ES2302663B2 - Procedimiento para la obtencion de peliculas de materiales semiconductores incorporando una banda intermedia. - Google Patents
Procedimiento para la obtencion de peliculas de materiales semiconductores incorporando una banda intermedia. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2302663B2 ES2302663B2 ES200800571A ES200800571A ES2302663B2 ES 2302663 B2 ES2302663 B2 ES 2302663B2 ES 200800571 A ES200800571 A ES 200800571A ES 200800571 A ES200800571 A ES 200800571A ES 2302663 B2 ES2302663 B2 ES 2302663B2
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- intermediate band
- mixture
- components
- obtaining
- semiconductor material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 5
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 3
- 238000011109 contamination Methods 0.000 claims description 2
- 238000004320 controlled atmosphere Methods 0.000 claims description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 5
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 4
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 239000003708 ampul Substances 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000010310 metallurgical process Methods 0.000 description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011236 particulate material Substances 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 235000011089 carbon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000000752 ionisation method Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000008450 motivation Effects 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000006187 pill Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02538—Group 13/15 materials
- H01L21/02546—Arsenides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/0617—AIII BV compounds, where A is Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
- C23C14/3414—Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02612—Formation types
- H01L21/02617—Deposition types
- H01L21/02631—Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation
-
- H01L21/203—
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/0257—Doping during depositing
- H01L21/02573—Conductivity type
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Procedimiento para la obtención de películas de materiales semiconductores incorporando una banda intermedia. La presente invención describe un procedimiento de obtención de películas delgadas de materiales semiconductores de banda intermedia consistente en la obtención de un blanco de partículas prensadas del dicho material para utilizarlo en un equipo de pulverización catódica. El blanco se obtiene mediante el proceso térmico de una mezcla de los componentes del material semiconductor, siguiendo un perfil específico de temperaturas y tiempos, para conseguir un material en forma policristalina de la misma composición que el material semiconductor de banda intermedia. El material policristalino se desagrega mediante procedimientos mecánicos nuevamente en forma de polvo y se compacta posteriormente, mediante la aplicación de presión en forma adecuada para formar un blanco.
Description
Procedimiento para la obtención de películas de
materiales semiconductores incorporando una banda intermedia.
Tecnología energética (conversores
fotovoltaicos), tecnología óptica (LEDs y láseres), ingeniería de
telecomunicaciones y medicina (sensores de radiación),
instrumentación de laboratorio (fotodetectores).
Los "materiales de banda intermedia"
constituyen la base de una nueva generación de dispositivos
fotovoltaicos denominados "células solares de banda intermedia"
(IBSC). Este nuevo tipo de célula solar fue patentada en el año
2001 (US Patent 6444897B1) sin que se diesen entonces ideas de cómo
podrían obtenerse tales materiales de banda intermedia, con la
excepción de su síntesis mediante tecnología de puntos
cuánticos.
Un material de banda intermedia se caracteriza
por exhibir una colección de niveles permitidos (1) para los
electrones en el interior de lo que de otra forma sería la banda
prohibida (2) de un semiconductor (Fig. 1). Para referirse a esta
colección de niveles intermedios se prefiere el término de
"banda" con el fin de poner énfasis en una serie de
propiedades físicas que les son requeridas a estos niveles y que son
más características de las bandas electrónicas de los
semiconductores que de los niveles que los defectos puedan
introducir también en el gap de un semiconductor. Así, por ejemplo,
se requiere que estos niveles hagan posible la absorción de
fotones, como se explicará después, y que, en un caso ideal, los
procesos de recombinación desde la banda de conducción (3) a la
banda intermedia (1) y desde la banda intermedia (1) a la banda de
valencia (4) estén limitados radiativamente (es decir, por
procesos, que emitan un fotón). Los fundamentos generales de esta
teoría fueron publicados en 1997 por Luque y Martí (A. Luque y A.
Martí, Physical Review Letters 78, 5014-5017,
1997).
La existencia de la banda intermedia resulta
beneficiosa para el funcionamiento de una célula solar porque
permite absorber dos fotones de energía inferior al gap, que de otra
forma se perderían por ser el semiconductor transparente a ellos,
para generar un par electrón-hueco. Además, resulta
posible que esta absorción adicional de fotones se realice sin
llevar asociada una degradación del voltaje de salida de la
célula.
