JPH0782998B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

Info

Publication number
JPH0782998B2
JPH0782998B2 JP2209057A JP20905790A JPH0782998B2 JP H0782998 B2 JPH0782998 B2 JP H0782998B2 JP 2209057 A JP2209057 A JP 2209057A JP 20905790 A JP20905790 A JP 20905790A JP H0782998 B2 JPH0782998 B2 JP H0782998B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
deposited
substrate
type
glow discharge
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2209057A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH03141636A (en
Inventor
ジョン・ホワード・コールマン
Original Assignee
プラズマ・フィジクス・コーポレーション
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by プラズマ・フィジクス・コーポレーション filed Critical プラズマ・フィジクス・コーポレーション
Priority to JP2209057A priority Critical patent/JPH0782998B2/en
Publication of JPH03141636A publication Critical patent/JPH03141636A/en
Publication of JPH0782998B2 publication Critical patent/JPH0782998B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体装置に関するものである。更に詳しく
は、改善された光起電接合体、整流性接合体および画像
形成装置に関する。
The present invention relates to a semiconductor device. More particularly, it relates to improved photovoltaic junctions, rectifying junctions and image forming devices.

水素添加されたアモルファス・シリコン薄膜(以下a−
Si:Hと略記する)は、半導体装置に適用されており、種
々の技術により製造されてきた。電気化学学会誌(Jour
nal of Electro−chemical Society)第116巻の1(196
9年1月)の第77〜81頁の「アモルファス・シリコンの
製造と特性」と題する論文において、Chittick,Alexand
erおよびSterlingは、シラン(SiH4)ガス中で誘導的に
結合したRFグロー放電によりドナーとアクセプタの両方
の不純物をドープすることができ、それによって広範囲
に渡ってa−Si:Hの導電率を変化させることが可能な低
導電率a−Si:Hを製造したと報告している。最近、a−
Si:HがH2+Ar雰囲気中でシリコンの蒸着によって製造さ
れた。この薄膜は、グロー放電中のシランから作られる
a−Si:Hと類似の半導体特性を示す。
Hydrogenated amorphous silicon thin film (hereinafter a-
Si: H) is applied to semiconductor devices and has been manufactured by various techniques. Journal of Electrochemical Society (Jour
nal of Electro-chemical Society) 116th volume 1 (196
Chitick, Alexand in a paper entitled "Manufacturing and Properties of Amorphous Silicon" on pages 77-81 (Jan. 1997).
er and Sterling are able to dope both donor and acceptor impurities by inductively coupled RF glow discharge in silane (SiH 4 ) gas, which results in a wide range of conductivity of a-Si: H. It has been reported that a low conductivity a-Si: H capable of changing the temperature was produced. Recently, a-
Si: H was produced by vapor deposition of silicon in a H 2 + Ar atmosphere. This thin film exhibits semiconductor properties similar to a-Si: H made from silane in glow discharge.

元来、a−Si:HはSiF4とH2中でのグロー放電によって合
成された。この方法は、本発明者の指導の下に開発され
英国特許第933,545号(1936年8月8日発行)に記載さ
れている。a−Si:Hの優れた誘電特性および高抵抗値に
ついては、上記特許明細書第4頁に表で示されている。
高抵抗のa−Si:Hは特にここで述べられている接続体の
一構成要素として適している。
Originally, a-Si: H was synthesized by glow discharge in SiF 4 and H 2 . This method was developed under the guidance of the present inventor and is described in British Patent No. 933,545 (issued August 8, 1936). The excellent dielectric properties and high resistance of a-Si: H are tabulated on page 4 of the above patent specification.
The high resistance a-Si: H is particularly suitable as a component of the connections described herein.

米国特許第4,064,521号には、グロー放電によって堆積
されるP−型、N−型および真性a−Si:Hからなる光起
電接合体が記載されている。該特許では、先のChittick
らの論文に示されているシランと混合されたガス状ドー
パント、ジボロンおよびホスフィンが、容量比で1/2〜
5%使われている。
U.S. Pat. No. 4,064,521 describes a photovoltaic junction consisting of P-type, N-type and intrinsic a-Si: H deposited by glow discharge. In the patent, Chittick
The gaseous dopants, diboron and phosphine, mixed with silane, shown in the above-mentioned papers, have a volume ratio of 1/2 to
5% used.

同様に、英国特許第2,018,446号(1979年10月17日発
行)には、異なった導電型の2つのa−Si:Hの層からな
る接合体をもった種々の画像形成装置が記載されてい
る。a−Si:H用の保護層およびブロッキング層もまた記
載されている。
Similarly, British Patent No. 2,018,446 (issued October 17, 1979) describes various image-forming devices having a joint consisting of two a-Si: H layers of different conductivity types. There is. Protective and blocking layers for a-Si: H are also described.

またApplied Physics Lettersの第35巻の4(1979年8
月15日)の第349〜351頁の「アモルファス・シリコン薄
膜を用いた光導電性画像」と題する論文において、Y.Im
amura等によるスパターされたa−Si:Hで作られたビジ
コン画像形成装置が記載されている。
Also, Applied Physics Letters, Vol. 35, Vol. 4 (August 1979)
15th March), pages 349-351, entitled "Photoconductive Images Using Amorphous Silicon Thin Films," Y. Im.
A vidicon image forming apparatus made of sputtered a-Si: H is described by Amura et al.

最後に、半導体の分野においては、高速度に加速された
ボロンイオンをシリコンウェーファー中にドーパントし
て植え込むことは充分に確立されている。ドーパントの
イオンは、結晶−シリコンの中にコロナ放電によって植
え込まれる。この方法は、WichnerおよびCharlsonのJou
rnal of Electronic Materialsの第5巻の5(1976年)
の第513〜529頁の「コロナ放電によって製造されるシリ
コン太陽電池」と題する論文に記載されている。ここで
重要なことは、第518頁に記載されているが、電極間の
電圧を数キロボルトに維持できるように、放電がコロナ
状態に保たれなければならないことである。また、十分
な植え込み深さ(範囲)を得る為には高エネルギーの複
数の帯電したイオン種が必要である。そのため電圧およ
びボロンイオンエネルギーが有用な植え込み深さを得る
ためには電圧が足りず、従ってイオンのエネルギーが低
すぎるためグロー放電は特に除外されている。
Finally, in the field of semiconductors, it is well established to implant boron ions accelerated at high velocities into silicon wafers as dopants. The dopant ions are implanted in the crystal-silicon by a corona discharge. This method is described by Wichner and Charlson's Jou
Volume 5 of rnal of Electronic Materials (1976)
513-529, entitled "Silicon Solar Cells Made by Corona Discharge". What is important here is that, as described on page 518, the discharge must be kept in a corona state so that the voltage between the electrodes can be maintained at several kilovolts. Moreover, in order to obtain a sufficient implantation depth (range), a plurality of charged ionic species of high energy are required. Glow discharge is therefore specifically excluded because the voltage and boron ion energy are not sufficient to obtain a useful implant depth, and therefore the energy of the ions is too low.

すなわち、本発明は、半導体装置にかかわり、この装置
は、ボロンを含有する基体とアモルファス・シリコンの
基体との間に半導体接合を設けたもので、この中ではボ
ロンの拡散が制限されている。尚、本願発明でいう電磁
波とはこの種の半導体デバイスを通常作動させうる波長
のものであり、具体的には太陽光線やX線等が挙げら
れ、遠赤外線より長波長のものは通常用いられない。
That is, the present invention relates to a semiconductor device in which a semiconductor junction is provided between a substrate containing boron and a substrate of amorphous silicon, in which diffusion of boron is restricted. The electromagnetic wave referred to in the present invention is a wavelength that can normally operate this type of semiconductor device, and specifically includes sun rays, X-rays, and the like, and a wavelength longer than far infrared rays is usually used. Absent.

