фазы, процессы плазменного осаждения и процессы напыления), самым предпочтительным является химическое осаждение из паровой фазы, стимулированное плазмой (ХОПФСП). Представленный способ RF (ХОПФСП) является стандартным в большей части отношений, если не считать того, что температуру контролируют, и уровень водородного разбавления является очень высоким. Например, отношение водорода к дисилану является обычно больше, чем приблизительно 98:1 и предпочтительно больше, чем приблизительно 99:1.

Критическим элементом любого процесса осаждения является контроль размера кристаллита для поддержания вещества в режиме осаждения с промежуточным порядком. В целом процессы довольно медленного роста на очень большом количестве зародышей будут создавать вещество, имеющее в этом случае увеличенную объемную долю вещества с ПП. Например, в представленном плазменном процессе осаждения имеет место прямая реакция, в которой предшествующий газообразный дисилан разлагают для создания твердого кремниевого осажденного слоя. Этот процесс также включает в себя обратную реакцию, в которой высокая концентрация водорода приводит к реакции с недавно осажденным кремнием, с помощью которой травят этот кремний и регенерируют газообразное соединение. Скорость осаждения представляет функцию равновесия прямой и обратной реакций. Увеличение количества травящего вещества (т.е. водорода) до высоких концентраций ускоряет процесс травления и посредством этого замедляет скорость осаждения и увеличивает рост вещества с ПП. Кроме того, или вместо упомянутого выше, другое травящее соединение, как например, фтор, можно добавить в процесс для аналогичного уменьшения скоростей осаждения.

При увеличении водородного разбавления реагирующей газообразной смеси возрастает объемная фракция промежуточного порядка в осажденном веществе, и представленные изобретатели нашли, что для этого эффекта существует предел. То есть вне определенного некоторого водородного уровня разбавления, увеличение водородного уровня разбавления вызывает осаждение микрокристаллических веществ с увеличенной объемной фракцией. Это, в свою очередь, может приводить к уменьшению объемной фракции вещества с ПП. Представленные изобретатели также увидели, что этот предел разбавления чувствителен к температуре. То есть предел разбавления при температуре подложки 300^oС, по-видимому, значительно ниже, чем предел около 150^oС. Следовательно, с помощью регулирования водородного разбавления, температуры подложки и других параметров осаждения, которые влияют на скорость осаждения, можно контролировать объемную фракцию вещества с ПП в осажденном веществе.

В то время как функции фтора в качестве травящего вещества уменьшают рост кристаллов и, следовательно, предусматривают приготовление вещества с ПП представленного изобретения, эффекты фтора распространяются за его роль в качестве простого травителя. Фтор представляет супергалоген, и как таковой вызывает эффекты, не достижимые с помощью использования водорода или других галогенов в осаждающей атмосфере. Фтор действует для обеспечения разного, но улучшенного локального порядка в веществе и для контроля размера и морфологии вещества с промежуточным порядком. Фтор также реагирует с отклоняющимися морфологическими и электрическими состояниями при их образовании в веществе, посредством этого контролируя объемные электрические свойства вещества.

Следовательно, при использовании в осаждении фтор играет несколько важных ролей в осаждении вещества представленного изобретения в плазме или состоянии пара, а также на поверхности вещества с ПП, в объеме вещества с ПП и на границах между веществом с ПП и остальной частью вещества. Он также полезен для уменьшения плотности дефектных состояний в запрещенной зоне вещества. Фтор является очень активным травящим веществом, и в целом предпочитают уменьшать его активность, например, разбавлением водородом.

Обращаясь теперь к характеристике веществ образцов, следует сказать, что фиг. 1 представляет микрофотографию, полученную с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЕМ) в светлом поле (увеличение: 3,63 миллиона крат) кремниевого вещества (образец # RF 5357), созданного с помощью способа ХОПФСП при температуре подложки 300^oС, не используя никакого водородного разбавления. Из рассмотрения микрофотографии ясно, что вещество является совершенно аморфным без признаков какого-либо промежуточного или дальнего порядка (факт, вытекающий из данных Рамановского рассеяния, приведенных здесь ниже).