La generación de este par
electrón-hueco se realiza porque, por ejemplo, un
fotón (5) bombea un electrón desde la banda de valencia a la banda
intermedia y otro (6) desde la banda intermedia a la de conducción.
La teoría general de la célula solar de banda intermedia señala que
para que este mecanismo sea eficiente, la banda intermedia debería
encontrarse medio llena de electrones con el fin de poseer tanto
estados vacíos, para recibir electrones desde la banda de valencia,
como llenos, para ser capaz de suplir electrones a la banda de
conducción. Por otro lado, para la generación neta de un par
electrón-hueco también sería posible que se
absorbiesen dos fotones (7) mediante dos transiciones desde la
banda de valencia a la banda intermedia. A continuación, un electrón
(8) en la banda intermedia se recombinaría con un hueco en la banda
de valencia mediante un proceso de ionización por impacto que daría
lugar al bombeo de un segundo electrón (9) desde la banda
intermedia a la banda de conducción (A. Luque et al., IEEE
Transactions on Electron Devices 50, 447-454,
2003).
Se ha calculado que la eficiencia límite de
conversión fotovoltaica para este nuevo tipo de célula solar es del
63.2% (A. Luque y A. Martí, Progress in Photovoltaics: Res.
Appl. 9, 73-86, 2001). El interés en la IBSC
no solo reside en su elevada eficiencia límite, superior incluso al
de un tándem dedos células solares en serie, sino en que basa su
operación en un principio físico que abre la puerta a nuevo tipo de
materiales -los materiales de banda intermedia- cuya utilización
podría dar lugar finalmente a un coste de producción del kWh
fotovoltaico competitivo con el producido por otras fuentes de
energía.
Para la síntesis de materiales de banda
intermedia se ha propuesto la utilización de puntos cuánticos (A.
Martí et al. Proc. of the 28th IEEE Photovoltaics
Specialists Conference, edited by IEEE, New York, 2000). De
hecho, recientemente se han fabricado prototipos de IBSC basados en
puntos cuánticos que han permitido demostrar experimentalmente los
principios de funcionamiento de la célula solar de banda intermedia
(A. Luque et al., Applied Physics Letters 87,
083505-3, 2005; A. Martí et al., Physical Review
Letters 97, 247701-4, 2006). Sin embargo, la
utilización de puntos cuánticos realizada en estos trabajos está
basada en heteroestructuras semiconductoras que utilizan compuestos
III-V. En consecuencia, el coste de fabricación de
la célula sigue siendo del mismo orden de magnitud que el de una
célula de multiunión, por lo que el abaratamiento del precio del
kWh fotovoltaico mediante puntos cuánticos solo podrá alcanzarse
mediante la consecución real de dispositivos con eficiencias
significativamente superiores a las de las células multiunión.
La literatura predice teóricamente la existencia
de varios materiales que exhiban esta banda intermedia como una de
sus características inherentes. Es el caso, por ejemplo, del
CuGaS_{2} con un 25% de Ga sustituido por Ti (P. Palacios et
al. Physica Status Solidi a- Applications and Materials Science
203, 1395-1401, 2006), del
Ti_{x}Ga_{1-x}P (P. Palacios et al.
Physical Review B 73, 2006), del ZnS dopado con Cr (C. Tablero,
Physical Review B 74, 2006). Por otro lado, Yu et al.
han encontrado evidencia experimental de la formación de múltiples
bandas en semiconductores II-VI con oxígeno diluido
(Yu et al. Physical Review Letters 91, 246403, 2003) y en
compuestos cuaternarios de GaNAsP (K. M. Yu et al. Applied
Physics Letters 88, 092110, 2006). En un contexto más
general se ha defendido que bastaría una concentración
suficientemente alta (superior al valor que define la transición de
Mott) de impurezas que dan lugar a centros profundos para que se
inhibiesen los mecanismos de recombinación
no-radiativos asociados típicamente a estos niveles
y pasasen a revelar propiedades de banda intermedia (Solicitud de
patente P200503055; A. Luque et al. Physica B 382,
320-327, 2006).
