DE3710497A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von duennen, aus mehreren elementaren komponenten bestehenden filmen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur herstellung von duennen, aus mehreren elementaren komponenten bestehenden filmenInfo
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
- C30B23/02—Epitaxial-layer growth
Description
Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung
von dünnen, aus mehreren elementaren Komponenten beste
henden Filmen gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des
Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung Vorrichtungen
zur Durchführung derartiger Verfahren.
Zur Herstellung von dünnen Filmen, aus mehreren elementa
ren Komponenten, z. B. von Filmen, die aus Cadmium-
Quecksilber-Tellurit bestehen, sind mehrere Verfahren
bekannt. Beispielsweise können solche Filme durch RF
Kathodenzerstäubung (vgl. zum Beispiel H. Kraus u. a.,
Journal Electrochemical Society (1967) 616) mit Hilfe
der Molekularstrahlepitaxie (vgl. zum Beispiel J. P.
Faurie u. a., Applied Physical Letter 45 (1984) 1307)
und Filmdeposition (MOCDV) durch pyrolytische Zersetzung
von metallorganischen Verbindungen (vgl. zum Beispiel
W. E. Hoke und R. Traczewski, Journal Applied Physics 54
(1983) 5087) hergestellt werden.
Diese bekannten Verfahren besitzen aber verschiedene
Nachteile:
So erlaubt die RF Kathodenzerstäubung keine ausreichende
Kontrolle der Stoichiometrie aufgrund der unterschied
lichen Abstäubraten der einzelnen Elemente vom homogen
zusammengesetzten Target.
Bei Verwendung der Molekularstrahlepitaxie ist insbeson
dere für die Herstellung von Cadmium-Quecksilber-Tellurit-
Filmen ein sehr hoher apparativer Aufwand erforderlich.
Die Substrattemperaturen für die Herstellung der Filme
hoher Güte sind hoch. Der für eine Deposition notwendige
Quecksilberdampfdruck ist hoch und schwierig zu kontrol
lieren.
Die Qualität der mittels MOCVD hergestellten Filme ist
schwierig zu kontrollieren: So sind die kommerziell er
hältlichen metallorganischen Verbindungen nicht mit
gleichbleibender Qualität lieferbar und der Einsatz von
Metallorganika erfordert umfangreiche Sicherheitsmaß
nahmen.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren der eingangs erwähnten Art so weiterzuent
wickeln, daß es einfach durchzuführen ist und für eine
Großserienfertigung verwendet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
des kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Eine
entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Ver
fahrens nach Anspruch 1 offenbart Anspruch 4.
Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Er
findung werden in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand von
Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur Erzeugung
dünner Cadmium-Quecksilber-Tellurit-Filme
und
Fig. 2 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vor
richtung nach Fig. 1.
In Fig. 1 ist mit 1 eine Vakuumkammer bezeichnet, die
über ein erstes Vakuumventil 2 mit einer nicht darge
stellten Vakuumpumpe und über ein zweites Vakuumventil 3
mit einem Substrat Transfersystem 4 verbunden ist.
An der Vakuumkammer 1 sind drei mikroprozessorgesteuerte
Argon-Ionenkanonen 5, 6 und 7 (z. B. der Fa. Kimball
Physics Inc.) angeordnet. Innerhalb der Vakuumkammer 1
befinden sich sowohl ein Substrat 8 auf einem Substrat
halter 80 als auch drei Targets 9, 10 und 11, auf denen
sich das zu zerstäubende, noch reine Material, nämlich
Quecksilber und Tellur befinden. Dabei ist unter dem
Quecksilber-Target 10 eine Kühlvorrichtung 12 angeordnet,
die bewirkt, daß das Quecksilber in seiner festen Phase
vorliegt.
