DE102009011496A1 - Process and device for the thermal conversion of metallic precursor layers into semiconducting layers with chalcogen recovery - Google Patents
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Abstract
Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Verfahren zur thermischen Umsetzung metallischer Precursorschichten auf flachen Substraten in halbleitende Schichten mit einer Chalkogenrückgewinnung sowie um eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein schnelles und einfach zu realisierendes Verfahren zur thermischen Umsetzung metallischer Precursorschichten auf flachen Substraten in halbleitende Schichten sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung mit möglichst geringem primären Einsatz an Chalkogen zu schaffen. Erreicht wird das dadurch, dass Substrate in einem Ofen bei ca. Atmospärendruck auf eine Endtemperatur zwischen 400°C und 600°C erwärmt und in einer Atmosphäre aus einer Mischung aus mindestens einem Trägergas und Chalkogendampf in halbleitende Schichten umgewandelt werden, wobei nicht in der Reaktion verbrauchter Chalkogendampf über eine Abgasrückführung dem Prozess wieder bereitgestellt wird.The present invention relates to a process for the thermal conversion of metallic precursor layers on flat substrates into semiconducting layers with a chalcogen recovery and to an apparatus for carrying out the process. The invention has for its object to provide a fast and easy to implement method for the thermal conversion of metallic precursor layers on flat substrates in semiconductive layers and a suitable method for performing the device with the lowest possible primary use of chalcogens. This is achieved by heating substrates in an oven at about atmospheric pressure to a final temperature between 400 ° C and 600 ° C and converting them into semiconducting layers in an atmosphere of a mixture of at least one carrier gas and chalcogen vapor, but not in the reaction spent chalcogen vapor is made available to the process via exhaust gas recirculation.
Description
Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Verfahren und eine Vorrichtung zur thermischen Umsetzung metallischer Precursorschichten auf flachen Substraten in halbleitende Schichten mit einer Chalkogenrückgewinnung.at The present invention is a method and a device for the thermal conversion of metallic precursor layers on flat substrates in semiconducting layers with a chalcogen recovery.
Für eine preiswerte und möglichst umweltfreundliche Energieerzeugung durch Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie wird eine Herstellung von hocheffizienten Solarzellen bei möglichst geringem Material- und Energieeinsatz benötigt. Viel versprechend sind hier Dünnschichtsolarzellen, insbesondere Solarzellen auf der Basis von Verbindungshalbleitern wie zum Beispiel Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS).For a cheap and environmentally friendly energy production By converting sunlight into electrical energy becomes one Production of highly efficient solar cells if possible low material and energy consumption needed. Promising here are thin-film solar cells, in particular solar cells based on compound semiconductors such as copper-indium-gallium-selenide (CIGS).
Bei dem der Erfindung zugrunde liegendem Verfahren zur Herstellung von halbleitenden Schichten handelt es sich um einen mehrstufigen Prozess. Die metallischen Precursorschichten können Kupfer (Cu), Gallium (Ga) und Indium (In) enthalten. Sie können mit bekannten Technologien, wie zum Beispiel Sputtern, auf das Substrat, welches ein Glassubstrat mit einer Molybdänschicht (Mo) sein kann, aufgebracht werden. In einem zweiten Schritt werden in einem Temperprozess die metallischen Precursorschichten in einer chalkogenhaltigen Atmosphäre, vorzugsweise bestehend aus Selen und/oder Schwefel, in halbleitende Schichten, vorzugsweise in eine CuInGaSe(CIGS)-Schicht, umgewandelt. Die Chalkogene nehmen bei Raumtemperatur, also um ca. 20°C, einen festen Aggregatzustand ein und verdampfen bei Temperaturen oberhalb von ca. 350°C.at the invention of the underlying method for the preparation of Semiconducting layers is a multi-step process. The Metallic precursor layers can be copper (Cu), gallium (Ga) and indium (In) included. You can with known Technologies, such as sputtering, on the substrate, which a glass substrate with a molybdenum layer (Mo) can be, be applied. In a second step will be in a tempering process the metallic precursor layers in a chalcogen-containing atmosphere, preferably consisting of selenium and / or sulfur, in semiconducting layers, preferably converted to a CuInGaSe (CIGS) layer. The chalcogens take at room temperature, ie about 20 ° C, a solid Physical state and evaporate at temperatures above about 350 ° C.