Sin embargo, en ninguno de estos casos se
menciona el procedimiento que se describe en esta patente como
método de síntesis de un material de banda intermedia, que además
es aplicable con generalidad a varios tipos de materiales y que se
detalla en la próxima sección.
Para explicar cómo nuestra invención permite la
obtención práctica de materiales semiconductores incorporando una
banda intermedia, hay que referirse a la metalurgia de materiales
en forma de partículas conocida con el nombre de "powder
metallurgy" que, siendo conocida desde hace mas de cien
años, desde hace unos 25 años es utilizada de forma industrial para
producir componentes mecánicos usando polvos metálicos y
calentándolos justo por debajo de su punto de fusión. Entre los
diferentes métodos de procesado de estas piezas se encuentra el más
común, denominado "press and sinter" que consiste en
colocar el polvo del material en un molde y compactarlo a una
presión determinada, para luego, una vez extraído del molde
proceder al tratamiento térmico en atmósfera controlada. Hay otros
métodos relacionados con esta técnica que incluyen la aplicación de
presión y calor simultáneamente, el forjado de las preformas después
de prensadas o la inyección.
Sin embargo, la mayoría de las soluciones y
métodos industriales van encaminados a conseguir fabricar piezas
con procedimientos baratos y con poca necesidad de mecanizado
posterior para cumplir tolerancias y dimensiones. Estas motivaciones
no existen en el objetivo de esta patente, por cuanto se trata de
un procedimiento que si bien está relacionado con la metalurgia de
materiales en forma de partículas presenta las características que
se describen a continuación y que además permiten distinguirla de la
metalurgia de polvo convencional:
Esta invención se refiere a un procedimiento
para la obtención de películas delgadas de materiales
semiconductores con una banda intermedia y no trata de hacer piezas
con ese material. La obtención de las películas delgadas
mencionadas se realiza en las siguientes etapas:
- -
- Preparación de la mezcla de los componentes del material semiconductor en forma de polvo, mediante la selección de las proporciones necesarias para que la mezcla sea estequiométrica, pero sin excluir otras proporciones
- -
- procesado térmico de la mezcla de los componentes del material semiconductor obtenida en la etapa anterior por encima del punto de fusión de sus componentes hasta su síntesis en forma de material policristalino semiconductor termodinámicamente estable. En esta parte del procesado no es necesario la utilización de molde porque la forma que adquiera el material resultante del proceso térmico no es importante para el resto del procesado.
- -
- Una vez se ha conseguido el material semiconductor según se ha descrito en la etapa anterior, éste tendrá la forma que se derive del soporte que se haya utilizado. Una posibilidad, sin descartar otros métodos de soportar el material durante el proceso térmico, es encerrar la mezcla de los componentes del material semiconductor en una ampolla de cuarzo cerrada al vacío, de forma que se evite la contaminación de la mezcla a alta temperatura. Por consiguiente, de una forma similar a la metalurgia de polvo convencional, en esta invención la atmósfera en la que se realiza el proceso térmico es controlada, pudiendo ser el vacío sin descartar otra atmósfera. Sin embargo, a diferencia del proceso metalúrgico de polvo convencional, el tratamiento térmico se hace directamente sobre el polvo de la mezcla estequiométrica sin haberla sometido previamente al proceso de moldeado bajo presión.
- -
- desagregación del material policristalino obtenido en la etapa anterior mediante su molido mecánico hasta la obtención de un polvo homogéneo, que ahora es un polvo del material semiconductor de banda intermedia en lugar de una mezcla de polvos de sus componentes.
- -
- prensado del polvo homogéneo hasta darle la consistencia y forma adecuada para su ubicación en un electrodo de un equipo de pulverización catódica. Lo más sencillo, sin excluir otras formas, consiste en una forma de pastilla del diámetro y espesor adecuados a los electrodos del equipo de pulverización catódica
- -
- obtención de películas delgadas del material semiconductor de banda intermedia mediante la pulverización catódica del polvo prensado.