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は、金属表面M上に真性半導体(I型)、P−型
およびN−型のa−Si:Hのコーティングを製造するため
のグロー放電装置の概略図である。第1図の装置を用い
て作られる典型的なPIN/M光起電装置が第2図に示され
ている。基板は電極2に支えられた3インチ×4イン
チの方形面を有する厚さ0.01インチのステンレス・スチ
ール11である。抵抗ヒーター3は、電極2と基板11を支
えかつ加熱するためのセラミック・ブロック3a内に埋め
られている。基板11は側壁8と頂部9によって画定され
た4インチ×5インチの方形横断面を有する凹状形カウ
ンタ電極の中に設置される。頂部9は基板11の上面か
ら約4 1/2インチ上方に位置している。電極は、
ガス密閉を形成するためのガスケットによって台12に密
閉されたエンクロージャ6の内部に設置される。真空ポ
ンプ20は、エンクロージャ6を真空にするためにバルブ
とニップル13により台12に接続される。タンク17a〜17e
からのガスGは、調節ニードル・バルブ16a〜16e、マニ
ホルド15およびコネクタ14により台12を介してエンクロ
ージャ6に導かれる。ここでガスGは、絶縁体管5およ
び電極の内側の拡散器7とにより導かれる。側壁8と
電極2との間の例えば1/4インチの間隙118は、グロー放
電プラズマPを通過した後のガスGの出口となる。計器
VGは、エンクロージャ6内のガスGの圧力を計るが、0.
001〜10torrの範囲内の腐食性で圧縮性ガスを使用する
ために、市販されているキャパシタンス−マノメータ形
が好ましい。計器VGからの信号は、所望の圧力を維持す
るためにサーボ機構によりバルブ16を自動的に調節す
る。電圧Vは、台12に埋め込まれている絶縁された電気
的ブッシング18,19を介して接続された導線21、22によ
り電源24から電極2との間に加えられる。保護抵抗23
はスパーク電流により損傷を受けるのを防止する。電圧
Vと電流Iは図示の如く測定される。抵抗ヒータ3は導
線45と絶縁ブッシング45′を介して制御電源(図示せ
ず)に接続される。
FIG. 1 is a schematic diagram of a glow discharge device for producing an intrinsic semiconductor (I-type), P-type and N-type a-Si: H coating on a metal surface M. A typical PIN / M photovoltaic device made using the device of FIG. 1 is shown in FIG. Substrate 1 is 0.01 inch thick stainless steel 11 having a 3 inch by 4 inch square surface supported by electrodes 2. The resistance heater 3 is embedded in a ceramic block 3a for supporting and heating the electrode 2 and the substrate 11. The substrate 11 is mounted in a concave counter electrode 4 having a 4 inch by 5 inch square cross section defined by sidewalls 8 and top 9. The top 9 is located approximately 4 1/2 inches above the top surface of the substrate 11. Electrodes 1 and 4 are
It is installed inside an enclosure 6 sealed to a pedestal 12 by a gasket to form a gas seal. A vacuum pump 20 is connected to the pedestal 12 by a valve and nipple 13 to bring the enclosure 6 to a vacuum. Tanks 17a-17e
The gas G from 1 is directed to the enclosure 6 via the pedestal 12 by the control needle valves 16a-16e, the manifold 15 and the connector 14. Here, the gas G is guided by the insulator tube 5 and the diffuser 7 inside the electrode 4 . A gap 118 of, for example, 1/4 inch between the side wall 8 and the electrode 2 becomes an outlet of the gas G after passing through the glow discharge plasma P. Instrument
VG measures the pressure of the gas G in the enclosure 6, but
For use with corrosive and compressible gases in the range of 001-10 torr, the commercially available capacitance-manometer type is preferred. The signal from meter VG automatically adjusts valve 16 by a servo mechanism to maintain the desired pressure. A voltage V is applied between the electrodes 2 and 4 from a power supply 24 by means of conductors 21, 22 connected via insulated electrical bushings 18, 19 embedded in the pedestal 12. Protection resistor 23
Protects against damage from spark currents. Voltage V and current I are measured as shown. The resistance heater 3 is connected to a control power source (not shown) via a lead wire 45 and an insulating bushing 45 '.

操作について、エンクロージャ6は0.02torr以下の圧力
までポンプ20で排気され、ヒータ3によって基板11が18
0〜400℃に保持される。そしてバルブ16aを開けること
によりタンク17aからのシラン(SiH4)で充満される。
バルブ16aは、エンクロージャ6内を所望の圧力(例え
ば0.5torr)に維持するために調節される。次にタンク1
7bからのホスフィン(PH3)を1%含むヘリウムの混合
物は、装置の圧力PGを約1〜2torrに上げるために、シ
ランと混じるマンホルド15に入り、そして絶縁体管5と
拡散器7とを通して流れる。電極2と電極は陰極と陽
極であり、この電極2と電極との間の電位差Vはグロ
ー放電を開始させる約200〜500ボルトに調節され、そし
て電流Iは基板11の上にグロー放電プラズマPの位置を
設けるために約5mAに調節される。それによって基板11
上に均一な大量にドープされたNオーミック層32が作ら
れる。(第2図) 約2分間放電を維持した後、バルブ16bはシランのみを
残してPH3とヘリウムの流れを止めるために閉じられ
る。
In operation, the enclosure 6 is pumped down to a pressure below 0.02 torr and the heater 3 moves the substrate 11 to 18
Hold at 0-400 ° C. Then, by opening the valve 16a, the tank is filled with silane (SiH 4 ).
The valve 16a is adjusted to maintain the desired pressure in the enclosure 6 (eg 0.5 torr). Then tank 1
The mixture of helium containing 1% of phosphine (PH 3 ) from 7b enters the silane-mixed manifold 15 and raises the pressure PG of the device to about 1-2 torr and through the insulator tube 5 and the diffuser 7. Flowing. The electrodes 2 and 4 are the cathode and the anode, the potential difference V between the electrodes 2 and 4 is adjusted to about 200-500 volts which initiates the glow discharge, and the current I is the glow discharge on the substrate 11. Adjusted to about 5 mA to provide plasma P position. Substrate 11
A uniform, heavily doped N ohmic layer 32 is created on top. (Fig. 2) After maintaining the discharge for about 2 minutes, the valve 16b is closed to stop the flow of PH 3 and helium, leaving only silane.

N−型オーミック層32の均一性と不純物濃度は真性半導
体(I)a−Si:H層10の均一性および不純物濃度ほど重
要なものではないので、オーミック層32はグロー放電を
伴なわず熱的処理で堆積させてもよい。たとえば、従来
のヘリウムキャリアガスにPH3/SiH4で充満された化学的
蒸気堆積(CVD)装置を、第1図の装置に基板を装填す
る前にN−型層32を堆積させるために使用しても構わな
い。しかしながら、多結晶体がマクロスケールで形成さ
れ、その表面粗さの故に次の堆積されるa−Si:H層に損
傷を与えないようにCVDの温度を低く維持することが重
要である。
Since the uniformity and the impurity concentration of the N-type ohmic layer 32 are not as important as the uniformity and the impurity concentration of the intrinsic semiconductor (I) a-Si: H layer 10, the ohmic layer 32 is heated without glow discharge. It may be deposited by a physical treatment. For example, a conventional helium carrier gas PH 3 / SiH 4 filled chemical vapor deposition (CVD) apparatus was used to deposit the N-type layer 32 prior to loading the substrate into the apparatus of FIG. It doesn't matter. However, it is important to keep the CVD temperature low so that the polycrystals are formed on a macro scale and, due to their surface roughness, do not damage the next deposited a-Si: H layer.

続いて、N層の頂部表面にI形a−Si:H層10を生じさせ
るために基板11の温度はヒータ3によって180〜410℃に
保持される。そしてシランのみの圧力PGは0.1〜0.4torr
に調節される。もしキャリアガスとしてヘリウムを使用
した場合は、圧力PGは約2torrに調節される。高圧VはP
Gに依存するが500〜1500ボルトに調節される。また電流
Iを約5mAに調節して電極2と電極4の間のギャップ
G′の強電界領域Esの中に放電を開始し、基板11に近接
する弱電界領域Ewの中に拡散プラズマPを置くように
し、それによって基質11でのスパーク発生の可能性を最
小限にする。放電は約40分間継続させ、a−Si:H層10を
約1ミクロン生成する。より長い放電時間、高い電流あ
るいはジシランを用いれば層10の厚さを増加することが
できる。層10が望ましい厚さになったところで、電圧V
を除去し、バルブ16aを閉め、そして残留ガスをポンプ2
0で排除する。
Subsequently, the temperature of the substrate 11 is kept at 180-410 ° C. by the heater 3 in order to form the I-type a-Si: H layer 10 on the top surface of the N layer. And the pressure PG of only silane is 0.1 to 0.4 torr
Is adjusted to. If helium is used as the carrier gas, the pressure PG will be adjusted to about 2 torr. High voltage V is P
Depending on G, regulated to 500-1500 volts. Further, the current I is adjusted to about 5 mA, discharge is started in the strong electric field region Es of the gap G ′ between the electrodes 2 and 4, and the diffusion plasma P is generated in the weak electric field region Ew close to the substrate 11. It is placed, thereby minimizing the potential for sparking on substrate 11. The discharge is continued for about 40 minutes, producing an a-Si: H layer 10 of about 1 micron. Longer discharge times, higher currents or the use of disilane can increase the thickness of layer 10. Once layer 10 has the desired thickness, voltage V
, Valve 16a closed and residual gas pumped 2
Eliminate with 0.