Zwischen den Targets 9, 10 und 11 und den Ionenquellen
5, 6 und 7 befindet sich eine Verschlußvorrichtung 13,
mit der sichergestellt werden kann, daß der herzustel
lende dünne Film 20 erst dann auf das Substrat 8 auf
gebracht wird, nachdem sich stationäre Betriebsbedin
gungen des Teilchenstromes des abgestäubten Materials
eingestellt haben, so daß Inhomogenitäten im Film ver
mieden werden. Die Verschlußvorrichtung (13) ist daher so
angeordnet, daß zwar das Substrat 8, nicht jedoch die
Ionenstrahlen 17, 18, 19 abgedeckt werden. Hierzu weist
die Vorrichtung 13 drei Öffnungen 130, 131 und 132 auf,
durch die Ionenstrahlen 17, 18, 19 hindurch und auf die
Targets 9, 10, 11 gelangen.
Vorzugsweise kann unterhalb des Substrathalters 8 eine
Sonde 14 angeordnet werden, mit der die Schichtdicke
des auf dem Substrat sich ausbildenden Films bestimmt
werden kann. Derartige Sonden sind bekannt und werden
beispielsweise von der Fa. Leybold Heraeus verkauft
(Schwingquarzmonitore). Sie sind mit einem in Fig. 1
nicht dargestellten Schichtdickenmeßgerät verbunden,
welches außerhalb der Vakuumkammer 1 angeordnet ist.
Das Substrat-Transfer-System 4 enthält im wesentlichen
einen zungenförmigen, längsverschiebbaren Träger 15, in
dessen vorderem Ende ein neues Substrat 16 angeordnet ist.
Fig. 2 zeigt die Draufsicht auf die Vorrichtung nach
Fig. 1. Dabei wurden für gleiche Teile gleiche Bezugs
zeichen verwendet.
Im folgenden wird kurz auf die Wirkungsweise der erfin
dungsgemäßen Vorrichtung sowie auf den Ablauf des erfin
dungsgemäßen Verfahrens eingegangen:
Nach Öffnen des zweiten Vakuumventils 3 wird mit Hilfe
des Substrat-Transfer-Systems 4 das Substrat 16 in
die Vakuumkammer 1 gebracht und auf dem Halter 8 ange
ordnet. Als Substrat eignet sich Saphir, CdTe, sowie
Legierungen der Form CdZnTe oder CdTeSe. Das Substrat
wird dann auf für kristallines Wachstum notwendige
Temperatur erwärmt. Hierzu enthält der Substrathalter 8
eine nicht dargestellte Heizvorrichtung. Üblicherweise
wird das Substrat auf eine Temperatur zwischen 70°C
und 150°C erhitzt.
Nachdem das Substrat 8 auf die notwendige Temperatur
erwärmt wurde, werden die Ionenquellen 5, 6 und 7 einge
schaltet, so daß die Ionenstrahlen 17, 18 und 19 auf die
Targets 9, 10 und 11 treffen, die aus Cadmium, Queck
silber und Tellur bestehen. Nach Einstellung eines
stationären Strahlstromes und Abstäubrate wird die Ver
schlußvorrichtung 13 geöffnet.
Die für ein stoichiometrisches Filmwachstum notwendigen
Abstäubraten der einzelnen Elemente werden durch den
Argon-Ionenstrom eingestellt. Hierzu wird eine unabhän
gige Kalibrierung durchgeführt, bei der der Teilchenstrom
der abgestäubten elementaren Bestandteile als Funktion
der Ionenenergie bestimmt wird.
Die Verschlußvorrichtung 13 wird solange geöffnet, bis
die gewünschte Dicke des Filmes 20 erreicht ist. Dabei
wird die Schichtdicke mit Hilfe der Sonde 14 bestimmt
und an einem nicht dargestellten Meßgerät angezeigt.
Anschließend wird die Verschlußvorrichtung 13 geschlos
sen und das Substrat mit Hilfe des Substrat-Transfer-
Systems 4 entnommen.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung von dünnen, aus mehreren
elementaren Komponenten bestehenden Filmen (20), die
auf einem Substrat (8) epitaktisch im Vakuum aufge
bracht werden, wobei zunächst eine Zerstäubung des
die elementaren Komponenten enthaltenden Materials
erfolgt, gekennzeichnet durch
folgende Merkmale:
- a) die einzelnen elementaren Komponenten werden je weils auf einem separaten Target (9, 10, 11) an geordnet;
- b) die elementaren Komponenten werden mit Hilfe einer entsprechenden Anzahl von Ionenstrahlen (17, 18, 19), die auf das jeweilige Target (9, 10, 11) gerichtet sind, gleichzeitig abgestäubt;
- c) die genaue Zusammensetzung des auf dem Substrat (8) entstehenden Filmes (20) wird durch Regelung der Stromstärke der Ionenstrahlen (17, 18, 19) einge stellt.