Figura 1. Diagrama de bandas simplificado de una
célula solar de banda intermedia mostrando la banda intermedia (1),
la banda de conducción (3), la banda de valencia (4), el gap total
(2), el proceso de absorción de un fotón desde la banda de valencia
a la banda intermedia (6), desde la banda intermedia a la banda de
conducción (5) y un ejemplo de generación por ionización por
impacto por el cual la absorción de dos fotones de baja energía (7)
da lugar de nuevo a la promoción de un electrón desde la banda
intermedia a la de conducción (9) al capturarse la energía de uno de
los electrones (8) al recombinarse desde la banda intermedia a la
de valencia.
El compuesto elegido para la descripción de este
modo de fabricación preferente, Ga_{0.99}AsTi_{0.01}, es un
compuesto típico de los semiconductores que pueden presentar banda
intermedia, sin excluir otros compuestos ni composiciones. El método
preferente de fabricación consiste en varias etapas: (a)
preparación y pesado de los materiales; (b) elaboración del blanco
para pulverización catódica y (c) depósito de las capas delegadas
del material compuesto mediante la pulverización catódica.
La etapa (a) de preparación y pesado de los
materiales consiste en la obtención de los materiales galio,
arsénico y titanio. El galio es un material que se adquiere en forma
de lingotes de 100 gramos como mínimo con una pureza de 99,999% y
se suministra en hielo seco por tener un punto de fusión de
29.78°C. El arsénico se suministra en forma cristalina. El titanio
se suministra en forma de polvo de partículas de 20 micras con una
pureza de 99.7%.
La preparación de los materiales consiste en
pesar las proporciones adecuadas para conseguir una mezcla
estequiométrica con las proporciones del compuesto. Esta mezcla
consiste, para 100 gramos de compuesto, en 47.791 gr. de galio,
51.877 gr. de arsénico y 0.332 gr. de titanio.
Una vez se dispone de las cantidades necesarias
de los elementos galio, arsénico y titanio se procede a mezclarlos
en frío y se realiza el proceso metalúrgico necesario para
conseguir el material compuesto. Este proceso consiste en la
introducción de los materiales componentes en una ampolla de cuarzo
debidamente sellada por uno de sus extremos, la ampolla es evacuada
de los gases presentes y se rellena con Argón a una presión de
10^{-3} Torr para evitar reacciones indeseadas de los elementos
componentes con el oxígeno y el nitrógeno del aire. Una vez
conseguida la presión de argón necesaria se procede a sellar la
ampolla de cuarzo por el otro extremo. A continuación se procede a
realizar un ciclo térmico por encima de la temperatura de fusión de
los tres elementos con rampas de subida y de bajada suaves,
típicamente del orden de 10°C por hora, sin excluir otras
velocidades. Tras este ciclo térmico se consigue cristalizar el
compuesto con composición adecuada si la fase es estable. El
resultado de esta fase es un lingote policristalino de la
composición deseada.
El paso (b) del proceso detallado de fabricación
consiste en el molido del lingote policristalino en partículas
finas del orden de 20 micras sin excluir otros tamaños. Conseguido
así el polvo del compuesto con la composición deseada se procede a
introducirlo en una cápsula, la cual se somete a presión,
típicamente varias atmósferas y a temperatura ambiente, sin excluir
otras presiones o temperaturas. El resultado de esta etapa es una
cápsula prensada del material compuesto con la estequiometría
deseada.
El paso (c) del proceso refabricación preferente
consiste en la introducción de la cápsula anterior en el soporte de
los blancos de un sistema de pulverización catódica, normalmente
refrigerado. Se procede a cerrar la cabina de vacío y se ajustan los
parámetros del depósito que son la potencia de radiofrecuencia y la
presión de argón en la campana, de acuerdo con las recomendaciones
del fabricante, sin excluir otras condiciones. El tiempo necesario
depende del espesor de la película que se deposite, que será
típicamente de alguna micras, sin excluir otros espesores.
Claims (3)
1. Procedimiento para la obtención de películas
de materiales semiconductores con una banda intermedia
caracterizado porque comprende las siguientes etapas:
- -
- Preparación de la mezcla de los componentes del material semiconductor en forma de polvo,
- -
- procesado térmico de la mezcla de los componentes del material semiconductor obtenida en la etapa anterior por encima del punto de fusión de sus componentes hasta su síntesis en forma de material policristalino semiconductor termodinámicamente estable,
- -
- desagregación del material policristalino obtenido en la etapa anterior mediante su molido mecánico hasta la obtención de un polvo homogéneo,
- -
- prensado del polvo homogéneo hasta darle la consistencia y forma adecuada para su ubicación en un electrodo de un equipo de pulverización catódica,
- -
- Obtención de películas delgadas del material semiconductor de banda intermedia mediante la pulverización catódica del polvo prensado.