継いでM/NIP接合体の形成を完了するために、水素添加
されたアモルファス・ボロン(a−B:H)のP型層30が
I型a−Si:H層10の頂部表面に、ジボラン(B2H6)とヘ
リウムをプラズマPに導入することによって堆積され
る。まず、バルブ16cが開けられ、圧力PGが1〜2torrに
なるまでB2H6/Heガスが導入され、そして基板11の温度
が層10および30の形成の際と同様180〜410℃に維持され
る。電圧Vは基板11上の弱い電界Ewにグロー放電プラズ
マPを置くために、200〜500ボルトに調節される。電流
はa−B:H層の厚さが100Åになるように約5mAで2分間
維持される。また、基板11の温度はa−Si:H層を堆積し
たのと同じ180〜410℃に保持される。ついで、バルブ16
cが閉められそしてバルブ16dが開けられ、エンクロージ
ャ6から残留ジボランを除去するために窒素ガスが導入
される。ヒータ3への電流は遮断され、1時間冷却した
後、エンクロージャ6は大気圧にもどされ、基板11が取
り出される。
In succession, a P-type layer 30 of hydrogenated amorphous boron (a-B: H) was formed on the top surface of the I-type a-Si: H layer 10 by diborane in order to complete the formation of the M / NIP junction. It is deposited by introducing (B 2 H 6 ) and helium into the plasma P. First, the valve 16c is opened, B 2 H 6 / He gas is introduced until the pressure PG reaches 1-2 torr, and the temperature of the substrate 11 is maintained at 180-410 ° C as in the formation of the layers 10 and 30. To be done. The voltage V is adjusted to 200-500 volts in order to place the glow discharge plasma P in the weak electric field Ew on the substrate 11. The current is maintained at about 5 mA for 2 minutes so that the thickness of the aB: H layer is 100Å. The temperature of the substrate 11 is maintained at 180 to 410 ° C., which is the same as the temperature at which the a-Si: H layer was deposited. Then, valve 16
c is closed and valve 16d is opened and nitrogen gas is introduced to remove residual diborane from enclosure 6. The current to the heater 3 is cut off, and after cooling for 1 hour, the enclosure 6 is returned to atmospheric pressure, and the substrate 11 is taken out.

M/NIP光起電装置の形成を完成するため、半透明な金属
層34、たとえば100ÅのPb、Cr−CuあるいはNi−Cr合金
をa−B:H層上に熱的に蒸着する。接触指35を電気的接
触のために、半透明層34上に熱的に真空蒸着する。フォ
トダイオードあるいは太陽電池として使用するためにTi
O2のような反射防止(AR)コーティングあるいはSnO2
インジウムと錫の酸化物(ITO)あるいは酸化亜鉛のよ
うな通電金属化物(CMO)が金属層34上に堆積される。
To complete the formation of the M / NIP photovoltaic device, a semi-transparent metal layer 34, for example 100 liters of Pb, Cr-Cu or Ni-Cr alloy, is thermally deposited on the a-B: H layer. Contact fingers 35 are thermally vacuum deposited onto the semitransparent layer 34 for electrical contact. Ti for use as a photodiode or solar cell
Anti-reflection (AR) coating like O 2 or SnO 2 ,
A conducting metallization (CMO) such as indium and tin oxide (ITO) or zinc oxide is deposited on the metal layer 34.

上述の堆積プロセスが行なわれた後、M/NIP電池の電気
特性が種々の光源で試験された。AM1太陽光線の照射に
よって、典型的電池の短絡電流Iscを測定した結果4mA/c
m2であった。開放電圧VocはCr/Ni強引半透明電極34を用
いて0.45ボルトであった。この電極は入射光光子フラッ
クスの約30%しか通過しなかったので、もし十分なAM1
照射が電極吸収および反射による損失なしに利用された
ならば計算値で4/0.3、すなわち13.3mA/cm2になる。
After the deposition process described above was performed, the electrical properties of M / NIP cells were tested with various light sources. The result of measuring the short circuit current Isc of a typical battery by irradiation of AM1 sunlight is 4 mA / c
It was m 2 . The open circuit voltage Voc was 0.45 V using the Cr / Ni forcing semi-transparent electrode 34. This electrode only passed about 30% of the incident photon flux, so if sufficient AM1
If irradiation was utilized without loss due to electrode absorption and reflection, the calculated value would be 4 / 0.3, or 13.3 mA / cm 2 .

この電流値は、同様な補正が電極の損失に対してもなさ
れた場合に文献で報告されている最良値とほぼ同であ
る。また測定されたVocは同様の低仕事関数の電極を用
いた場合の値と同等である。
This current value is almost the same as the best value reported in the literature when a similar correction was made for the loss of the electrodes. Also, the measured Voc is equivalent to the value when the same low work function electrode is used.

次いで、上述したように第1図の装置を用いて同じプロ
セスで第二のM/NIP電池を作った。しかし、ヒータ3
は、a−Si:H層10の堆積温度よりも低い温度でa−B:H
層30を堆積するために、I型a−Si:H層10を堆積後、遮
断された。電極11とその結果としてa−Si:H層10の温度
が約1時間で200〜300℃から約100℃に減少する。その
後a−B:H層30を、低温にした以外、前述の第一の電池
の製造条件と同じ条件で、約2分間グロー放電で層10上
に堆積する。ジボランガスを除去した後、基板11を更に
冷却することなしにエンクロージャ6から取り出し、そ
して後述の第7図のように画像形成特性と、半透明電極
34を加えた後の光起電特性を試験する。
A second M / NIP battery was then made in the same process using the apparatus of Figure 1 as described above. However, heater 3
Is a-B: H at a temperature lower than the deposition temperature of the a-Si: H layer 10.
After depositing the Type I a-Si: H layer 10 to deposit layer 30, it was turned off. The temperature of the electrode 11 and consequently the a-Si: H layer 10 decreases from 200-300 ° C to about 100 ° C in about 1 hour. Thereafter, the aB: H layer 30 is deposited on the layer 10 by glow discharge for about 2 minutes under the same conditions as the manufacturing conditions of the first battery described above except that the temperature is low. After removing the diborane gas, the substrate 11 was taken out from the enclosure 6 without further cooling, and as shown in FIG.
Test the photovoltaic properties after adding 34.

また、光起電太陽電池を形成するために、半透明金属コ
ーティング34と接触指35を第1のM/NIP電池と同じ真空
蒸着システムでa−B;H層30上に熱的処理を施して蒸着
する。そして第2の完成されたM/NIP電池を太陽放射の
もとでARコーティング36の有る場合および無い場合の両
方について試験した。AM1太陽光子フラックスを用い、A
Rコーティング36がない場合の試験ではVocは0.65ボルト
で電流は4mA/cm2であった。従ってa−B:H層34が低温で
堆積された場合、Vocは基板11の温度を減少させずにa
−B:Hを堆積させた第1のM/NIP電池に比べ約0.2ボルト
増加する。
In addition, in order to form a photovoltaic solar cell, the semi-transparent metal coating 34 and the contact finger 35 are thermally treated on the aB; H layer 30 in the same vacuum deposition system as the first M / NIP cell. Vapor deposition. A second completed M / NIP cell was then tested under solar radiation both with and without the AR coating 36. AM1 using solar photon flux, A
In the test without R coating 36, Voc was 0.65 V and current was 4 mA / cm 2 . Therefore, when the a-B: H layer 34 is deposited at a low temperature, Voc does not decrease the temperature of the substrate 11
An increase of about 0.2 volt compared to the first M / NIP cell with -B: H deposited.

本発明により得られる開放電圧Vocの増加は、現時点で
は理論的に説明できないが、基板11の温度が低いため、
I型a−Si:H層10の表面へのa−B:H層30が堆積する際
の衝撃による損傷が軽微であるためではないかと思われ
る。a−B:H層30は低温基板に堆積した場合、P型半導
体であるらしい。そして堆積したままではわずかにN型
であるドープのないI型a−Si:H層10に対してP−Nヘ
テロ接合を形成する。I型a−Si:H層10とa−B:H層30
との境界面からI型a−Si:H層10に向かって空乏領域が
形成するので、a−Si:H層10の頂部表面は最も重要であ
る。
The increase in the open-circuit voltage Voc obtained by the present invention cannot be theoretically explained at this point, but since the temperature of the substrate 11 is low,
It seems that the damage due to the impact when the a-B: H layer 30 is deposited on the surface of the I-type a-Si: H layer 10 is slight. The aB: H layer 30 appears to be a P-type semiconductor when deposited on a low temperature substrate. A P-N heterojunction is then formed for the undoped I-type a-Si: H layer 10, which is slightly N-type as deposited. I-type a-Si: H layer 10 and a-B: H layer 30
The top surface of the a-Si: H layer 10 is most important because a depletion region is formed from the boundary surface of the a-Si: H layer 10 toward the I-type a-Si: H layer 10.

