DE4027236A1 - Film aus amorphem silicium, dessen herstellung und einen solchen film verwendende photohalbleiter-vorrichtung - Google Patents

Film aus amorphem silicium, dessen herstellung und einen solchen film verwendende photohalbleiter-vorrichtung

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Film aus amorphem Silicium und dessen Herstellung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Film aus amorphem Silicium mit einem breiten optischen Band­ abstand und einer hohen photoelektrischen Leitfähigkeit sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Films. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung eine Photo­ halbleiter-Vorrichtung, die einen solchen Film aus amorphem Silicium verwendet.
Im allgemeinen ist es erforderlich, daß Filme aus amorphem Silicium für den Einsatz in Photohalbleiter- Vorrichtungen wie beispielsweise photovoltaischen Vorrichtungen (Photoelementen) einen breiten Bandabstand haben, um das auftreffende Licht in wirksamer Weise zu nutzen.
Zu diesem Zweck hat man bislang vorgeschlagen, Additive wie Kohlenstoff oder Sauerstoff in Filme aus amorphem Silicium einzubauen. Die Einarbeitung eines solchen Additivs bewirkt jedoch eine Abnahme der Kennwerte des Films, inbesondere der photoelektrischen Leitfähigkeit, wie in Journal of Non-Crystalline Solids 97 & 98 (1987), 1027-1034, offenbart ist.
Andererseits können Filme aus amorphem Silicium mit einem breiten Bandabstand ohne die Einarbeitung solcher Additive wie Kohlenstoff dadurch hergestellt werden, daß die Wasserstoff-Konzentration in dem Film aus amorphem Silicium erhöht wird. In diesem Fall ist es möglich, Filme aus amorphem Silicium zu erzeugen, die 30 Atom-% Wasserstoff enthalten, sofern das Substrat bei der Bil­ dung des Films auf einer Temperatur von 100°C oder weniger gehalten wird. Wenn jedoch die Substrat-Tempera­ tur nicht höher als 100°C ist, nimmt die photoelektri­ sche Leitfähigkeit des Films beträchtlich ab, wodurch die Herstellung von Filmen aus amorphem Silicium mit ausgezeichneten Eigenschaften unmöglich gemacht wird.
Aus diesem Grunde ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Film aus amorphem Silicium mit breitem Bandabstand und hervorragenden Kennwerten, insbesondere einer hohen photoelektrischen Leitfähigkeit, verfügbar zu machen.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Films aus amorphem Silicium mit breitem Bandabstand und einer hohen photo­ elektrischen Leitfähigkeit bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Halbleiter-Vorrichtungen wie photovoltaische Vorrichtun­ gen verfügbar zu machen, die einen Film aus amorphem Silicium mit breitem Bandabstand und einer hohen photo­ elektrischen Leitfähigkeit umfassen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden diese und andere Aufgaben dadurch gelöst, daß ein Film aus amorphem Silicium, der nicht weniger als 30 Atom-% Wasserstoff enthält und Silicium-Atome, die mit einem Wasserstoff- Atom verbunden sind, und Silicium-Atome, die mit zwei Wasserstoff-Atomen verbunden sind, einschließt, bereit­ gestellt wird, wobei das Verhältnis der mit zwei Wasser­ stoff-Atomen verbundenen Silicium-Atome zu den mit einem Wasserstoff-Atom verbundenen Silicium-Atomen nicht größer als 0,4 ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der vorgenannte Film aus amorphem Silicium mittels eines Verfahrens hergestellt werden, bei dem eine plasma-unterstützte chemische Abscheidung aus der Dampf-Phase (PACVD) bei einer Substrat-Temperatur von nicht mehr als 100°C durchgeführt wird, wobei Wasserstoff-Gas (H2) und Silan- Gas (SiH4) in einem geeigneten Zufluß-Verhältnis in das Reaktionssystem eingespeist werden, wobei das Zufluß­ verhältnis von Wasserstoff-Gas zu Silan-Gas nicht kleiner als 1 ist.