2. Procedimiento según reivindicación 1
caracterizado porque, en una realización preferida, el
material semiconductor consiste en una mezcla estequiométrica de sus
componentes.
3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 o
2 caracterizado porque, en una realización preferida, antes
del procesado térmico, se introduce la mezcla de los componentes
del material semiconductor en un recipiente en el que existe una
atmósfera controlada para evitar la contaminación de la mezcla a
altas temperaturas.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200800571A ES2302663B2 (es) | 2008-02-28 | 2008-02-28 | Procedimiento para la obtencion de peliculas de materiales semiconductores incorporando una banda intermedia. |
| EP09715579A EP2256791A4 (en) | 2008-02-28 | 2009-01-27 | METHOD FOR OBTAINING SEMICONDUCTOR MATERIAL FILMS COMPRISING AN INTERMEDIATE BAND |
| US12/919,619 US20110100797A1 (en) | 2008-02-28 | 2009-01-27 | Procedure for obtaining films of intermediate band semiconductor materials |
| PCT/ES2009/000038 WO2009106654A1 (es) | 2008-02-28 | 2009-01-27 | Procedimiento para la obtención de películas de materiales semiconductores incorporando una banda intermedia |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200800571A ES2302663B2 (es) | 2008-02-28 | 2008-02-28 | Procedimiento para la obtencion de peliculas de materiales semiconductores incorporando una banda intermedia. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2302663A1 ES2302663A1 (es) | 2008-07-16 |
| ES2302663B2 true ES2302663B2 (es) | 2009-02-16 |
Family
ID=39577393
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200800571A Active ES2302663B2 (es) | 2008-02-28 | 2008-02-28 | Procedimiento para la obtencion de peliculas de materiales semiconductores incorporando una banda intermedia. |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20110100797A1 (es) |
| EP (1) | EP2256791A4 (es) |
| ES (1) | ES2302663B2 (es) |
| WO (1) | WO2009106654A1 (es) |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW232079B (es) * | 1992-03-17 | 1994-10-11 | Wisconsin Alumni Res Found | |
| ES2149137B1 (es) | 1999-06-09 | 2001-11-16 | Univ Madrid Politecnica | Celula solar fotovoltaica de semiconductor de banda intermedia. |
| TWI341337B (en) * | 2003-01-07 | 2011-05-01 | Cabot Corp | Powder metallurgy sputtering targets and methods of producing same |
| EP1685971A4 (en) * | 2003-10-16 | 2008-11-26 | Ricoh Kk | PHASE TRANSITION TYPE OPTICAL RECORDING MEDIUM, METHOD FOR PRODUCING THE SAME, SPUTTERING TARGET, METHOD OF USING THE OPTICAL RECORDING MEDIUM, AND OPTICAL RECORDING APPARATUS |
| ES2276624B2 (es) * | 2005-12-13 | 2008-03-16 | Universidad Politecnica De Madrid | Metodo para la supresion de la recombinacion no radiativa en materiales dopados con centros profundos. |
| WO2007077114A1 (de) * | 2006-01-03 | 2007-07-12 | Basf Se | Photovoltaisch aktives halbleitermaterial und photovoltaische zelle |
-
2008
- 2008-02-28 ES ES200800571A patent/ES2302663B2/es active Active
-
2009
- 2009-01-27 US US12/919,619 patent/US20110100797A1/en not_active Abandoned
- 2009-01-27 WO PCT/ES2009/000038 patent/WO2009106654A1/es active Application Filing
- 2009-01-27 EP EP09715579A patent/EP2256791A4/en not_active Withdrawn
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| CUADRA, L. y col. Present status of intermediate band solar cell research, Thin solid Films, 2004, Vol 451-452, páginas 593-599. Párrafo "Present status in IBSC research". * |
| TABLERO, C. y col. Properties of intermediate band materials. Solar Energy Materials & Solar Cells, 2005, Vol. 87, páginas 323-331. Figura 2 y párrafo "Conclusions". * |