第1のM/NIP電池内のボロンの拡散量を調べるために、
組成物を質量分析器で分析した。
To investigate the diffusion amount of boron in the first M / NIP battery,
The composition was analyzed by mass spectrometry.

第4図は、a−B:H層30と300℃でグロー放電によって堆
積されたa−Si:H層10との境界面のボロン/シリコンの
比を一般的に用いられる第2イオン質量分析器によって
分析した結果を示してある。図から明らかなように、B
11/Si28同位体の比は約100Åで急激に減少し、それから
500Åまでは徐々に減少し、ついいにバックグラウンド
の雑音になる。初めの100Åはシリコンの相互拡散を伴
うa−B:Hを表わすようであり、一方500Åまではシリコ
ン中のボロンの拡散勾配を示しているようである。しか
しながらこの拡散はグロー放電の存在しない場合のすで
に発表されたボロン拡散のデータから予期される値に比
べ大きい。グロー放電中のボロン含有イオンの植え込み
もいくらかは起こるだろうし、SiB6合金も形成されるか
もしれない。
FIG. 4 shows the commonly used second ion mass spectrometric analysis of the boron / silicon ratio at the interface between the a-B: H layer 30 and the a-Si: H layer 10 deposited by glow discharge at 300 ° C. The result of the analysis by the instrument is shown. As is clear from the figure, B
The 11 / Si 28 isotope ratio drops sharply at about 100Å, then
It gradually decreases up to 500Å, and eventually becomes background noise. The first 100Å seems to represent a-B: H with interdiffusion of silicon, while up to 500Å seems to show the diffusion gradient of boron in silicon. However, this diffusion is greater than would be expected from previously published boron diffusion data in the absence of glow discharge. Some implantation of boron-containing ions in the glow discharge will also occur, and SiB 6 alloys may also form.

しかしながら、a−B:H層30を低温で堆積し、a−Si:H
層10中へのボロンの拡散が抑制された場合にVocは、従
来の半導体技術すなわち結晶シリコン中へ熱的処理でボ
ロンド−パントを拡散して作られるP−N接合体の結果
から予測される事と矛盾している。a−B:H薄膜10を180
℃以下で熱的処理で堆積すると、a−B:H薄膜が他の表
面を損傷せしめるので、低温で堆積されたa−B:H薄膜
の半導体特性にかかわるデータを存在しないようであ
る。
However, the a-B: H layer 30 is deposited at low temperature and the a-Si: H
When the diffusion of boron into layer 10 is suppressed, Voc is predicted from the results of conventional semiconductor technologies, ie, PN junctions made by the diffusion of boron dopants by thermal treatment into crystalline silicon. It is inconsistent with things. a-B: H thin film 10 180
There appears to be no data relating to the semiconductor properties of a-B: H thin films deposited at low temperatures, since the a-B: H thin films damage other surfaces when deposited by thermal treatment below C.

第3図には、0.010インチのステンレス・スチールの基
板11上にまずa−B:H層40が堆積され、次いでI型a−S
i:H層43とN型a−Si:H層42を堆積してM/PIN光起電接続
体ディバイスを示してある。第1図に関して述べたグロ
ー放電堆積システムがM/NIP接続体を作る際に使われた
同じプロセス条件でP型、I型およびN型層40、43、42
を堆積するのに用いることができるし、また第2図に関
して述べたグロー放電堆積システムを、堆積の順序を逆
にして用いることもできる。冷却して、M/PIN電池を堆
積システムから取り出し、そして第7図に関して後述す
る画像形成装置内でおよび光起電ディバイスとしての試
験をする。
In FIG. 3, an a-B: H layer 40 is first deposited on a 0.010 inch stainless steel substrate 11 and then an I-type a-S.
An i: H layer 43 and an N-type a-Si: H layer 42 are deposited to show the M / PIN photovoltaic connector device. The P-type, I-type and N-type layers 40, 43, 42 under the same process conditions used by the glow discharge deposition system described with reference to FIG. 1 to make M / NIP connections.
The glow discharge deposition system described with respect to FIG. 2 can also be used with the deposition order reversed. Upon cooling, the M / PIN cell is removed from the deposition system and tested in the imager described below with respect to FIG. 7 and as a photovoltaic device.

光起電ディバイスを形成するために、N型層42へ電気的
接触を与える電極44を付け加えることができる。
An electrode 44 may be added to provide electrical contact to the N-type layer 42 to form a photovoltaic device.

第2図のM/NIP電池では、100ÅのCr/Cu又はNi−Cr合金
の半透明層44がN型a−Si:H層42上に、熱的に蒸着され
ているのに対し、第3図の電池の電極44は、N型a−S
i:H層42に対して非常に高いVocを生じさせるためCr、A
l、Ti等の低仕事関数金属から出来ていることが好まし
いことを除けば、第2図のM/NIP電池と同様に蒸着され
る。
In the M / NIP battery of FIG. 2, a 100 Å Cr / Cu or Ni-Cr alloy semi-transparent layer 44 is thermally deposited on the N-type a-Si: H layer 42. The electrode 44 of the battery shown in FIG. 3 is an N-type aS
Cr: A to generate a very high Voc for the i: H layer 42
It is deposited similarly to the M / NIP battery of FIG. 2 except that it is preferably made of a low work function metal such as l, Ti.

好ましくは錫の酸化物あるいは亜鉛の酸化物のような導
電性金属の酸化物からなるARコーティング46を電極44上
に標準的な技術で堆積し、そしてTi−Agの接触指を常法
によって付け加える。
An AR coating 46, preferably of a conductive metal oxide such as tin oxide or zinc oxide, is deposited on the electrode 44 by standard techniques and a Ti-Ag contact finger is added by conventional methods. .

ARコーティング46がない場合の試験ではステンレス・ス
チール基板11上にa−B:H層40を堆積した場合M/PIN電池
のIscは4mA/cm2であった。100ÅのCr/Niの半透明の頂部
電極の光透過は約30%であるので、内部のIscは第2図
のM/PIN電池とほぼ同じ約13.3mA/cm2となる。しかしな
がら測定されたVocは0.79ボルトで、a−B:H層30を、第
2図のM/PIN電池同様に低温で堆積したにもかかわらず
大きな値になっている。Solar Energy第23巻145〜147
頁(1979年)の「アモルファス・シリコンの単一太陽パ
ネル」と題する論文でHanakによってP型a−Si:Hに接
触するPt電極のVocが0.75ボルトと報告されているが、
本発明のVocはHanakによって報告されたVoc0.75ボルト
と同等であるかそれ以上である。Ptは高価でかなり得が
たいものであるが、ステンレス・スチールは安価で豊富
である。高価な金属は小型の電子装置に利用する場合に
は満足しうる材料費であるが、広い面積をもつ太陽エネ
ルギー転換装置に対して用いた場合、コストはかなりの
ものとなるので適当ではない。
In the test without the AR coating 46, the Isc of the M / PIN cell was 4 mA / cm 2 when the aB: H layer 40 was deposited on the stainless steel substrate 11. The light transmission of the 100 Å Cr / Ni translucent top electrode is about 30%, so the internal Isc is about 13.3 mA / cm 2 which is almost the same as that of the M / PIN battery shown in FIG. However, the measured Voc is 0.79 V, which is a large value even when the aB: H layer 30 is deposited at a low temperature like the M / PIN battery shown in FIG. Solar Energy Volume 23 145-147
Page (1979), "Amorphous Silicon Single Solar Panel", reported by Hanak that the Voc of the Pt electrode in contact with the P-type a-Si: H was 0.75 volts.
The Voc of the present invention is equal to or higher than the Voc 0.75 volts reported by Hanak. Pt is expensive and fairly inaccessible, but stainless steel is cheap and plentiful. Although expensive metals are a satisfactory material cost for small electronic devices, they are not suitable when used for large area solar energy conversion systems, as the cost is considerable.