Фиг. 2 представляет ПЕМ в светлом поле (увеличение: 3,63 миллиона крат) гидрированного вещества кремниевого сплава (образец # 8014), созданного с помощью способа ХОПФСП при температуре подложки 300^oС, используя низкое водородное разбавление. Из рассмотрения микрофотографии ясно, что вещество, в то время как оно является все еще главным образом аморфным, представляет некоторые признаки промежуточного порядка.

Фиг.3 и 4 представляют ПЕМs в светлом поле и темном поле, соответственно (увеличение: 400 тысяч крат) гидрированного вещества кремниевого сплава (образец # 8013), созданного с помощью способа ХОПФСП при температуре подложки 300^oС, используя высокое водородное разбавление. Из рассмотрения микрофотографии ясно, что вещество содержит и микрокристаллическое и некристаллическое "аморфное" вещества. Следует отметить, что при этом увеличение вещества с ПП не могут быть замечены.

Фиг. 5 представляет ПЕМ в светлом поле (увеличение: 3,63 миллиона крат) гидрированного вещества кремниевого сплава фиг.3 и 4. Из рассмотрения этой микрофотографии ясно, что вещество содержит микрокристаллическое и аморфное вещества и вещество с ПП. Вещество с ПП может быть отчетливо замечено в нижнем левом углу микрофотографии.

Фиг. 6 представляет ПЕМ в светлом поле (увеличение: 2,64 миллиона крат) гидрированного вещества кремниевого сплава (образец # LL1208), созданного с помощью ХОПФСП при температуре подложки 150^oС, используя среднее водородное разбавление. Из рассмотрения этой микрофотографии ясно, что вещество содержит вещество с ПП, которое может быть замечено в виде серпентиновых упорядоченных областей на микрофотографии.

Фиг. 7 представляет ПЕМ в светлом поле (увеличение: 3,52 миллиона крат) гидрированного вещества кремниевого сплава (образец # LL1234), созданного с помощью способа ХОПФСП при температуре подложки 150^oС, используя высокое водородное разбавление. Из рассмотрения этой микрофотографии ясно, что вещество содержит микрокристаллическое и аморфное вещества и вещество с ПП. Серпентиновое вещество с ПП может быть отчетливо замечено в центре микрофотографии.

В дополнение к доказательству ПЕМ, представленные изобретатели использовали Рамановское рассеяние для характеристики осажденных образцов. Спектр, полученный с помощью поперечного оптического (ПО) Рамановского рассеяния, имеет максимумы для четырех образцов тонкопленочного гидрированного кремния, полученного с помощью ХОПФСП при температуре подложки 300^oС и изменяющихся отношениях силана к водороду. Один из образцов был осажден, не используя водородного разбавления силана (образец # RF 5357). Другие образцы представляют кремний, осажденный, используя разные величины водородного разбавления силана в смеси осаждения (т.е. образцы 8013, 8035 и 8014 соответственно). Из спектров, полученных с помощью Рамановского рассеяния, изобретатели обнаружили, что при увеличении водородного разбавления силина пик ПО сдвигается от типичного "аморфного" 474 см^-1 вплоть до приблизительно 482,3 см для образца (т.е. 8013), приготовленного в условиях с высоким разбавлением. Кроме того, образец (8013), приготовленный в условиях с высоким разбавлением, показывает другой пик с центром 517 см^-1. Этот дополнительный пик относят к микрокристаллическим включениям, которые образованы при этой высокой температуре в образце, приготовленном в условиях с высоким разбавлением (см. выше обсуждение микрофотографий ПЕМ).

Сдвиг пика ПО от 474 см^-1 вплоть до приблизительно 482,3 см^-1, по-видимому, происходит из прежде нераспознанного свойства. Это свойство, по-видимому, указывает на присутствие вещества с ПП. То есть данные Рамановского рассеяния указывают на присутствие областей упорядоченных веществ, которые являются меньше, чем микрокристаллические включения и отличными от них. Полагают, что включения с ПП являются кристаллитами с размером 10-80 Ангстрем, сгруппированными в серпентиновые цепочки.