Das PACVD-Verfahren umfaßt die Schritte des Positionie­ rens eines Substrats zwischen ein Paar Elektroden in einem Reaktionsgefäß, das Evakuieren des Reaktions­ gefäßes auf ein Vakuum von 1,33 × 10-5mbar (10-5 Torr) oder höher, das Einleiten von Wasserstoff und Silan in dem vorher festgelegten Verhältnis in das Reaktions­ gefäß, um in dem Reaktionsgefäß einen Druck von 0,27 mbar (0,2 Torr) oder weniger einzustellen, und das Anlegen einer Radiofrequenz-Energie zwischen den Elek­ troden, während Wasserstoff und Silan dem Gefäß in dem oben angegebenen Verhältnis zugeführt werden. Während der plasma-unterstützten chemischen Abscheidung aus der Dampf-Phase wird der Druck in dem Gefäß durch Evakuieren konstant gehalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der oben be­ zeichnete Film aus amorphem Silicium durch ein PACVD- Verfahren erzeugt, in dem eine spezifische Radio­ frequenz-(RF)-Energie von nicht mehr als 17 mW/cm2 bei einer Substrat-Temperatur von nicht mehr als 100°C an die Elektroden angelegt wird.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird der Film aus amorphem Silicium durch ein PACVD-Verfahren bei einer Substrat-Temperatur von nicht mehr als 100°C und beinem Reaktions-Druck von nicht mehr als 0,13 mbar (0,1 Torr) erzeugt.
Der Film aus amorphem Silicium gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt wegen seiner hohen Konzentration an Wasserstoff-Atomen von nicht weniger als 30 Atom-% einen breiten Bandabstand. Zusätzlich besitzt der Film der vorliegenden Erfindung eine hohe Photoleitfähigkeit, da er Silicium-Atome, die mit einem Wasserstoff-Atom ver­ bunden sind (im folgenden als SiH-Bindung bezeichnet), und Silicium-Atome, die mit zwei Wasserstoff-Atomen ver­ bunden sind (im folgenden als SiH2-Bindung bezeichnet), in einem Verhältnis SiH2-Bindung/SiH-Bindung von nicht mehr als 0,4 enthält.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch eine Photo­ halbleiter-Vorrichtung verfügbar gemacht, die einen Film aus amorphem Silicium umfaßt, der nicht weniger als 30 Atom-% Wasserstoff enthält und Silicium-Atome, die mit einem Wasserstoff-Atom verbunden sind, und Silicium- Atome, die mit zwei Wasserstoff-Atomen verbunden sind, wobei das Verhältnis der SiH2-Bindung zu der SiH-Bindung nicht größer als 0,4 ist.
Die Erfindung wird weiter verdeutlicht durch die nach­ folgende Beschreibung unter Bezug auf mehrere Beispiele und die beigefügten Zeichnungen. In den Beispielen und Zeichnungen steht die Abkürzung "sccm" für "cm3/min", wobei das Gas-Volumen auf 0°C und 1,013 bar (1 atm.) bezogen ist.
Fig. 1 ist eine graphische Darstellung der Änderung des Verhältnisses der mit zwei Wasserstoff-Atomen verbunde­ nen Silicium-Atome zu den mit einem Wasserstoff-Atom verbundenen Silicium-Atomen in dem Film aus amorphem Silicium mit Zufluß-Verhältnis von Wasserstoff (H2) zu Silan (SiH4) während der Herstellung des Films;
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der Änderung der Photoleitfähigkeit mit dem Verhältnis der Zahl der mit zwei Wasserstoff-Atomen verbundenen Silicium-Atome zu der Zahl der mit einem Wasserstoff-Atom verbundenen Silicium-Atome in dem Film aus amorphem Silicium;
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der Änderung der Photoleitfähigkeit (oph) mit der Temperatur für Filme aus amorphem Silicium der vorliegenden Erfindung und des Standes der Technik;
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Photoleitfähigkeit und der spezifischen RF- Energie;
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Verhältnis der Zahl der mit zwei Wasser­ stoff-Atomen verbundenen Silicium-Atome zu der Zahl der mit einem Wasserstoff-Atom verbundenen Silicium-Atome in dem Film aus amorphem Silicium und der spezifischen RF- Energie;
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Photoleitfähigkeit und dem Gas-Druck in dem Reaktionssystem;
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Gas-Druck in dem System und dem Verhältnis der Zahl der mit zwei Wasserstoff-Atomen verbundenen Silicium-Atome zu der Zahl der mit einem Wasserstoff- Atom verbundenen Silicium-Atome in dem erzeugten Film.