| WAHNON, P. y col. Ab-inition spin polarized electronic structure calculations for TixGanAsm photovoltaic materials. Journal of Materials Science, 2005, Vol. 40, páginas 1383-1386. * |
| YU, K.M. y col. Diluted II-Vi oxide semiconductors with multiple band gaps. Physical Review Letters, 2003, Vol. 91, 246403. Resumen. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20110100797A1 (en) | 2011-05-05 |
| WO2009106654A1 (es) | 2009-09-03 |
| EP2256791A1 (en) | 2010-12-01 |
| ES2302663A1 (es) | 2008-07-16 |
| EP2256791A4 (en) | 2011-06-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yao et al. | Few-nanometer-sized α-CsPbI3 quantum dots enabled by strontium substitution and iodide passivation for efficient red-light emitting diodes | |
| Liao et al. | In situ Raman spectroscopic studies of thermal stability of all-inorganic cesium lead halide (CsPbX3, X= Cl, Br, I) perovskite nanocrystals | |
| Jing et al. | Sb3+ doping-induced triplet self-trapped excitons emission in lead-free Cs2SnCl6 nanocrystals | |
| Roghabadi et al. | Stability progress of perovskite solar cells dependent on the crystalline structure: From 3D ABX 3 to 2D Ruddlesden–Popper perovskite absorbers | |
| Shi et al. | Tin selenide (SnSe): growth, properties, and applications | |
| Zhang et al. | Low-dimensional halide perovskites and their advanced optoelectronic applications | |
| Zhou et al. | Ultrabroad photoluminescence and electroluminescence at new wavelengths from doped organometal halide perovskites | |
| Akman et al. | The effect of B-site doping in all-inorganic CsPbI x Br 3− x absorbers on the performance and stability of perovskite photovoltaics | |
| Qian et al. | Enhanced thermoelectric performance in lead-free inorganic cssn1–x ge x i3 perovskite semiconductors | |
| Ye et al. | Stabilizing the black phase of cesium lead halide inorganic perovskite for efficient solar cells | |
| Zhou et al. | Crystallization manipulation and morphology evolution for highly efficient perovskite solar cell fabrication via hydration water induced intermediate phase formation under heat assisted spin-coating | |
| Zeng et al. | Combination of solution-phase process and halide exchange for all-inorganic, highly stable CsPbBr3 perovskite nanowire photodetector | |
| Ge et al. | 3D low toxicity Cu–Pb binary perovskite films and their photoluminescent/photovoltaic performance | |
| KR101538067B1 (ko) | 열전재료 및 이를 포함하는 열전소자와 열전 모듈 | |
| KR20130126035A (ko) | 왜곡된 전자 상태 밀도를 갖는 열전소재, 이를 포함하는 열전모듈과 열전 장치 | |
| US20160099396A1 (en) | Natural-superlattice-structured thermoelectric material | |
| CN110963474A (zh) | 一种黑磷基纳米材料的制备方法 | |
| US20140174494A1 (en) | Thermoelectric material, thermoelectric element and apparatus including the same, and preparation method thereof | |
| Qiu et al. | Room-temperature cubic perovskite thin films by three-step all-vapor conversion from PbSe to MAPbI3 | |
| Fan et al. | Ultrafast, energy-efficient synthesis of intermetallics; Microwave-induced metal plasma (MIMP) synthesis of Mg2Sn | |
| Wang et al. | Research progress of ABX 3-type lead-free perovskites for optoelectronic applications: materials and devices | |
| US10514188B2 (en) | Laser cooling of organic-inorganic lead halide perovskites | |
| ES2302663B2 (es) | Procedimiento para la obtencion de peliculas de materiales semiconductores incorporando una banda intermedia. | |
| Phan Vu et al. | Three-photon absorption induced photoluminescence in organo-lead mixed halide perovskites | |
| Balestrieri | Transparent conductive oxides with photon converting properties in view of photovoltaic applications: the cases of rare earth-doped zinc oxide and cerium oxide |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20080716 Kind code of ref document: A1 |