Сравнение обоих пиков ПО для образца (8013), приготовленного в условиях с высоким водородным разбавлением, и образца (RF 5357), приготовленного в условиях без водородного разбавления, совмещенными и выровненными с помощью лазерных плазменных линий на один и тот же граф, показывает, что пик ПО образца (8013), приготовленного в условиях с высоким водородным разбавлением, включает в себя микрокристаллический пик при приблизительно 517 см^-1, который не замечен в образце (RF 5357), приготовленном в условиях без водородного разбавления. Сравнение также показывает дополнительный пик при приблизительно 490 см, который не замечен в образце (RF 5357), приготовленном в условиях без водородного разбавления. Аналогичное сравнение для образцов, приготовленных в условиях со средним и низким водородным разбавлением, соответственно, указывает, что пик при 490 см^-1 точно существует.

Другой образец (LL1208) был изготовлен, используя высокое водородное разбавление и низкую температуру подложки (150^oС). Это вещество имеет пик ПО при приблизительно 482 см^-1 и не имеет никакого микрокристаллического пика. Рамановское рассеяние ясно указывает на пик вещества с ПП.

Полупроводники представленного изобретения могут быть приготовлены из большого ряда веществ, и их можно применять в широком множестве полупроводниковых устройств. В то время как предшествующее обсуждение было, прежде всего, посвящено устройствам, изготовленным из кремниевых сплавов для фотогальванических применений, следует понять, что принципы, раскрытые здесь, можно аналогично распространить на другие типы устройств, как например: тонкопленочные диоды, тонкопленочные транзисторы, фотодатчики и т.д., и другие вещества, как например: сплавы кремния с германием, углеродом, кислородом и т.д., и допированный кремний. Не предполагается, что упомянутые выше фигуры, обсуждение и описание лимитируют практическое использование представленного изобретения только его иллюстрациями. Именно следующие пункты формулы изобретения, включающие в себя все эквиваленты, определяют объем изобретения.

Формула изобретения

1. Немонокристаллическое вещество кремниевого сплава, содержащее области вещества с промежуточным порядком с размерами кристаллов от 10 до с величиной объемного процента меньшей чем величина объемного процента, требуемая для образования перколяционного канала внутри вещества, причем остальная часть вещества является или аморфной или смесью аморфного и микрокристаллического вещества.

2. Вещество кремниевого сплава по п. 1, в котором величина объемного процента вещества с промежуточным порядком является по меньшей мере 8.

3. Вещество кремниевого сплава по п. 1, в котором микрокристаллическое вещество, в случае присутствия, составляет не более 7% вышеуказанного вещества.

4. Вещество кремниевого сплава по п. 1, в котором указанное вещество кремниевого сплава дополнительно включает водород.

5. Вещество кремниевого сплава по п. 4, в котором указанное вещество кремниевого сплава дополнительно включает галоген.

6. Вещество кремниевого сплава по п. 5, в котором галоген является фтором.

7. Вещество кремниевого сплава по п. 1, в котором указанное вещество кремниевого сплава дополнительно включает галоген.

8. Вещество кремниевого сплава по п. 7, в котором галоген является фтором.

9. Вещество кремниевого сплава по п. 1, в котором указанный вещество кремниевого сплава находится в форме тонкой пленки.

10. Вещество кремниевого сплава по п. 9, в котором указанная тонкая пленка включается в фотогальваническое устройство.

11. Вещество кремниевого сплава по п. 9, в котором указанная тонкая пленка включается в диод.

12. Вещество кремниевого сплава по п. 9, в котором указанная тонкая пленка включается в транзистор.

13. Вещество кремниевого сплава по п. 9, в котором указанная тонкая пленка включается в фотодатчик.

14. Вещество кремниевого сплава по п. 9, в котором указанные области вещества с промежуточным порядком являются серпентиновыми кластерами.

15. Вещество кремниевого сплава по п. 1, в котором указанное вещество кремниевого сплава также содержит германий.

16. Вещество кремниевого сплава по п. 1, в котором указанное вещество кремниевого сплава также содержит углерод.

17. Вещество кремниевого сплава по п. 1, в котором указанное вещество кремниевого сплава также содержит кислород.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8