Die Fig. 8 bis 11 zeigen schematische Schnittansich­ ten verschiedener Photohalbleiter-Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung.
Beispiel 1
Unter Verwendung des bekannten Parallelplatten-Reaktors für die PACVD wurden Filme aus amorphem Silicium durch plasma-unterstützte chemische Abscheidung aus der Dampfphase aus Silan (SiH4) und Wasserstoff (H2) herge­ stellt. Die PACVD wurde auf folgende Weise durchgeführt: Nach dem Positionieren eines Substrats zwischen ein Paar Elektroden wird ein Reaktionsgefäß auf ein höheres Vakuum als 1,33 ×10-6 mbar (10-6 Torr) evakuiert, und dann werden Wasserstoff und Silan in dem vorher festge­ legten Mengenverhältnis eingespeist, wobei der Druck in dem Gefäß auf 0,27 mbar (0,2 Torr) eingestellt wird. Gleichzeitig wird das Substrat auf eine Temperatur von nicht mehr als 100°C erhitzt. Während Wasserstoff und Silan in dem oben genannten Verhältnis eingespeist werden und der Druck in dem Gefäß konstant gehalten wird, wird zwischen den Elektroden eine Radiofrequenz- Energie angelegt, um eine plasma-unterstützte chemische Abscheidung aus der Dampfphase unter den folgenden Be­ dingungen durchzuführen:
Substrat-Temperatur:|80°C
RF-Energie (13,56 MHz): 25 W (25 mW/cm²)
Druck: 0,27 mbar (0,2 Torr)
SiH₄-Zufluß: 40 sccm
H₂-Zufluß: 0 bis 200 sccm
Die Menge der SiH-Bindungen und diejenige der SiH2-Bin­ dungen in dem abgeschiedenen Film wurde durch Messung der Peak-Werte des Infrarot-Spektrums oder des Raman- Spektrums bei 2000 cm-1 und 2090 cm-1 bestimmt. Das Verhältnis der SiH2-Bindungen zu den SiH-Bindungen, d.h. das Verhältnis SiH2-Bindung/SiH-Bindung, ist in Fig. 1 als Funktion des Verhältnisses des Zuflusses von H2 zu demjenigen von SiH4 während der Herstellung des Films aufgetragen.
Der vorgenannte Film aus amorphem Silicium wurde mit einem Paar im Abstand voneinander angebrachter Elektro­ den der Größe 2 cm × 2 cm versehen, um die photoelektri­ sche Leitfähigkeit zu bestimmen. Die photoelektrische Leitfähigkeit (oph) jedes Films aus amorphem Silicium wurde durch Messung des Stroms bestimmt, der unter Belichtung mit einer Stärke von 100 mW/cm2 floß. Die Ergebnisse sind in Fig. 2 als Funktion des Verhältnisses SiH2-Bindung/SiH-Bindung aufgetragen.
Wie aus den in Fig. 1 dargestellten Ergebnissen hervor­ geht, kann das Verhältnis SiH2-Bindung/SiH-Bindung in dem abgeschiedenen Film innerhalb eines Bereichs von etwa 0,1 bis 1 durch Anpassen des H2-Zuflusses an den­ jenigen des SiH4 gesteuert werden. Wie weiterhin aus den in Fig. 2 dargestellten Ergebnissen hervorgeht, ändert sich die photoelektrische Leitfähigkeit (oph) mit dem Verhältnis SiH2-Bindung/SiH-Bindung und überschreitet 10-5/Ω × cm, wenn das Verhältnis SiH2-Bindung/SiH-Bindung in dem abgeschiedenen Film nicht größer als 0,4 ist.
Aus diesen Gründen ist die Zusammensetzung des Films aus amorphem Silicium der vorliegenden Erfindung auf solche Filme begrenzt, die nicht weniger als 30 Atom-% Wasser­ stoff enthalten und Silicium-Atome, die mit zwei Wasser­ stoff-Atomen verbunden sind, und Silicium-Atome, die mit einem Wasserstoff-Atom verbunden sind, in einem Verhält­ nis SiH2-Bindung/SiH-Bindung von nicht mehr als 0,4 ent­ hält.