Derartige mit einer halbleitenden Schicht präparierte Substrate können dann zu Solarmodulen weiter verarbeitet werden. Wesentlich für einen guten Wirkungsgrad ist die möglichst vollständige Umsetzung der metallischen Precursorschichten in eine halbleitende Schicht mit gleicher Schichtdicke und möglichst homogener Zusammensetzung über die Fläche des Substrats hinweg.such Substrates prepared with a semiconductive layer can then further processed to solar modules. Essential for Good efficiency is the most complete Implementation of the metallic precursor layers in a semiconducting Layer with the same layer thickness and as homogeneous as possible Composition over the surface of the substrate time.
Nach dem Stand der Technik sind Verfahren zur thermischen Umsetzung dieser präparierten Precursorschichten in halbleitende Schichten bekannt geworden, die im Vakuum ablaufen. Das Problem bei den Vakuumprozessen ist die lange Umsetzungszeit, auch Prozesszeit genannt. Dies führt bei der industriellen Umsetzung zu Problemen, weil lange Prozesszeiten stets mit niedriger Produktivität einhergehen. Eine Lösung wäre einerseits der Einsatz vieler Maschinen gleichzeitig, was jedoch hohe Investitionskosten bedeuten würde, oder andererseits aber die Beschleunigung der Prozesse. Hierfür bietet der Stand der Technik jedoch keine Hinweise.To the prior art are methods for the thermal conversion of these prepared precursor layers in semiconducting layers become known, which take place in a vacuum. The problem with the vacuum processes is the long conversion time, also called process time. this leads to in industrial implementation problems, because long process times always accompanied by low productivity. A solution On the one hand, the use of many machines would be simultaneous, which would mean high investment costs, or on the other hand, the acceleration of the processes. Therefor However, the prior art provides no evidence.
Weiterhin
sind nach dem Stand der Technik Verfahren zur thermischen Umsetzung
dieser präparierten Precursorschichten in halbleitende
Schichten bekannt geworden, die unter atmosphärischen Bedingungen
und unter Zufuhr von Wasserstoff enthaltenden Gasen, zum Beispiel
Selenwasserstoff, ablaufen (
Aus
In
der nachveröffentlichten internationalen Patentanmeldung
Erreicht wird das mit einem Verfahren, bei dem die mindestens mit einer metallischen Precursorschicht präparierten Substrate in einem in unterschiedliche Temperaturbereiche segmentierten Ofen bei ca. atmosphärischen Umgebungsdruck in mehreren Schritten jeweils auf eine vorgegebene Temperatur bis zur Endtemperatur zwischen 400°C und 600°C erwärmt und unter Beibehaltung der Endtemperatur in einer Atmosphäre aus einer Mischung aus einem Trägergas und Chalkogendampf in halbleitende Schichten umgewandelt werden.Reached This is done with a process in which the at least one metallic Precursor layer prepared substrates in one in different Temperature ranges segmented oven at about atmospheric Ambient pressure in several steps, each to a predetermined Temperature up to the final temperature between 400 ° C and 600 ° C heated and while maintaining the final temperature in one Atmosphere of a mixture of a carrier gas and chalcogen vapor are converted into semiconducting layers.
Auf die Weise können gute halbleitende Schichten bei Aufheizraten deutlich unterhalb von 10 K/Sekunde erhalten werden.On The way can be good semiconducting layers at heating rates be obtained well below 10 K / second.
Nach dem Stand der Technik muss dabei gewährleistet sein, dass beim Erreichen der Endtemperatur genügend Chalkogene vorhanden sind, damit eine möglichst vollständige Umwandlung der metallischen Precursorschichten in halbleitende Schichten erfolgen kann.According to the state of the art, it must be ensured that sufficient chalcogens are present when the final temperature is reached, so that as complete a transformation as possible of the metalli Precursor layers can be made in semiconducting layers.