堆積条件は、a−B:H層40の堆積を容易にするために基
板11の温度を上げて、それから温度を下げてI型a−S
i:H層43を180〜410℃で堆積してもよい。たとえば、a
−B:H層40をB2H6/Heの存在下基板の温度を300〜600℃に
維持して通常のCVD装置で堆積し、そして冷却後第1図
に示すグロー放電装置へ移してもよい。また、CVD温度
が多結晶形成し、そして表面に粗面を生じさせるようの
温度以下であれば、B2H6/SiH4の混合物がステンレス・
スチール基板11上の層40をほぼ600℃かそれ以上の温度
でCVD処理するのに用いられても構わない。B/Siの比が
0.01以上であることが好ましい。
The deposition conditions include raising the temperature of the substrate 11 to facilitate the deposition of the a-B: H layer 40, and then lowering the temperature to produce an I-type a-S.
The i: H layer 43 may be deposited at 180-410 ° C. For example, a
-The B: H layer 40 is deposited by a normal CVD apparatus while maintaining the temperature of the substrate at 300 to 600 ° C in the presence of B 2 H 6 / He, and after cooling, transferred to the glow discharge apparatus shown in Fig. 1. Good. Also, if the CVD temperature is below the temperature at which polycrystal formation and roughening of the surface occur, the mixture of B 2 H 6 / SiH 4 is made of stainless steel.
It may be used to CVD process the layer 40 on the steel substrate 11 at temperatures of approximately 600 ° C. or higher. B / Si ratio is
It is preferably 0.01 or more.

基板11上の他の適切な層40としては、第1図の装置でブ
タジエンとB2H6の混合物を用いてグロー放電によって堆
積されたボロンがドープされた水素添加アモルファス炭
酸a−C:H層がある。どんな場合でもボロンがドープさ
れた層40は光がN型層42を通って入るので物理的、電気
的考慮から望みの厚さで構わない。しかしながら、a−
B:H層40をグロー放電で堆積する場合、500Å以上厚さで
あると、直列抵抗を付加しそしてステンレス・スチール
基板11から剥がれるので好ましくない。生産上、P、I
およびN層40、43、42の堆積は温度、圧力およびガス成
分をプログラムしてある一連の堆積チャンバを通して基
板11を移動させることによって一列におこなうことが好
ましい。
Other suitable layer 40 on the substrate 11, butadiene and B 2 hydrogenated amorphous carbon, boron deposited by glow discharge using a mixture has been doped H 6 a-C in the apparatus of FIG. 1: H There are layers. In any case, the boron-doped layer 40 may be of any desired thickness from physical and electrical considerations as light will enter through the N-type layer 42. However, a-
When the B: H layer 40 is deposited by glow discharge, a thickness of 500 Å or more is not preferable because it adds series resistance and peels off from the stainless steel substrate 11. P, I in production
And the deposition of N-layers 40, 43, 42 is preferably performed in-line by moving substrate 11 through a series of deposition chambers with programmed temperature, pressure and gas composition.

更にI型a−Si:H層43はジシランのような他のシラン化
合物からも作ることができるし、気相SiH4を熱的にクラ
ッキングし、そして後述する第1図のような装置を用い
てSiH4あるいは水素中のグロー放電を通ってシリコンを
含有する物質を拡散させるような他の堆積技術によって
も作ることができる。a−Si:H層43を形成する他の技術
については、本発明者の先の米国出願No.857,690に記載
されているが、その一例としては、SiH4あるいは水素−
アルゴンの存在下にシリコンをスパッタリングすること
によってa−Si:H層43を形成する。
In addition, the I-type a-Si: H layer 43 can be made from other silane compounds such as disilane, thermally cracks vapor phase SiH 4 and uses an apparatus such as that shown in FIG. 1 below. It can also be made by other deposition techniques such as diffusing a silicon-containing material through a glow discharge in SiH 4 or hydrogen. Other techniques for forming the a-Si: H layer 43 are described in the present inventor's earlier US application No. 857,690, one example of which is SiH 4 or hydrogen-
The a-Si: H layer 43 is formed by sputtering silicon in the presence of argon.

上述したM/PIN電池の予期できぬほど高いVocとIscに関
しては、一般に認められている理論に基づいて説明する
ことはできない。P型層40に隣接したI型a−Si:H層43
の空乏領域(0.3ミクロン)内にのみ生じる小数のキャ
リアが有用な電流Iscとして集められる。しかし、本発
明のM/PIN電池では半透明電極44を通過した光子フラッ
クスが介在するN型層42とI型a−Si:Hの非空乏領域に
よって吸収される。空乏領域の外側では空孔の拡散が0.
1ミクロンより小さいということが当業者の間では周知
のことなので、これらの領域が光電流にどのくらい寄与
しているのか予測できない。本発明のM/PIN電池では予
期に反して、たとえI型a−Si:H層43の厚さが2ミクロ
ンに増加してもIscは減少しない。I型a−Si:H層の厚
さが3ミクロンになると僅かに減少するだけである。
The unexpectedly high Voc and Isc of the M / PIN battery described above cannot be explained based on the generally accepted theory. I-type a-Si: H layer 43 adjacent to the P-type layer 40
A small number of carriers that occur only in the depletion region (0.3 micron) are collected as useful current Isc. However, in the M / PIN battery of the present invention, the photon flux passing through the semitransparent electrode 44 is absorbed by the intervening N-type layer 42 and the non-depletion region of I-type a-Si: H. Outside the depletion region, the vacancy diffusion is 0.
Since it is well known to those skilled in the art that it is smaller than 1 micron, it is not possible to predict how much these regions contribute to the photocurrent. Unexpectedly, Isc does not decrease in the M / PIN battery of the present invention even if the thickness of the I-type a-Si: H layer 43 is increased to 2 microns. The thickness of the I-type a-Si: H layer is only 3 micron, which is only slightly reduced.

第2のM/PIN電池が第1図に関して述べたように、バル
ブ16a、16cを開けることによって10%B2H6を含有するSi
H4のガス混合物をヘリウムキャリアで導入し2torrの圧
力下、グロー放電でステンレス・スチール基板11上に層
40としてボロンがドープされたa−Si:Hをまず堆積する
ことによって作られる。第3図のM/PIN電池を完成する
ために層40上に層43をおよび層42として2ミクロンのa
−Si:H層および200〜400ÅのN型a−Si:H層を堆積す
る。半透明電極44を蒸着しそしてAM1太陽光のもとでの
試験後、a−B:H層40をもつ第1のM/PIN電池と同様に、
高出力VocとIscが測定される。しかし、スペクトルの赤
色部中のIsc出力はa−B:Hのみで堆積された層40よりも
B2H6/SiH4中で共堆積されたものの方が高くなる。同様
な高出力IscとVocが、P型層40がB−ドープされたa−
Si:Hおよび水素添加されたアモルファス・カーボンa−
C:Hを用いて形成された場合、照射下で測定される。a
−Si:H層30がステンレス・スチール上にボロン含有P型
層の前堆積上に堆積された場合でもP−N接合部が最深
部の光照射域であるにもかかわらず、改良された特性を
作るようだ。
The second M / PIN battery contains 10% B 2 H 6 containing Si by opening valves 16a, 16c as described with reference to FIG.
A gas mixture of H 4 was introduced with a helium carrier and layered on a stainless steel substrate 11 by glow discharge under a pressure of 2 torr.
It is made by first depositing boron-doped a-Si: H as 40. 2 micron a as layer 43 and layer 42 on layer 40 to complete the M / PIN battery of FIG.
-Si: H layer and 200-400Å N-type a-Si: H layer are deposited. After deposition of the semi-transparent electrode 44 and testing under AM1 sunlight, as with the first M / PIN cell with the aB: H layer 40,
High power Voc and Isc are measured. However, the Isc output in the red part of the spectrum is lower than the layer 40 deposited with aB: H only.
Higher for those co-deposited in B 2 H 6 / SiH 4 . Similar high power Isc and Voc are obtained when the P-type layer 40 is B-doped a-
Si: H and hydrogenated amorphous carbon a-
When formed with C: H, it is measured under irradiation. a
Improved properties even when the Si: H layer 30 is deposited on the predeposition of the boron-containing P-type layer on stainless steel, despite the deepest light exposure area at the PN junction. Seems to make.

第5図には第2図と第3図の光起電ディバイスを共通の
半透明電極53と平衡と連結されたタンデム式M/PIN/NIP
接合体が図示されている。まず最初にa−B:H層50が第
1図に記載されているような装置を用いてステンレス・
スチール基板11上に200Åの厚さで堆積される。次いで
2ミクロンの厚さの真性a−Si:H層51と200Åの厚さで
N型層52がグロー放電によって堆積され、その結果第3
図に示されているようなM/PINが形成される。100Åの厚
さのNi/Cr合金電極53がN型層52上に真空蒸着され、第
1のM/PIN段階が完結する。Ni/Cr合金の代わりに、半透
明電極53は0.1ミクロン以上の厚さをもった錫酸化物の
ような導電性金属酸化物であってもよい。
FIG. 5 is a tandem M / PIN / NIP in which the photovoltaic devices of FIGS. 2 and 3 are connected to a common semi-transparent electrode 53 and a balance.
The zygote is shown. First of all, the aB: H layer 50 is made of stainless steel using an apparatus as shown in FIG.
It is deposited on a steel substrate 11 to a thickness of 200Å. Then an intrinsic a-Si: H layer 51 with a thickness of 2 microns and an N-type layer 52 with a thickness of 200Å are deposited by glow discharge, resulting in a third
An M / PIN as shown is formed. A 100Å thick Ni / Cr alloy electrode 53 is vacuum deposited on the N-type layer 52 to complete the first M / PIN stage. Instead of a Ni / Cr alloy, the semi-transparent electrode 53 may be a conductive metal oxide such as tin oxide having a thickness of 0.1 micron or more.