2. Verfahren zur Herstellung von dünnen Filmen nach An
spruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß als Ionenquellen (5, 6, 7) Argon-Ionenquellen ver
wendet werden.
3. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2 zur
Herstellung dünner Filme aus Cadmium-Quecksilber-
Tellurit.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An
spruch 1, wobei im Inneren einer Vakuumkammer (1) eine
Substrat Haltevorrichtung und Haltevorrichtungen für
das zu zerstäubende Material vorgesehen sind, ge
kennzeichnet durch die Merkmale:
- a) in der Vakuumkammer (1) sind genau soviel Halte vorrichtungen für die Targets (9, 10, 11) vorge sehen, wie es elementare Komponenten gibt;
- b) an der Vakuumkammer (1) sind Ionenkanonen (5, 6, 7) derart angeordnet, daß jeweils eine Ionenkanone im Betrieb Ionen ausstrahlt, die jeweils genau auf ein Target (9, 10, 11) auftreffen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß eine Sonde (14) zur
Messung der Schichtdicke des entstehenden Films (20)
vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß zwischen dem Substrat
halter (80) und den Targets (9, 10, 11) eine Verschluß
vorrichtung (13) angeordnet ist, die Öffnungen (130,
131, 132) aufweist, durch die die Ionenstrahlen (17,
18, 19) auf die Targets (9, 10, 11) gelangen.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873710497 DE3710497A1 (de) | 1987-03-30 | 1987-03-30 | Verfahren und vorrichtung zur herstellung von duennen, aus mehreren elementaren komponenten bestehenden filmen |
EP19870116482 EP0284657A2 (de) | 1987-03-30 | 1987-11-07 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von dünnen, aus mehreren elementaren Komponenten bestehenden Filmen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873710497 DE3710497A1 (de) | 1987-03-30 | 1987-03-30 | Verfahren und vorrichtung zur herstellung von duennen, aus mehreren elementaren komponenten bestehenden filmen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3710497A1 true DE3710497A1 (de) | 1988-10-20 |
Family
ID=6324352
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19873710497 Withdrawn DE3710497A1 (de) | 1987-03-30 | 1987-03-30 | Verfahren und vorrichtung zur herstellung von duennen, aus mehreren elementaren komponenten bestehenden filmen |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0284657A2 (de) |
DE (1) | DE3710497A1 (de) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3324019A (en) * | 1962-12-11 | 1967-06-06 | Schjeldahl Co G T | Method of sputtering sequentially from a plurality of cathodes |
DE2307649B2 (de) * | 1973-02-16 | 1980-07-31 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Anordnung zum Aufstäuben verschiedener Materialien auf einem Substrat |
DE2940369A1 (de) * | 1979-10-05 | 1981-05-07 | W.C. Heraeus Gmbh, 6450 Hanau | Target |
-
1987
- 1987-03-30 DE DE19873710497 patent/DE3710497A1/de not_active Withdrawn
- 1987-11-07 EP EP19870116482 patent/EP0284657A2/de not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3324019A (en) * | 1962-12-11 | 1967-06-06 | Schjeldahl Co G T | Method of sputtering sequentially from a plurality of cathodes |
DE2307649B2 (de) * | 1973-02-16 | 1980-07-31 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Anordnung zum Aufstäuben verschiedener Materialien auf einem Substrat |
DE2940369A1 (de) * | 1979-10-05 | 1981-05-07 | W.C. Heraeus Gmbh, 6450 Hanau | Target |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0284657A2 (de) | 1988-10-05 |
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