Dies wird durch ein Überschussangebot an Chalkogenen gewährleistet. Nicht in der Reaktion verbrauchtes, überschüssiges Chalkogen wird mit dem Trägergas zusammen über einen Abgaskanal des Ofens abtransportiert. Nach dem Stand der Technik können die Chalkogene aus dem abgeführten Chalkogendampf/Trägergasgemisch, auch Abgas genannt, herausgefiltert und als Abfall entsorgt werden.This is ensured by an excess supply of chalcogens. Not consumed in the reaction, excess Chalcogen is combined with the carrier gas removed an exhaust duct of the furnace. According to the state of the art can the chalcogens from the discharged chalcogen vapor / carrier gas mixture, also called exhaust gas, filtered out and disposed of as waste.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die thermische Umsetzung von metallischen Precursorschichten in halbleitende Schichten mit best möglicher Qualität anzugeben, wobei der Abfall an Chalkogenen deutlich reduziert werden soll. Die geringeren Abfallmengen führen zu einem vereinfachten Produktionsverfahren und zur Reduktion der Kosten, da weniger Chalkogene primär eingesetzt werden müssen.Of the Invention is based on the object, a method and an apparatus for the thermal conversion of metallic precursor layers indicate semiconducting layers of the best possible quality, whereby the waste of chalcogenes should be significantly reduced. The smaller amounts of waste lead to a simplified Production processes and to reduce costs, because less chalcogens must be used primarily.
Erreicht wird das mit einem Verfahren, bei dem die mit mindestens einer metallischen Precursorschicht präparierten Substrate in einem Ofen bei ca. Atmosphärendruck auf eine Endtemperatur zwischen 400°C und 600°C erwärmt und in einer Atmosphäre aus einer Mischung aus mindestens einem Trägergas und Chalkogendampf in halbleitende Schichten umgewandelt werden, wobei ein Teil des nicht in der Reaktion verbrauchten Chalkogendampfes über eine Abgasrückführung dem Prozess wieder bereitgestellt wird.Reached This is done with a process in which the at least one metallic Precursor layer prepared substrates in an oven at approx. Atmospheric pressure to a final temperature between 400 ° C and heated to 600 ° C and in an atmosphere from a mixture of at least one carrier gas and chalcogen vapor be transformed into semiconducting layers, being a part of not in the reaction consumed chalcogen vapor over a Exhaust gas recirculation provided to the process again becomes.
Vorzugsweise wird das Chalkogen Selen und als Trägergas ein inertes Gas, wie zum Beispiel Stickstoff, verwendet.Preferably becomes the chalcogen selenium and as carrier gas an inert Gas, such as nitrogen, used.
In einer Weiterentwicklung der Erfindung werden die Substrate in einem in mehrere Temperaturbereiche segmentierten Ofen in mehreren Schritten auf eine jeweils vorgebbare Temperatur erwärmt.In In a further development of the invention, the substrates are in one furnace segmented into several temperature ranges in several steps heated to a respective predetermined temperature.
Dabei werden die in dem Ofen befindlichen Substrate gleichzeitig und schrittweise von Segment zu Segment transportiert, wobei die Verweildauer in den einzelnen Segmenten identisch ist.there For example, the substrates in the oven will be simultaneously and incrementally transported from segment to segment, whereby the residence time in the is identical to individual segments.
Die Verweildauer kann zwischen 20 und 100 Sekunden, vorzugsweise zwischen 40 und 80 Sekunden, bevorzugt zwischen 50 und 70 Sekunden und zum Beispiel 60 Sekunden betragen.The Dwell time can be between 20 and 100 seconds, preferably between 40 and 80 seconds, preferably between 50 and 70 seconds and the Example is 60 seconds.
Die Aufheizung der Substrate kann in Stufen von Raumtemperatur auf zum Beispiel ca. 150°C, 450°C und 550°C vorgenommen werden, wobei als Endtemperatur die 550°C-Marke nicht überschritten werden muss.The Heating the substrates can be done in stages from room temperature to Example about 150 ° C, 450 ° C and 550 ° C made with the end temperature not exceeding the 550 ° C mark got to.
Die Substrate können anschließend in mindestens einem Schritt auf Raumtemperatur abgekühlt werden.The Substrate can then be in at least one Step to be cooled to room temperature.