Beispiel 2
Hergestellt wurden Filme aus amorphem Silicium in der gleichen Weise wie in Beispiel 1, jedoch mit der Ab­ weichung, daß die Zufluß-Menge des Wasserstoff-Gases auf 40 sccm oder 200 sccm eingestellt wurde, so daß das Zufluß-Verhältnis H2 zu SiH4 1 : 1 oder 5 : 1 beträgt.
Vergleichsbeispiel 1
Hergestellt wurden Filme aus amorphem Silicium in der gleichen Weise wie in Beispiel 1, jedoch mit der Ab­ weichung, daß dem Reaktionssystem kein Wasserstoff-Gas zugeführt wurde.
Die in Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 1 hergestellten Filme aus amorphem Silicium wurden Messungen der photo­ elektrischen Leitfähigkeit unterzogen. Die Messungen wurden durchgeführt unmittelbar nach der Herstellung des Films, nach einer mehr als einen Monat dauernden Aufbe­ wahrung des Films bei Raumtemperatur und nach zweistün­ digem Tempern desselben bei 80°C oder 160°C. Die Ergebnisse sind in Fig. 3 aufgetragen.
Aus den Ergebnissen der Fig. 3 ist zu entnehmen, daß die photoelektrische Leitfähigkeit des Films aus amorphem Silicium der vorliegenden Erfindung sich kaum mit der Temperatur ändert. Dementsprechend besitzt der Film aus amorphem Silicium der vorliegenden Erfindung eine hohe Wärmebeständigkeit.
Beispiel 3
Hergestellt wurden Filme aus amorphem Silicium in der gleichen Weise wie in Beispiel 1, jedoch mit der Ab­ weichung, daß die zugeführte RF-Energie auf einen Wert im Bereich von 15 bis 25 mW/cm2 eingestellt wurde. Die anderen Bedingungen für die PACVD waren die folgenden:
Substrat-Temperatur:|80°C
SiH₄-Zufluß: 10 sccm oder 40 sccm
H₂-Zufluß: 0 sccm
Die resultierenden Filme aus amorphem Silicium wurden Messungen der photoelektrischen Leitfähigkeit (oph) und des Verhältnisses SiH2-Bindung/SiH-Bindung in dem ab­ geschiedenen Film unterzogen. Die Ergebnisse sind in den Fig. 4 bzw. 5 als Funktionen der RF-Energie aufgetra­ gen.
Wie aus den in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ergeb­ nissen hervorgeht, werden das Verhältnis SiH2-Bindung/ SiH-Bindung in dem abgeschiedenen Film nicht größer als 0,4 und die photoelektrische Leitfähigkeit (oph) nicht kleiner als 10-7/Ω × cm wenn die RF-Energie nicht größer als 17 mW/cm2 ist, unabhängig vom Zufluß des Silans während der Abscheidung.
Beispiel 4
Hergestellt wurden Filme aus amorphem Silicium in der gleichen Weise wie in Beispiel 1, jedoch mit der Ab­ weichung, daß der Druck in dem Reaktionssystem auf einen vorher festgelegten Wert von nicht mehr als 0,27 mbar (0,2 Torr) eingestellt wurde. Die anderen, den Gas-Druck nicht betreffenden Bedingungen waren die folgenden:
Substrat-Temperatur:|80°C
RF-Energie (13,56 MHz): 25 W (25 mW/cm²)
SiH₄-Zufluß: 10 sccm oder 40 sccm
H₂-Zufluß: 0 sccm
An jedem resultierenden Film wurden Messungen der photoelektrischen Leitfähigkeit (oph) und des Verhält­ nisses SiH2-Bindung/SiH-Bindung in dem abgeschiedenen Film durchgeführt. Die Ergebnisse sind in den Fig. 6 und 7 jeweils als Funktion des Drucks aufgetragen.