第2図に関して述べたプロセス条件を用いて約200Åの
厚さのN型層54次いで1ミクロンの厚さのI型a−Si:H
層55がグロー放電によって堆積され、M/NIPが形成され
る。a−B:HのP型層56は第2図で述べた第2のM/NIP電
池で行なったように、基板11を約100℃に冷却後堆積さ
れることが好ましい。基板11上のa−B:H層50は180℃以
上の温度で堆積されることが好ましく、一方、頂部のa
−B:H層56はVocを最大にするために180℃以下で堆積さ
れることが好ましい。ステンレス・スチール基板11上の
層50はボロンがドープされたa−Si:Hであってもよく、
その際のa−Si:HとしてはB/Si比が0.1%以上のものが
好ましい。
Using the process conditions described with reference to FIG. 2, an N-type layer 54 of about 200Å thickness and then an I-type a-Si: H of 1 micron thickness.
Layer 55 is deposited by glow discharge to form M / NIP. The a-B: H P-type layer 56 is preferably deposited after cooling the substrate 11 to about 100 ° C., as was done for the second M / NIP cell described in FIG. The aB: H layer 50 on the substrate 11 is preferably deposited at a temperature of 180 ° C. or higher, while the top a
The -B: H layer 56 is preferably deposited below 180 ° C to maximize Voc. Layer 50 on stainless steel substrate 11 may be boron-doped a-Si: H,
At that time, as a-Si: H, one having a B / Si ratio of 0.1% or more is preferable.

次いで半透明電極57、ARコーティグ58および接触指59を
以前のようにa−B:H層56上に蒸着する。適当な接触パ
ッド(図示せず)を用いて従来のタンデム式ディバイス
技術において要求されるように直列接続の各電池の電流
を調整することなしに電極11、57を並列に連結すること
もできる。
The semi-transparent electrode 57, AR coating 58 and contact fingers 59 are then deposited on the aB: H layer 56 as before. It is also possible to connect the electrodes 11, 57 in parallel without adjusting the current of each battery in the series connection as required in conventional tandem device technology by means of suitable contact pads (not shown).

AM1太陽照射のもとで、出力Iscがどちらかのセルだけと
比べた場合少なくとも20%は高くなる。最初のPIN接合
体によって吸収されない光子フラックスは、層52を通過
し、a−B:H層50との境界面でa−Si:H層51の空乏領域
に小数キャリアを生じさせるために出力パワーと効率は
無視されるほど低いだろう。しかし、あたかもP型層の
最初に照射されたかのようなエネルギーを第2のM/PIN
接続体が得る。不透明電極11上に生じるこの結果はもし
空乏領域が従来報告されているように0.3ミクロンの厚
さのままであれば説明できない。
Under AM1 solar illumination, the output Isc is at least 20% higher when compared to either cell alone. The photon flux that is not absorbed by the first PIN junction passes through layer 52 and produces output minor power in the depletion region of a-Si: H layer 51 at the interface with a-B: H layer 50. And efficiency will be so low that it is ignored. However, the energy as if it had been irradiated at the beginning of the P-type layer was applied to the second M / PIN.
Connected body gets. This result on the opaque electrode 11 cannot be explained if the depletion region remains 0.3 micron thick as previously reported.

第6図にはa−B:H層60が静電チャージを受けいれる自
由表面60′と共にグロー放電によって堆積される画像デ
ィバイス70の断面図が示されている。ここで厚さ0.20イ
ンチのアルミニウム基板61が常法のプラズマ堆積あるい
は蒸着法で0.25ミクロンのSi3N4誘電層66によってコー
ティングされる。次いで10ミクロンのa−Si:H層62と10
0Åのa−B:H層60が第1図のようなグロー放電装置を用
いて誘電層66上に180〜410℃の温度内で堆積される。a
−Si:H層62を30〜100℃で堆積して、そして200〜250℃
で焼きなましてもよい。またいずれの場合にもa−B:H
層60を堆積するときの温度は180℃以下が好ましい。最
後にポリパラキシレンのような保護有機コーティング67
を層60上に堆積することも可能である。
FIG. 6 shows a cross-sectional view of an image device 70 in which an aB: H layer 60 is deposited by glow discharge with a free surface 60 'that receives electrostatic charges. Here, a 0.20 inch thick aluminum substrate 61 is coated with a 0.25 micron Si 3 N 4 dielectric layer 66 by conventional plasma deposition or evaporation techniques. Then 10 micron a-Si: H layers 62 and 10
A 0Å a-B: H layer 60 is deposited on the dielectric layer 66 at a temperature of 180-410 ° C. using a glow discharge device as in FIG. a
-Si: H layer 62 is deposited at 30-100 ° C and 200-250 ° C.
May be annealed in. In any case, a-B: H
The temperature at which the layer 60 is deposited is preferably 180 ° C. or lower. Finally a protective organic coating such as polyparaxylene 67
Can also be deposited on layer 60.

マクロ結晶温度以下で且つ水素脱離により暗抵抗と光導
電性が減少する温度以下に保たれれば、I型a−Si:H層
62はシラン/ヘリウム中で低温CVDによって堆積しても
よい。適当な光導電性、暗抵抗および逆バイアスチャー
ジングが材料特有のものであればI型a−Si:H層62を形
成するために、本発明者の米国特許出願No.857,690に記
載されたスパッタリングと蒸着のような他の堆積技術を
用いてもよい。第9図に示されている装置は画像形成に
特に有効である。
The I-type a-Si: H layer is maintained at a temperature below the macrocrystal temperature and below the temperature at which dark resistance and photoconductivity decrease due to hydrogen desorption.
62 may be deposited by low temperature CVD in silane / helium. In order to form the I-type a-Si: H layer 62 if suitable photoconductivity, dark resistance and reverse bias charging are material specific, it was described in our US patent application No. 857,690. Other deposition techniques such as sputtering and evaporation may be used. The apparatus shown in FIG. 9 is particularly effective for image formation.

第7図には、第5図の電池のような接続体上に像を形成
するのに使うことのできる電子写真装置が模式的に示さ
れている。ハウジング73のコロナ放電線72によって層66
の表面66′(あるいは保護層63)上に高い負の表面電位
が誘起される暗チャンバ76のコンベヤー上に電池70を設
置する。次いで電池70は、第二の暗チャンバ77に運ばれ
る。そこではタングステン球74からの光が適当なレンズ
システムで焦点があわされて試験物体76に照射される。
それから電池70は、適当な極性をもったトナー(図示せ
ず)が(液状あるいは粉末状で)塗布され、そしてラン
プ79からの熱で付着される現像部78へ運ばれる。液状お
よび粉末の両方のトナーが試験物体の輪郭に対応する良
好な転写画を形成した。また常法の現像電極(図示せ
ず)は像を反転することがわかった。
FIG. 7 schematically shows an electrophotographic apparatus that can be used to form an image on a connector such as the battery of FIG. Layer 66 by corona discharge wire 72 in housing 73
The cell 70 is placed on the conveyor of the dark chamber 76 where a high negative surface potential is induced on the surface 66 '(or the protective layer 63) of the. The battery 70 is then transported to the second dark chamber 77. There, light from a tungsten sphere 74 is focused on a test object 76 with a suitable lens system.
The battery 70 is then applied to toner (not shown) of the appropriate polarity (in liquid or powder form) and carried to the developer station 78 where it is heat deposited from the lamp 79. Both liquid and powder toners formed good transfer images corresponding to the contours of the test object. It was also found that a conventional developing electrode (not shown) inverts the image.