Für die Bereitstellung des notwendigen Chalkogendampfes zur Umwandlung der metallischen Precursorschichten in halbleitende Schichten können die Substrate vor dem Einbringen in den Ofen bereits mit mindestens einer Chalkogenschicht versehen werden.For the provision of the necessary chalcogen vapor for conversion of the metallic precursor layers in semiconducting layers, the Substrates prior to introduction into the oven already with at least a Chalkogenschicht be provided.
Die Chalkogene auf dem Substrat verdampfen bei dünnen Chalkogenschichten im Ofen vollständig und stehen im Ofen für den Umwandlungsprozess zur Verfügung.The Chalcogens on the substrate evaporate on thin layers of chalcogen in the oven completely and stand in the oven for the Conversion process available.
Bei dicken Chalkogenschichten können die Chalkogene auch nur zum Teil verdampfen. Es kann zum Teil eine Umwandlung der metallischen Precursorschichten mit den geschmolzenen Chalkogenen stattfinden.at thick chalcogen layers, the chalcogens can only partially evaporate. It can be partly a transformation of the metallic Precursor layers take place with the molten chalcogens.
Die Chalkogenschichten werden bevorzugt durch Aufdampfen von Chalkogenen auf die metallischen Precursorschichten aufge bracht. Dies kann unter atmosphärischen Bedingungen in einem Durchlaufprozess erfolgen.The Chalcogen layers are preferred by vapor deposition of chalcogens placed on the metallic precursor layers. This can be done under atmospheric conditions in a continuous process.
Ein schnelles Verdampfen der Chalkogene von den Substraten kann zu Dichteschwankungen der Chalkogene entlang des Ofens führen. Dies kann wiederum lokal zu einer Unterversorgung an Chalkogenen beim Erreichen der Endtemperatur führen, was lokal zu einer unvollständigen Umwandlung der metallischen Precursorschichten in halbleitende Schichten führen kann.One rapid evaporation of the chalcogens from the substrates can lead to density variations of the Chalcogens lead along the furnace. This can turn local to an undersupply of chalcogenes when reaching the Final temperature lead, which is locally incomplete Conversion of the metallic precursor layers into semiconducting layers can lead.
Die erfindungsgemäße Abgasrückführung hat nun neben der Reduktion des primären Einsatzes an Chalkogenen den positiven Effekt die Chalkogenkonzentration entlang des Ofens zu glätten.The Exhaust gas recirculation according to the invention has now in addition to the reduction of the primary use of chalcogens the positive effect the chalcogen concentration along the furnace to smooth.
Ein weiterer Glättungseffekt und eine weitere Gewährleistung einer genügend hohen Chalkogenkonzentration bei dünnen Chalkogenschichten auf den Substraten können über das Einbringen von Chalkogendampf über eine Quelle gewährleistet werden, die allerdings auch dann vorteilhaft verwendet werden kann, wenn die Substrate keine Chalkogenschicht aufweisen.One further smoothing effect and another warranty a sufficiently high concentration of chalcogen in thin Chalcogen layers on the substrates can over ensures the introduction of chalcogen vapor via a source which, however, can be used to advantage if the substrates do not have a chalcogen layer.
Demzufolge kann alternativ oder zusätzlich zu einer vorab erfolgten Beschichtung der Substrate mit einer Chalkogenschicht vorgesehen sein, dass Chalkogendampf von einer externen Dampfquelle in die Ofenkammer eingeleitet oder in der Ofenkammer von einer internen Dampfquelle erzeugt wird.As a result, may alternatively or in addition to an advance Coating the substrates provided with a chalcogen layer be that chalcogen vapor from an external source of steam in the Furnace chamber initiated or in the furnace chamber of an internal Steam source is generated.
Die Erfindung kann weiterhin dadurch gekennzeichnet sein, dass die metallischen Precursorschichten durch aufeinander folgendes Sputtern von Kupfer/Gallium und Indium hergestellt werden.The invention can furthermore be characterized in that the metallic precursors layers are produced by sequential sputtering of copper / gallium and indium.