Wie aus den in den Fig. 6 und 7 dargestellten Ergeb­ nissen hervorgeht, werden das Verhältnis SiH2-Bindung/ SiH-Bindung in dem abgeschiedenen Film nicht größer als 0,4 und die photoelektrische Leitfähigkeit (oph) nicht kleiner als 10-7/Ω × cm, wenn der Film aus amorphem Silicium unter dem Reaktionsdruck von nicht mehr als 0,13 mbar (0,1 Torr) erzeugt wird, unabhängig vom Zufluß des Silans während der Abscheidung.
Somit ist es möglich, Filme aus amorphem Silicium zu erzeugen, die eine hohe Bandbreite von 1,9 bis 2,0 eV und eine hohe photoelektrische Leitfähigkeit von 10-7/Ω × cm bis 10-5/Ω × cm besitzen, indem das PACVD-Ver­ fahren unter solchen Bedingungen durchgeführt wird, daß die Substrat-Temperatur nicht höher als 100°C ist und der Reaktionsdruck nicht höher als 0,133 mbar (0,1 Torr) ist.
In Fig. 8 ist eine photovoltaische Vorrichtung darge­ stellt, die eine Ausführungsform einer einen Film aus amorphem Silicium gemäß der vorliegenden Erfindung ver­ wendenden Photohalbleiter-Vorrichtung ist. Diese Vor­ richtung umfaßt ein Glas-Substrat 1, eine aus einem SnO2-Film mit einer Dicke von 500 nm (5000 Å) bestehen­ de transparente Elektrodenschicht 2, eine Schicht 3 vom p-Typ, die aus einem Film aus B-dotiertem amorphen Siliciumcarbid mit einer Dicke von 10 nm (100 Å) be­ steht, eine Schicht 4 vom i-Typ, die aus einem Film aus amorphem Silicium mit einer Dicke von 500 nm (5000 Å) besteht, eine Schicht 5 vom n-Typ, die aus einem Film aus P-dotiertem amorphen Silicium mit einer Dicke von 50 nm (500 Å) besteht, und eine Metallelektrodenschicht 6, bestehend aus einem leitfähigen Metall wie Ag. Diese Schichten werden in der anschaulich dargestellten Reihenfolge abgeschieden.
Der als Schicht 4 vom i-Typ eingesetzte Film aus amorphem Silicium wird gemäß der vorliegenden Erfindung mittels des PACVD-Verfahrens unter den folgenden Bedin­ gungen gebildet:
Substrat-Temperatur:|80°C
RF-Energie (13,56 MHz): 35 W (35 mW/cm²)
Reaktions-Druck: 0,27 mbar (0,2 Torr)
SiH₄-Zufluß: 10 sccm
H₂-Zufluß: 20 sccm
Es wurde beobachtet, daß die Wasserstoff-Konzentration in dem gebildeten Film aus amorphem Silicium 35 Atom-% beträgt und das Verhältnis SiH2-Bindung/SiH-Bindung 0,3 beträgt. Die Spannung einer offenen Schaltung der einen solchen Film aus amorphem Silicium umfassenden photo­ voltaischen Vorrichtung betrug 0,95 V, wohingegen die­ jenige der den Film aus amorphem Silicium des Standes der Technik umfassenden photovoltaischen Vorrichtung 0,85 V betrug.
In der vorstehenden Ausführungsform wird der Film aus B-dotiertem amorphen Siliciumcarbid als Schicht 3 vom p-Typ verwendet. Diese kann durch einen Film aus B- dotiertem amorphen Silicium ersetzt werden, der unter den folgenden Bedingungen hergestellt ist:
Substrat-Temperatur:|80°C
RF-Energie (13,56 MHz): 25 W
Reaktions-Druck: 0,27 mbar (0,2 Torr)
SiH₄-Zufluß: 10 sccm
H₂-Zufluß: 20 sccm
B(CH₃)₃-Zufluß: 0,3 sccm
Wenn ein solcher Film aus amorphem Silicium als Schicht 3 des p-Typs verwendet wird, wird der Koeffizient der Lichtabsorption, bezogen auf den breiten Bandabstand des Films auf die Hälfte des Wertes (1 × 104 cm-1 bei 650 nm) der photovoltaischen Vorrichtung des Standes der Technik gesenkt. Dadurch ist es möglich, den durch die Schicht 3 vom p-Typ bedingten Absorptionsverlust zu reduzieren. Dies wird durch die Tatsache gestützt, daß der Kurzschlußstrom der photovoltaischen Vorrichtung von 17 mA/cm2 auf 18 mA/cm2 erhöht wird.