第8図には電極34とARコーティング35のない第2図に示
されたM/NIP電池のa−B:H層30の表面のような電池80
表面80′上に像を形成するのに使うことのできるX線の
点放電源が示されている。まずa−B:H表面80′が暗チ
ャンバー86に設置された静電遮断物83中の高電圧コロナ
線82によって負にチャージされる。チャージ後、電池80
はチャンバー86から遮断されたチャンバー87にコンベヤ
ーで動かされ、そして点源84からのX線で露光される。
X線がI型a−Si:H層10に電気伝導性を引き起こし、そ
して表面80′上の静電荷を放電する。誘起された導電性
と放電荷量はX線放射率と露光時間の関数である。被写
体85に応じてX線の線量が低減されそれに応じてa−B:
H層30上の電荷の放電がきまる。電池80はチャンバ88に
運ばれ、そこで市販のトナー(粉末あるいは液状)を塗
布されそしてランプ89からの熱で定着される。第3図の
M/PIN電池は正のチャージになっており、適切なトナー
が使われた場合被写体85の良好な像を形成した。
In FIG. 8 the image is formed on the surface 80 'of the cell 80 , such as the surface of the aB: H layer 30 of the M / NIP cell shown in FIG. 2 without the electrodes 34 and AR coating 35. An X-ray point discharge source that can be used for is shown. First, the aB: H surface 80 'is negatively charged by the high voltage corona wire 82 in the electrostatic shield 83 located in the dark chamber 86. Battery 80 after charging
Is conveyorized from chamber 86 to chamber 87, which is shielded, and exposed with x-rays from point source 84.
The X-rays cause the I-type a-Si: H layer 10 to become electrically conductive and discharge the electrostatic charge on the surface 80 '. The induced conductivity and the amount of discharged charge are a function of X-ray emissivity and exposure time. The dose of X-rays is reduced according to the subject 85 and accordingly a-B:
The discharge of charges on the H layer 30 is determined. The battery 80 is carried to a chamber 88 where commercial toner (powder or liquid) is applied and fixed with heat from a lamp 89. Of FIG.
The M / PIN battery was positively charged and formed a good image of subject 85 when the proper toner was used.

第9図には、画像形成部材として使われる円筒状の基板
90をコーティングするのに特に適したグロー放電堆積装
置が示されている。基板90は、台93内にある絶縁された
軸受け筒95中のロッド94によって支持された直径6イン
チ長さ18インチのアルミニウム円筒からできている。エ
ンクロジャー100は、頂部プレート97の付いた直径12イ
ンチ長さ28インチのステンレス・スチールの管91からで
きており、適当なガスケットの付いた台上に置かれた場
合、真空もれのない密閉構造となっている。円筒電極92
(頂部プレート97に電気的に連結している)は、図示さ
れているように頂部表面99から間隙dをおいて基板90の
表面99に対し同軸的に置かれる。ガスGは、貯蔵タンク
と調節バルブ(図示せず)からプレート97を通りノズル
120によって容易に注入さる。第1図に関して議論した
ように、a−Si:H形成用の適当なガスとしてはSiH4ある
いはジシランがあげられ、シリコンド−パントとして
は、ホスフィン、アルシンあるいはジボラン等があげら
れる。ガスGは間隙を通りそしてバルブの付いたステン
レス・スチール導管98を通り連結された真空ポンプ131
を通って排気される。電源132は、基板90の支持ロッド9
4とアースされたエンクロージャ部材91、92、93、97と
の間に連結される、強電界領域Esが電極92と99の間の間
隙dに誘起され、弱電界領域Ewが基板90の表面に誘起さ
れる。台93には適当なセラミック絶縁体の付いたヒータ
の線96がとりつけられ、ガスGの一部を熱分解しシリコ
ン化合物を作りこれがプラズマ部Pに拡散しグロー放電
を促進させる。台93上の円筒遮断物134がシリコン含有
化合物から絶縁された軸受け筒95が遮蔽する。
FIG. 9 shows a cylindrical substrate used as an image forming member.
A glow discharge deposition apparatus particularly suitable for coating 90 is shown. The substrate 90 is made of an aluminum cylinder 6 inches in diameter and 18 inches long supported by a rod 94 in an insulated bearing barrel 95 in a pedestal 93. Enclosure 100 is made of 12 inch diameter 28 inch long stainless steel tubing 91 with a top plate 97 and provides a vacuum tight seal when placed on a table with a suitable gasket. Has become. Cylindrical electrode 92
(Electrically coupled to the top plate 97) is placed coaxially to the surface 99 of the substrate 90 with a gap d from the top surface 99 as shown. Gas G passes through a plate 97 from a storage tank and a regulating valve (not shown) to a nozzle.
Easy to inject with 120. As discussed with respect to FIG. 1, suitable gases for forming a-Si: H include SiH 4 or disilane, and silicon dopants include phosphine, arsine or diborane. Gas G is pumped through the gap and through a valved stainless steel conduit 98 vacuum pump 131
Exhausted through. The power supply 132 is the support rod 9 of the substrate 90.
4, a strong electric field region Es, which is connected between the grounded enclosure members 91, 92, 93 and 97, is induced in the gap d between the electrodes 92 and 99, and a weak electric field region Ew is formed on the surface of the substrate 90. Induced. A heater wire 96 with a suitable ceramic insulator is attached to the table 93, and a part of the gas G is thermally decomposed to form a silicon compound, which diffuses into the plasma part P and promotes glow discharge. The cylinder block 134 on the table 93 is shielded by the bearing cylinder 95 insulated from the silicon-containing compound.

装置の操作は、第1図で述べたのと同様で、基板90に50
0〜1500ボルトの負の電圧が加えられ、強電界領域Es
中、圧力PGでガスGを通してグロー放電が開始される。
それからグロー放電プラズマPの拡散成分は、圧力PGお
よびVを調節することによって基板90の活性表面の上の
弱電界領域Esに位置するようにされる。更に、SiH4によ
ってa−Si:Hを堆積するに際し、電源(図示せず)から
ヒータ線96に十分電流を流すことによって、SiH4のいく
らかが熱分解され、そしていくらかのシリコン含有フラ
グメントがプラズマP中にそして基板90の表面上に拡散
し、それによってコーティング130を形成する。成膜速
度はこれらの熱分解されるフラグメントによって高めら
れそしてa−Si:H薄膜130の電気的抵抗率が上昇し画像
形成ディバイス用に特に適したコーティング130を作る
ことができる。コーティング130はヒータ(図示せず)
によって180〜410℃に維持された基板90に堆積される
か、もしくは30〜100℃に保たれた基板90に堆積され、
ついで200〜300℃に焼きなまされる。
The operation of the device is similar to that described in FIG.
A negative voltage of 0 to 1500 V is applied, and the strong electric field region Es
Inside, glow discharge is started through gas G at pressure PG.
The diffusive component of the glow discharge plasma P is then positioned in the weak electric field region Es above the active surface of the substrate 90 by adjusting the pressures PG and V. Furthermore, the SiH 4 a-Si: Upon depositing H, power by passing a sufficient current (not shown) to the heater wire 96, some of the SiH 4 is thermally decomposed, and the plasma is some of the silicon-containing fragment Diffuse into P and onto the surface of substrate 90, thereby forming coating 130. The deposition rate is enhanced by these pyrolyzed fragments and the electrical resistivity of the a-Si: H thin film 130 is increased to make the coating 130 particularly suitable for imaging devices. The coating 130 is a heater (not shown)
Deposited on a substrate 90 maintained at 180-410 ° C., or deposited on a substrate 90 maintained at 30-100 ° C.,
Then it is annealed to 200-300 ℃.

画像形成P−N接合体を完成するために、a−B:H層131
が第2図に述べたようにa−Si:H層130の表面にグロー
放電によって堆積される。
In order to complete the imaged PN junction, the aB: H layer 131
Is deposited on the surface of the a-Si: H layer 130 by glow discharge as described in FIG.

第7図に示されているような電子写真装置の試験では、
a−B;H頂部層131は100ボルト以上に帯電した。第9図
に示された装置で作られたディバイスは図2、3、6
(電極34、44およびARコーティング36、46なし)で述べ
たようにP、I、Nおよびブロッキング層の組み合せの
いずれの場合でも良好な画像形成特性をもつ。また、第
9図の装置で作られた太陽電池、整流ダイオードおよび
プレーナトランジスターは改善された特性を示す。
In testing an electrophotographic device such as that shown in FIG.
The aB; H top layer 131 was charged above 100 volts. Devices made with the device shown in FIG. 9 are shown in FIGS.
It has good imaging properties with any combination of P, I, N and blocking layers as described (without electrodes 34, 44 and AR coatings 36, 46). Also, the solar cells, rectifier diodes and planar transistors made with the device of Figure 9 exhibit improved characteristics.

a−C:Hやa−Si:Hにa−B:Hを添加する時にボロンを含
有するガス、例えばBF3を水素希釈して使用しうる。196
2年12月18日に特許された米国特許第3,069,283号のパラ
グラフ6に述べられているように本発明者はボランの薄
膜をグロー放電でコーティングするためのガス供給源と
して先にBF3を使用していた事実を特記したい。しかし
ながら、本発明はa−Siとa−Bの接触に依存しており
そして各堆積温度を調節することが好ましい。
a-C: H and a-Si: H to a-B: gas containing boron, such as BF 3 may be used with hydrogen dilution when added H. 196
The inventors have previously used BF 3 as a gas source for glow discharge coating thin films of borane, as described in paragraph 6 of U.S. Pat. No. 3,069,283, issued Dec. 18, 2012. I would like to mention the fact that I was doing. However, the present invention relies on a-Si and a-B contact and it is preferred to control each deposition temperature.