Zu diesem Zweck werden zum Beispiel aus Glas bestehende Substrate zunächst durch Sputtern mit einer Molybdänschicht versehen, auf der dann eine zweite Schicht aus Kupfer/Gallium von einem zusammengesetzten Kupfer/Gallium-Target und schließlich eine dritte Schicht aus Indium von einem Indium-Target unter Hochvakuum gesputtert werden. Typischerweise erfolgt die Beschichtung mit Molybdän in einer ersten Sputteranlage, die Beschichtung mit Kupfer/Gallium und Indium in einer zweiten Sputteranlage.To For this purpose, for example, consisting of glass substrates are first provided by sputtering with a molybdenum layer, on then a second layer of copper / gallium from a compound Copper / gallium target and finally a third layer be sputtered from indium from an indium target under high vacuum. typically, the coating with molybdenum takes place in a first sputtering plant, the coating with copper / gallium and indium in a second Sputter.
Weiterhin erfolgen die Aufheizung der Substrate und die Umwandlung der metallischen Precursorschichten bevorzugt unter Abwesenheit von zum Beispiel Sauerstoff und Wasserstoff, bzw. mit geringst möglichem Sauerstoff- und Wasserstoffpartialdruck.Farther The heating of the substrates and the transformation of the metallic ones take place Precursor layers preferably in the absence of, for example Oxygen and hydrogen, or with the least possible Oxygen and hydrogen partial pressure.
Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung gelöst, die aus einem Ofen mit einer Ofenkammer, die eine Öffnung zum Einbringen der Substrate und eine Öffnung zum Ausbringen der Substrate aufweist, mit einer Gasschleuse an der Öffnung zum Einbringen der Substrate, mit einer Gasschleuse an der Öffnung zum Ausbringen der Substrate, mit einem Transportmittel für die Substrate und mit einem Abgaskanal zum Entfernen eines Chalkogendampf/Trägergasgemisches aus der Ofenkammer besteht, wobei weiter vorgesehen ist, dass die Vorrichtung an dem Abgaskanal einen Durchflussmengenteiler oder/und eine Recyclingvorrichtung aufweist, der bzw. die es erlaubt, nicht in der Reaktion verbrauchte Chalkogene der Ofenkammer zurückzuführen. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass zwischen dem Durchflussmengenteiler und der Ofenkammer ein Rückführungskanal angeordnet ist.The Task is further solved by a device that from an oven with a furnace chamber, which has an opening to the Introducing the substrates and an opening for dispensing having the substrates, with a gas lock at the opening for introducing the substrates, with a gas lock at the opening for applying the substrates, with a transport for the substrates and with an exhaust passage for removing a chalcogen vapor / carrier gas mixture consists of the furnace chamber, wherein it is further provided that the Device on the exhaust duct a flow divider and / or a recycling device that allows it or not recycled chalcogenes from the furnace chamber in the reaction. For this purpose, for example, be provided that between the flow divider and the furnace chamber disposed a return passage is.
Vorzugsweise wird das Chalkogen Selen verwendet.Preferably the chalcogen selenium is used.
Eine Gasschleuse erlaubt es mit geeigneten Gasströmungen, die Gasatmosphären auf beiden Seiten einer Öffnung zu trennen, ohne die Öffnung mit festen Türen verschließen zu müssen.A Gas lock allows it with suitable gas flows, the Gas atmospheres on both sides of an opening to disconnect without the opening with solid doors to have to close.
In einer Fortentwicklung der Vorrichtung können die Gasflüsse zu beiden Seiten der Gasschleusen unabhängig voneinander eingestellt werden.In a development of the device, the gas flows on both sides of the gas locks independently be set.
Die Gasschleusen der Ofenkammer können dazu aus jeweils mindestens zwei Gasvorhängen bestehen. Es können auch zusätzliche Absaugungen zwischen den Gasvorhängen vorhanden sein.The Gas locks of the furnace chamber can from each at least two gas curtains. There may also be additional Exhausts between the gas curtains be present.
Bevorzugt wird als Schutz-/Trägergas ein inertes Gas, wie zum Beispiel Stickstoff, verwendet.Prefers is used as protective / carrier gas an inert gas, such as Nitrogen, used.