Der als Schicht 5 vom n-Typ verwendete Film aus P- dotiertem amorphen Silicium kann durch einen Film aus P- dotiertem amorphen Silicium ersetzt werden, der unter den folgenden Bedingungen hergestellt ist:
Substrat-Temperatur:|80°C
RF-Energie (13,56 MHz): 25 W
Reaktions-Druck: 0,27 mbar (0,2 Torr)
SiH₄-Zufluß: 10 sccm
H₂-Zufluß: 20 sccm
PH₃-Zufluß: 0,1 sccm
Es wurde beobachtet, daß bei Verwendung des vorstehenden Films aus amorphem p-dotierten Silicium als Schicht 5 vom n-Typ wegen ihrer hohen photoelektrischen Leitfähig­ keit (oph) von 105/Ω×cm der Kurven-Faktor der photo­ voltaischen Vorrichtung von 0,70 auf 0,75 verbessert wird.
Fig. 9 zeigt eine photovoltaische Vorrichtung, die eine andere Ausführungsform einer einen Film aus amorphem Silicium gemäß der vorliegenden Erfindung verwendenden Photohalbleiter-Vorrichtung ist. In dieser Figur sind gleichartige Teile in den gleichen Bezugszahlen wie in Fig. 8 bezeichnet. Die photovoltaische Vorrichtung der Fig. 9 hat den gleichen Aufbau wie die in Fig. 8 darge­ stellte photovoltaische Vorrichtung, jedoch mit der Ab­ weichung, daß zwei Schichten vom i-Typ, d.h. eine erste Schicht 7 vom i-Typ und eine zweite Schicht 8 vom i-Typ, zwischen der Schicht 3 vom p-Typ und der Schicht 5 vom n-Typ in der photovoltaischen Vorrichtung der Fig. 8 gebildet werden. Die erste Schicht 7 vom i-Typ besteht aus einem Film aus amorphem Silicium mit einer Dicke von 50 nm (500 Å), während die zweite Schicht 8 vom i-Typ aus einem Film aus amorphem Silicium mit einem Band­ abstand von nicht mehr als 1,9 eV und einer Dicke von 500 nm (5000 Å) besteht.
Die Schicht aus amorphem Silicium für die erste Schicht 7 vom i-Typ wurde mittels des PACVD-Verfahrens erfin­ dungsgemäß unter den folgenden Bedingungen hergestellt:
Substrat-Temperatur:|80°C
RF-Energie (13,56 MHz): 25 W (25 mW/cm²)
Reaktions-Druck: 0,27 mbar (0,2 Torr)
SiH₄-Zufluß: 10 sccm
H₂-Zufluß: 20 sccm
Die zweite Schicht 8 vom i-Typ wurde mittels des PACVD- Verfahrens unter den folgenden Bedingungen hergestellt:
Substrat-Temperatur:|200°C
RF-Energie (13,56 MHz): 25 W
Reaktions-Druck: 0,27 mbar (0,2 Torr)
SiH₄-Zufluß: 10 sccm
Wasserstoff wurde dem Reaktionssystem nicht zugeführt.
Für die hergestellte photovoltaische Vorrichtung wurden Messungen photoelektrischer Eigenschaften vorgenommen, darunter der Spannung der offenen Schaltung (Leerlauf­ spannung), des Kurzschlußstroms und des Wirkungsgrades der Umwandlung. Die Ergebnisse sind die folgenden:
Leerlaufspannung:|0,91
Kurzschlußstrom: 17,5 mA/cm²)
Wirkungsgrad der Umwandlung: 11,2%
Die photovoltaische Vorrichtung dieser Ausführungsform ist in bezug auf ihre photoelektrischen Eigenschaften stark verbessert, da die photovoltaische Vorrichtung des Standes der Technik selbst am Maximum nur die Leerlauf­ spannung von 0,85 V, einen Kurzschlußstrom von 17 mA/cm2 und einen Wirkungsgrad der Umwandlung von 10,4% be­ sitzt. Die Bereitstellung der ersten Schicht 7 vom i-Typ trägt dazu bei, die Haftung zwischen der Schicht vom p-Typ und der zweiten Schicht vom i-Typ zu verbessern, die im wesentlichen als die Lichtabsorptionsschicht wirkt, und ermöglicht, daß das Licht durch sie zu der zweiten Schicht vom i-Typ hindurchgelassen wird.