さらに発明者らはN型層42の堆積温度を100℃に下げた
場合M/PIN構造においてVocは50mVも増加することを見出
した。I型a−Siは180℃以上で堆積された場合に最大I
scを発現するのであるから、この事は驚くべきことであ
る。
Further, the inventors have found that when the deposition temperature of the N-type layer 42 is lowered to 100 ° C., Voc increases by 50 mV in the M / PIN structure. I-type a-Si has maximum I when deposited at 180 ℃ or higher.
This is surprising because it expresses sc.

実際従来は、すべてのa−Si薄膜が電気的に作用するた
めに、180℃以上で堆積されたり焼きなまされたりしな
ければならなかった。この電圧増加は、第1図あるいは
第9図に示されたような装置を用いて層42を形成するに
際しシランにホスフィンあるいはアルシンのドーパント
ガスを混合した場合に生じる。
In fact, in the past, all a-Si thin films had to be deposited or annealed at 180 ° C or higher in order to be electrically active. This voltage increase occurs when silane is mixed with a phosphine or arsine dopant gas during the formation of layer 42 using an apparatus such as that shown in FIGS.

従ってこれまでに述べてきた概念が太陽エネルギー変
換、不透明電極をもった回路要素としての整流接合体お
よび画像ディバイスに有用な改良された光起電ディバイ
スの基礎を形成することが明らかである。本発明の半導
体素子は改良されたバイポーラ型トランジスターを作る
のに使われうる。この他の応用および組合わせは当業者
であれば容易であるだろう。
It is therefore clear that the concepts described thus far form the basis of solar energy conversion, rectifying junctions as circuit elements with opaque electrodes and improved photovoltaic devices useful in image devices. The semiconductor device of the present invention can be used to make an improved bipolar transistor. Other applications and combinations will be readily apparent to one of ordinary skill in the art.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はアモルファス・ボロン、アモルファス・シリコ
ンおよびアモルファス・カーボンのグロー放電堆積とド
ーピング用の第1の装置である。第2図は本発明の第一
の実施態様を表わすM/N1P半導体の断面図である。第3
図は、本発明の第二の実施態様を表わすM/PIN半導体の
断面図である。第4図はアモルファス・ボロン/アモル
ファス・シリコンの接続体においてのボロン/シリコン
の比率を示すグラフである。第5図は、本発明の第三の
実施態様を表わすタンデム半導体装置の断面図である。
第6図は、本発明の第四の実施態様を表わす画像形成装
置の断面図である。第7図は電子写真現像装置の概略図
である。第8図は本発明の第五の実施態様を表わすX線
電子写真装置の概略図である。第9図はシリコン含有ガ
スの熱分解用の第2の装置の概略図である。
FIG. 1 is the first apparatus for glow discharge deposition and doping of amorphous boron, amorphous silicon and amorphous carbon. FIG. 2 is a sectional view of the M / N1P semiconductor showing the first embodiment of the present invention. Third
The figure is a cross-sectional view of an M / PIN semiconductor showing a second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a graph showing a boron / silicon ratio in an amorphous boron / amorphous silicon connection body. FIG. 5 is a sectional view of a tandem semiconductor device showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a sectional view of an image forming apparatus representing a fourth embodiment of the present invention. FIG. 7 is a schematic view of an electrophotographic developing device. FIG. 8 is a schematic diagram of an X-ray electrophotographic apparatus showing a fifth embodiment of the present invention. FIG. 9 is a schematic diagram of a second apparatus for thermal decomposition of a silicon-containing gas.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−138970(JP,A) 特開 昭57−139972(JP,A) Appl.Phys.Lett.,42 (4),15 February 1983,P P.369−371Continuation of front page (56) References JP-A-56-138970 (JP, A) JP-A-57-139972 (JP, A) Appl. Phys. Lett. , 42 (4), 15 February 1983, PP. 369-371

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】N型半導体層と該N型半導体層に隣接して
接けられたI型半導体層と該I型半導体層に隣接して設
けられたP型半導体層とを有する積層体を基板上に具備
する半導体装置の製造方法において、該I型半導体層と
してアモルファスシリコンからなる堆積膜を基板温度を
180℃乃至410℃の範囲に保持して形成する工程と、前記
I型半導体層上に該P型半導体層として、水素を含有す
るアモルファスボロンの堆積膜を基板温度180℃以下に
保持して形成する工程とを含むことを特徴とする半導体
装置の製造方法。
1. A laminate having an N-type semiconductor layer, an I-type semiconductor layer adjacent to and in contact with the N-type semiconductor layer, and a P-type semiconductor layer provided adjacent to the I-type semiconductor layer. In the method of manufacturing a semiconductor device provided on a substrate, a deposited film made of amorphous silicon is used as the I-type semiconductor layer at a substrate temperature.
Forming a P-type semiconductor layer on the I-type semiconductor layer by holding the deposited film of hydrogen-containing amorphous boron at a substrate temperature of 180 C or lower. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
JP2209057A 1990-08-06 1990-08-06 Semiconductor device Expired - Lifetime JPH0782998B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2209057A JPH0782998B2 (en) 1990-08-06 1990-08-06 Semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2209057A JPH0782998B2 (en) 1990-08-06 1990-08-06 Semiconductor device

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP57029745A Division JPH07105507B2 (en) 1982-02-25 1982-02-25 Photovoltaic device

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4320154A Division JPH0831422B2 (en) 1992-11-30 1992-11-30 Method for manufacturing semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH03141636A JPH03141636A (en) 1991-06-17
JPH0782998B2 true JPH0782998B2 (en) 1995-09-06

Family

ID=16566543

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2209057A Expired - Lifetime JPH0782998B2 (en) 1990-08-06 1990-08-06 Semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0782998B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL2005730C2 (en) * 2010-11-19 2012-05-22 Tempress Systems B V Photovoltaic cell and a method for producing such a photovoltaic cell.

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56138780A (en) * 1980-02-26 1981-10-29 Minolta Camera Kk Projector
US4339470A (en) * 1981-02-13 1982-07-13 Rca Corporation Fabricating amorphous silicon solar cells by varying the temperature _of the substrate during deposition of the amorphous silicon layer

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Appl.Phys.Lett.,42(4),15February1983,PP.369−371

Also Published As

Publication number Publication date
JPH03141636A (en) 1991-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4330182A (en) Method of forming semiconducting materials and barriers
JP3073327B2 (en) Deposition film formation method
US5187115A (en) Method of forming semiconducting materials and barriers using a dual enclosure apparatus
US5420043A (en) Method of manufacturing a solar cell
US4117506A (en) Amorphous silicon photovoltaic device having an insulating layer
US5248348A (en) Amorphous silicon solar cell and method for manufacturing the same
US4328258A (en) Method of forming semiconducting materials and barriers
US5352300A (en) Solar cell
JPH05121338A (en) Method and apparatus for forming deposited film
KR890004497B1 (en) Method for optimizing photoresponsive amorphous alloys and devices
GB1572846A (en) Schottky barrier semiconductor device and method of making same
JPH07123112B2 (en) Method for depositing p-type amorphous semiconductor and method for manufacturing photoreceptor for electrophotography
US4396793A (en) Compensated amorphous silicon solar cell
US4415760A (en) Amorphous silicon solar cells incorporating an insulating layer in the body of amorphous silicon and a method of suppressing the back diffusion of holes into an N-type region
US4409424A (en) Compensated amorphous silicon solar cell
US5049523A (en) Method of forming semiconducting materials and barriers
JP2648733B2 (en) Semiconductor device
US4772933A (en) Method for compensating operationally-induced defects and semiconductor device made thereby
US5543634A (en) Method of forming semiconductor materials and barriers
JPH0782998B2 (en) Semiconductor device
JP3406959B2 (en) Method for forming deposited film by microwave plasma CVD method
JPH06342762A (en) Manufacture of semiconductor device
US5073804A (en) Method of forming semiconductor materials and barriers
JP2908617B2 (en) Solar cell
JPH07105507B2 (en) Photovoltaic device