Die Öffnung zum Einbringen der Substrate, die Öffnung zum Ausbringen der Substrate und die Gasschleusen ermöglichen es, die Vorrichtung im Durchlaufverfahren, bei einem Druck in der Nähe des Atmosphärendrucks und unter definierten Restgasbedingungen, insbesondere unter Ausschluss von Sauerstoff und Wasserstoff, zu betreiben.The opening for introducing the substrates, the opening for spreading the substrates and the gas locks allow the Device in a continuous process, at a pressure in the vicinity the atmospheric pressure and under defined residual gas conditions, especially excluding oxygen and hydrogen, too operate.
Das Transportmittel, die Öffnung zum Einbringen der Substrate und die Öffnung zum Ausbringen der Substrate erlauben ein Einbringen der Substrate in die Ofenkammer hinein, ein Transportieren der Substrate durch die Ofenkammer hindurch und ein Ausbringen der Substrate nach der Umsetzung der metallischen Precursorschichten in halbleitende Schichten aus der Ofenkammer hinaus.The Means of transport, the opening for introducing the substrates and the opening for discharging the substrates allow Introducing the substrates into the oven chamber, transporting the Substrates through the oven chamber and applying the substrates after the conversion of the metallic precursor layers into semiconductive layers out of the oven chamber.
In einer Ausführung der Erfindung wird das Chalkogendampf/Trägergasgemisch über den Abgaskanal in die Recyclingvorrichtung eingeleitet, in der Recyclingvorrichtung wird das Abgas mittels eines Durchflussmengenteilers in zwei einstellbare Abgasteilströme aufgeteilt. Ein erster Abgasteilstrom wird der Ofenkammer, vorzugsweise am Eingang der Ofenkammer, wieder zugeführt.In In one embodiment of the invention, the chalcogen vapor / carrier gas mixture is transferred over introduced the exhaust duct in the recycling device, in the recycling device the exhaust gas is in two adjustable by means of a flow divider Split partial exhaust streams. A first partial exhaust gas flow is the furnace chamber, preferably at the entrance of the furnace chamber, fed again.
Der zweite Abgasteilstrom, genannt Restabgas, wird über einen Restabgaskanal abgeführt.Of the second partial exhaust gas stream, called residual exhaust gas, via a Remaining exhaust duct discharged.
Das Restabgas kann gefiltert und dann abgeführt werden. Der Abfall an Chalkogenen muss entsorgt oder einer Wiederaufbereitung zugeführt werden.The Residual exhaust gas can be filtered and then removed. Of the Waste of chalcogens must be disposed of or reprocessed be supplied.
Der Durchflussmengenteiler kann gemäß einer weiteren Ausge staltung der Erfindung mit einer Recyclingvorrichtung verbunden oder Bestandteil einer Recyclingvorrichtung sein, in welcher dem zweiten Abgasteilstrom (Restabgas) Chalkogene entzogen und dem ersten Abgasteilstrom zugeschlagen werden, so dass das wieder in die Ofenkammer zurückgeführte Gas mit Chalkogenen angereichert ist. Das abgeführte Restabgas hat dadurch eine geringere Konzentration an Chalkogenen und daher fällt noch weniger Abfall an Chalkogenen an. Gleichzeitig wird ein höherer Anteil der eingesetzten Chalkogene für den Prozess ausgenutzt.Of the Flow divider may according to another Substituted the invention with a recycling device connected or part of a recycling device, in which the second partial exhaust gas stream (residual exhaust gas) chalcogens withdrawn and the first Partial exhaust stream are slammed so that the back into the furnace chamber recycled gas enriched with chalcogens is. The discharged residual exhaust gas has a lower Concentration of chalcogens and therefore falls even less Waste of chalcogens. At the same time, a higher Share of chalcogens used for the process exploited.
In einer besonderen Ausgestaltung der Vorrichtung wird die Temperatur einer oder mehrerer der Wände im Innenbereich von Ofenkammer, Durchflussmengenteiler Recyclingvorrichtung, Abgaskanal und Rückführungskanal auf eine Temperatur größer als der Kondensationstemperatur der Chalkogene eingestellt und gehalten.In a particular embodiment of the device is the temperature one or more of the walls in the interior of the furnace chamber, Flow divider Recycling device, exhaust channel and return channel to a temperature greater than the condensation temperature the chalcogens are set and held.