Der Film aus amorphem Silicium für die erste Schicht 7 vom i-Typ kann durch einen Film aus amorphem Silicium mit einer Dicke von 20 nm (200 Å) ersetzt werden, der unter den folgenden Bedingungen hergestellt wird:
Substrat-Temperatur:|50°C
RF-Energie (13,56 MHz): 15 W
Reaktions-Druck: 0,133 mbar (0,1 Torr)
SiH₄-Zufluß: 10 sccm
Fig. 10 zeigt einen Photosensor, der ein anderes Bei­ spiel für eine einen Film aus amorphem Silicium gemäß der vorliegenden Erfindung verwendende Photohalbleiter- Vorrichtung ist. Der Photosensor umfaßt ein Quarz-Sub­ strat 10, einen aus einem SnO2-Film mit einer Dicke von 100 nm (1000 Å) bestehenden transparenten Elektroden­ film 11, einen Isolierfilm aus amorphem Siliciumnitrid mit einer Dicke von 10 nm (100 Å), eine Schicht 13 vom i-Typ, die aus einem Film aus amorphem Silicium mit einer Dicke von 30 nm (300 Å) besteht, eine Schicht 14 vom n-Typ, die aus einem Film aus P-dotiertem amorphen Silicium mit einer Dicke von 50 nm (500 Å) besteht, und eine Folie einer Elektrode 15, bestehend aus einem Metall wie beispielsweise Aluminium. Diese Schichten oder Filme bzw. Folien werden in der anschaulich darge­ stellten Reihenfolge abgeschieden.
Die Schicht 13 vom i-Typ besteht aus einem Film aus amorphem Silicium der vorliegenden Erfindung, der mit­ tels des PACVD-Verfahrens unter den folgenden Bedingun­ gen gebildet wird:
Substrat-Temperatur:|30°C
RF-Energie (13,56 MHz): 50 W (50 mW/cm²)
Reaktions-Druck: 0,133 mbar (0,1 Torr)
SiH₄-Zufluß: 10 sccm
H₂-Zufluß: 100 sccm
Der Photosensor der vorstehenden Bauart liegt in bezug auf seinen Koeffizient der Lichtabsorption um etwa 70% niedriger, verglichen mit demjenigen der photovoltai­ schen Vorrichtung des Standes der Technik, d.h. 1 × 104 cm-1 bei 650 nm, da der Film aus dem amorphen Silicium der vorliegenden Erfindung einen breiten Band­ abstand besitzt. Der Film aus dem amorphen Silicium der vorliegenden Erfindung ermöglicht den Durchtritt von Licht der Wellenlänge 500 nm zu nicht weniger als 95%, wodurch die Herstellung einer Photozelle möglich wird, die ohne die Anwendung irgendwelcher spezieller optischer Filter auf das Licht von nicht weniger als 500 nm anspricht.
Fig. 11 zeigt einen Querschnitt einer für die Elektro­ photographie verwendeten lichtempfindlichen Trommel, die ein anderes Beispiel für eine einen Film aus amorphem Silicium gemäß der vorliegenden Erfindung verwendende Photohalbleiter-Vorrichtung ist. Die lichtempfindliche Trommel umfaßt ein zylindrisches Substrat 20 aus Aluminium, eine auf dem Substrat 20 abgeschiedene und aus einem Film aus amorphem Silicium mit einer Dicke von 2 µm bestehende Sperrschicht 21, eine photoleitfähige Schicht 22, die auf der Sperrschicht 21 abgeschieden ist und aus einer Schicht aus amorphem Silicium mit einer Dicke von 25 µm besteht, und eine Oberflächenschicht 23, die auf der photoleitfähigen Schicht 22 abgeschieden ist und aus einem Film aus amorphem Siliciumcarbid mit einer Dicke von 1 µm besteht.
In dieser Ausführungsform wird die photoleitfähige Schicht 22 mittels des PACVD-Verfahrens der vorliegenden Erfindung gebildet. Die anderen Schichten können jedoch mit Hilfe jeder beliebigen Technik des Aufbringens dünner Schichten abgeschieden werden, etwa mit Hilfe der chemischen Abscheidung aus der Dampfphase, durch Auf­ dampfen im Vakuum, durch Zerstäuben etc.
Die photoleitfähige Schicht 22 wird durch Abscheidung eines Films aus amorphem Silicium der vorliegenden Er­ findung auf der Sperrschicht 21, d.h. mittels des PACVD- Verfahrens der vorliegenden Erfindung, unter den folgen­ den Bedingungen gebildet.
Substrat-Temperatur:|100°C
RF-Energie (13,56 MHz): 100 W (35 mW/cm²)
Reaktions-Druck: 0,27 mbar (0,2 Torr)
SiH₄-Zufluß: 50 sccm
H₂-Zufluß: 50 sccm
Die unter solchen Bedingungen hergestellte photoleit­ fähige Schicht zeigte daß der spezifische Widerstand im Dunklen 1011 Ω × cm beträgt, bei der Einwirkung von Licht jedoch auf 105 Ω × cm gesenkt wird. Damit beträgt das Ver­ hältnis des spezifischen Dunkelwiderstandes zu dem spezifischen Widerstand unter Belichtung 106, was größer ist als dasjenige der photoleitfähigen Schicht des Standes der Technik, da bei letzterem der spezifische Widerstand im Dunklen zwar auch 1011 Ω × cm, bei der Einwirkung von Licht jedoch 106 Ω × cm beträgt. Somit ermöglicht die photoleitfähige Schicht des Films aus amorphem Silicium der vorliegenden Erfindung, den Bild­ kontrast zu verbessern.

Claims (5)

1. Film aus amorphem Silicium, enthaltend nicht weniger als 30 Atom-% Wasserstoff und umfassend Silicium-Atome, die mit einem Wasserstoff-Atom verbunden sind, und Silicium- Atome, die mit zwei Wasserstoff-Atomen verbunden sind, wobei das Verhältnis der mit zwei Wasserstoff-Atomen verbundenen Silicium-Atome zu den mit einem Wasserstoff- Atom verbundenen Silicium-Atomen nicht größer als 0,4 ist.
2. Verfahren zur Herstellung von Filmen aus amorphem Silicium, umfassend die Schritte der Durchführung einer plasma-unterstützten chemischen Abscheidung aus der Dampf-Phase (PACVD) bei einer Substrat-Temperatur von nicht mehr als 100°C, wobei Wasserstoff und Silan in einem vorher festgelegten Zufluß-Verhältnis in das Reaktionssystem eingespeist werden, wobei das Verhält­ nis des Wasserstoff-Zuflusses zu demjenigen des Silans nicht kleiner als 1 ist.
3. Verfahren zur Herstellung von Filmen aus amorphem Silicium, umfassend die Schritte der Durchführung einer plasma-unterstützten chemischen Abscheidung aus der Dampf-Phase bei einer Substrat-Temperatur von nicht mehr als 100°C, wobei eine Radiofrequenz-Energie von nicht mehr als 17 mW/cm2 zur Anwendung gelangt.
4. Verfahren zur Herstellung von Filmen aus amorphem Silicium, umfassend die Schritte der Durchführung einer plasma-unterstützten chemischen Abscheidung aus der Dampf-Phase bei einer Substrat-Temperatur von nicht mehr als 100°C und bei einem Druck von nicht mehr als 0,13 mbar (0,1 Torr).
5. Photohalbleiter-Vorrichtung, umfassend einen Film aus amorphem Silicium, der nicht weniger als 30 Atom-% Wasserstoff enthält und Silicium-Atome, die mit einem Wasserstoff-Atom verbunden sind, und Silicium-Atome, die mit zwei Wasserstoff-Atomen verbunden sind, einschließt, wobei das Verhältnis der mit zwei Wasserstoff-Atomen verbundenen Silicium-Atome zu den mit einem Wasserstoff- Atom verbundenen Silicium-Atomen nicht größer als 0,4 ist.
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