Dies verhindert, dass Chalkogendampf an diesen Innenwänden kondensiert und dort haften bleibt. Dies würde zu einem Verlust an Chalkogenen führen und eine aufwändige Wartung erfordern.This prevents chalcogen vapor from condensing on these interior walls and stick there. This would be at a loss Chalcogen lead and a costly maintenance require.
Die Temperatur der Wände muss nicht überall dieselbe sein. Sie kann insbesondere in der Ofenkammer variieren. Die Ofenkammer kann in mehrere nacheinander folgende Segmente S1...Sn mit unterschiedlichen Temperaturen aufgeteilt sein.The Temperature of the walls does not have to be the same everywhere be. It can vary in particular in the furnace chamber. The oven chamber can in several consecutive segments S1 ... Sn with different Temperatures be divided.
Die Temperaturen der Innenwände von Ofenkammer, Durchflussmengenteiler Recyclingvorrichtung, Abgaskanal und Rückführungskanal sowie in den verschieden Segmenten können zum Beispiel mit Hilfe von Heiz- und Kühlsystemen unabhängig voneinander eingestellt werden.The Inner chamber temperatures of furnace chamber, flow divider Recycling device, exhaust channel and return channel as well as in the different segments can, for example, with Help heating and cooling systems independently be set.
In einer Weiterentwicklung der Erfindung ist jedes Segment von den anderen Segmenten thermisch isoliert. Dies ermöglicht, dass benachbarte Segmente auf deutlich unterschiedliche Temperaturen gebracht werden können.In A further development of the invention is each segment of the thermally isolated from other segments. This makes possible, that adjacent segments at significantly different temperatures can be brought.
Weiterhin kann die Ofenkammer insgesamt oder/und jedes Segment für sich thermisch gedämmt werden, um den Energieeinsatz für die Beheizung des Segments zu reduzieren.Farther can the furnace chamber total or / and each segment for be thermally insulated to the energy input for to reduce the heating of the segment.
In einer Ausführung der Erfindung bestehen die Wände der Ofenkammer aus Graphit.In an embodiment of the invention consist of the walls the furnace chamber made of graphite.
Das Transportmittel in dem in mehrere Temperaturbereiche segmentierten Ofen erlaubt bevorzugt einen schrittweisen und gleichzeitigen Transport sämtlicher in der Ofenkammer befindlicher Substrate zum jeweils nächsten Segment.The Transport in the segmented into several temperature ranges Furnace preferably allows a gradual and simultaneous transport of all in the furnace chamber located substrates to the next Segment.
Aufgrund des schrittweisen und gleichzeitigen Transports der Substrate von Segment zu Segment, ist die Verweildauer der Substrate in den einzelnen Segmenten identisch und kann zum Beispiel ca. 60 Sekunden betragen.by virtue of the stepwise and simultaneous transport of the substrates of Segment by segment, is the residence time of the substrates in the individual Segments identical and can be, for example, about 60 seconds.
Zum besseren Ausschluss von zum Beispiel Sauerstoff oder Wasserstoff aus der Ofenkammer, kann die Ofenkammer von einem Gehäuse mit einer Öffnung zum Einbringen der Substrate und einer Öffnung zum Ausbringen der Substrate umgeben sein.To the better exclusion of, for example, oxygen or hydrogen from the furnace chamber, the furnace chamber can be from a housing with an opening for introducing the substrates and an opening be surrounded to dispense the substrates.
Das Gehäuse kann zum Beispiel eine Edelstahlumhüllung sein.The Housing can, for example, a stainless steel cladding be.
Weiterhin kann das Gehäuse eine separate Gehäuseabsaugung besitzen und es kann eine Spülung mit einem Schutzgas vorgesehen sein.Farther the housing can be a separate housing exhaust own and it can be a purge with a protective gas provided be.
In einer Ausführung der Erfindung hat das Gehäuse ein separates Kühlsystem. Dies erlaubt die abgestrahlte Wärme der Ofenkammer abzuführen.In An embodiment of the invention has the housing a separate cooling system. This allows the radiated Dissipate heat of the furnace chamber.
Weiterhin kann im Gehäuse ein Sensor zur Ermittlung der Anwesenheit eines Gases oder/und einer Gaskonzentration, beispielsweise ein Sauerstoff-Sensor und/oder ein H2Se-Sensor angebracht sein.Farther In the housing, a sensor for detecting the presence a gas and / or a gas concentration, for example a Oxygen sensor and / or a H2Se sensor attached.
Der Sauerstoffsensor ermöglicht es, ein unerwünschtes – Eindringen von Sauerstoff in den Raum zwischen Gehäuse und Ofenkammer festzustellen.Of the Oxygen sensor allows an undesirable - penetration of oxygen in the space between housing and furnace chamber determine.
Der H2Se-Sensor dient zur Sicherheit, um ein eventuelles Entstehen von Selenwasserstoff rechtzeitig festzustellen und den Betreiber entsprechend zu warnen.Of the H2Se sensor is used as a safety measure to prevent the emergence of Determine selenium in good time and the operator accordingly to warn.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. Dabei zeigenA Device according to the invention is intended below will be explained on an exemplary embodiment. Show
In
Im
Innern der Ofenkammer
Als Schutzgas/Trägergas wird in einem in der Vorrichtung durchgeführten Beispielprozess Stickstoff verwendet.When Shielding gas / carrier gas is carried out in a device Example process using nitrogen.
Durch die Gasvorhänge wird es ermöglicht, Substrate durch den Ofen im Durchlaufverfahren, bei Atmosphärendruck und unter definierten Restgasbedingungen, insbesondere unter Ausschluss von Sauerstoff, zu transportieren.By The gas curtains will allow substrates through the furnace in a continuous process, at atmospheric pressure and under defined residual gas conditions, in particular with exclusion of oxygen, to transport.
Die
Wände der Ofenkammer
Weiterhin können entlang der Ofenkammer verschiedene Temperaturen mit Hilfe von Heiz- oder/und Kühlsystemen vorgegeben werden.Farther can be different temperatures along the oven chamber with the help of heating and / or cooling systems.
Die
mit einer Kupfer/Gallium-, Indium- und Selenschicht präparierten
Substrate
Die Verweildauer in jedem Segment beträgt in einem in der Vorrichtung durchgeführten Beispielprozess 60 Sekunden.The Dwell time in each segment is in one in the device Example process performed 60 seconds.
Am
Anfang der Ofenkammer
Bei dicken Chalkogenschichten können die Chalkogene auch nur zum Teil verdampfen. Es kann zum Teil eine Umwandlung der metallischen Precursorschichten mit den geschmolzenen Chalkogenen stattfinden.at thick chalcogen layers, the chalcogens can only partially evaporate. It can be partly a transformation of the metallic Precursor layers take place with the molten chalcogens.
Die
Steuerung des Gasflusses wird dadurch ermöglicht, dass
die Gasflüsse auf beiden Seiten der Gasschleusen
Nicht
verbrauchtes Selen wird über den Abgaskanal
Im
Durchflussmengenteiler
Ein
erster Abgasteilstrom wird über den Rückführungskanal
Der
verbleibende Teil des zweiten Abgasteilstroms, genannt Restabgas,
enthält nur noch einen geringen Anteil chalkogenid. Dieses
Restabgas wird über den Restabgaskanal
Diese Rückführung bewirkt eine Reduktion des Verlustes an Selen, wodurch weniger Selen primär zum Einsatz kommt.These Feedback causes a reduction of the loss on selenium, whereby less selenium is used primarily.
- 11
- Ofenkammerfurnace chamber
- 22
- DurchflussmengenteilerFlow divider
- 33
- Recyclingvorrichtungrecycling device
- 44
- Gasschleusegas lock
- 55
- Einlassinlet
- 66
- Auslassoutlet
- 77
- Abgaskanalexhaust duct
- 88th
- RückführungskanalReturn passage
- 99
- RestabgaskanalResidual exhaust duct
- 1010
- Transporteinrichtungtransport means
- 1111
- Substratsubstratum
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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