1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 28704
(51) C30B 31/20 (2006.01)
C30B 31/22 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2012/1246.1
(22) 22.11.2012
(45) 15.07.2014, бюл. №7
(72) Тулеушев Юрий Жианшахович; Володин
Валерий Николаевич; Жаканбаев Елдар Асхатович
(73) Республиканское государственное предприятие
на праве хозяйственного ведения "Институт ядерной
физики" Агенства Республики Казахстан по атомной
энергии
(56) Патент РФ №2276206, кл. С22В 31/22, опубл.
10.05.2006г
(54) СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ КРЕМНИЯ В
ПЛЕНКЕ
(57) Изобретение относится к области получения
специальных покрытий для тонкопленочных
фотоэлементов и может быть использовано в
материаловедении и других отраслях.
Способ легирования кремния в пленке включает
одновременное со сдвигом в пространстве
распыление кремния и легирующего элемента в
нанодисперсное состояние, соосаждение их
субслоями в виде островкового покрытия размером
частиц кремния и или легирующего элемента менее
критического, при котором частица находится в
жидком состоянии, поочередным повторяющимся
пересечением потоков плазмы, при этом в качестве
легирующего элемента используют серебро, а
концентрацию серебра в покрытии поддерживают в
интервале 53-56 мас. %.
Технический результат заключается в получении
образований серебра нерегулярной формы в пленке
аморфного кремния.
(19)KZ(13)A4(11)28704

2. 28704
2
Изобретение относится к области получения
специальных покрытий для тонкопленочных
фотоэлементов и может быть использовано в
материаловедении и других отраслях.
Известен способ обработки материалов (А.с.
СССР №1055784. кл. С30В 31/20, оп. 23.11.1983.
Бюлл. №43), в котором легирование осуществляют
нанесением на поверхность диффузанта в виде
последовательных слоев различных элементов или
их сплавов толщиной 10-1000 нм и последующим
облучением импульсным лазерным облучением
мощностью 108
-1011
Вт·см-2
, с образованием
легированного слоя. Способ не позволяет получить
легирующий элемент в виде нанокапель,
распределенных в слоях легируемого элемента.
Известен также способ получения
монокристаллических углеродных пленок
(Предварительный патент Республики Казахстан
№4275. кл. С30В 30/02, 35/00, оп. 14.03.1997, Бюлл.
№1), в котором легирование осуществляют путем
распыления катода-мишени из твердого углерода,
ускорение ионов углерода и осаждение их на
нагретую подложку и при этом одновременно
дополнительно распыляют легирующий материал. В
этом способе, как и предыдущем нельзя получить
легирующий элемент, распределенный в слоях
легируемого элемента в виде нанокапель.
В способе повышения критического тока
сверхпроводника легированием (Патент Российской
Федерации №2172043, кл. Н01L 39/00, 39/24. оп.
10.08.2001, Бюлл, №22) легирование осуществляют
одновременным со сдвигом в пространстве
распылением металла-основы сверхпроводника и
легирующего элемента, не взаимодействующего с
основой сверхпроводника, в нанодисперсное
состояние в плазме низкого давления и соосаж-
дением их при сохранении нанодисперсного
состояния легирующего элемента слоями
субатомного размера поочередным повторяющимся
пересечением потоков плазмы. Способ не позволяет
обеспечить слияние нанодисперсного легирующего
элемента в нанокапли в матричной основе.
Наиболее близким к заявляемому по технической
сущности является способ легирования металла в
пленках (Патент Российской Федерации №2276206.
кл. С22В 31/22, Н01L 39/00, оп. 10,05.2006. Бюлл.
№13), включающий одновременное со сдвигом в
пространстве распыление металла и легирующего
элемента в нанодисперсное состояние в плазме
низкого давления и соосаждение их субслями
поочередным повторяющимся пересечением
потоков плазмы, в котором осаждение каждого
субслоя ведут в виде островкового покрытия
размером частиц металла и/или легирующего
элемента менее критического, при котором частица
находится в жидком состоянии при охлаждении.
Способ также не позволяет обеспечить слияние
нанодисперсного легирующего элемента в
нанокапли и укрупнение их относительно размеров
в субслоях.
Задачей изобретения является разработка
способа легирования кремния в пленке нанокаплями
серебра.
Технический результат от совокупности влияния
признаков, предлагаемых в изобретении,
заключается в получении образований серебра
нерегулярной формы в пленке аморфного кремния.
Технический результат достигается в способе
легирования кремния в пленке, включающий
одновременное со сдвигом в пространстве
распыление кремния и легирующего элемента в
нанодисперсное состояние, соосаждение их
субслями в виде островкового покрытия размером
частиц кремния и/или легирующего элемента менее
критического, при котором частица находится в
жидком состоянии, поочередным повторяющимся
пересечением потоков плазмы, в котором в качестве
легирующего элемента используют серебро, а
концентрацию серебра в покрытии поддерживают в
интервале 53-56 мас. %.
Суть изобретения заключается в следующем.
Использование серебра в качестве легирующего
элемента обусловлено большой
фоточувствительностью и огромным плазменным
резонансом в видимой области спектра. Получение
аморфного кремния, легированного нанокаплями
серебра произвольной формы позволит повысить
коэффициент полезного действия за счет
рамоновского рассеяния на плазмонах.
Соосаждение распыленных частиц кремния
и/или серебра малых размеров, когда они находятся
в жидкой форме, в виде расположенных рядом и
соприкасающихся островков, сопровождается их
слиянием. Коалесценция жидких частиц (одна или
несколько) приводит к увеличению размера
образования более критического размера и перехода
частицы в твердое состояние. Кремний и серебро
практически нерастворимы в твердом состоянии.
Многократное повторение процессов приводит к
формированию пленки кремния в которой
распределены произвольным способом нанозерна
серебра. При концентрации серебра в пленке
53-56 мас. % происходит укрупнение нанозерен
серебра в 10-15 раз в образования - капли размером
30-50 нм, что способствует достижению
технического результата.
Для обеспечения легирования аморфного
кремния серебром использована двухканальная
магнетронная установка с двумя планарными DC-
магнетронами планарного типа, расположенными на
боковых стенках вакуумной камеры оппозитно друг
другу. Для обеспечения равномерности напыления
напыляемые образцы расположены на
вращающемся цилиндре и поочередно проходят
через потоки распыляемого магнетронами вещества.
Толщина единичных слоев, напыляемых за один
проход мимо магнетрона, составляет десятые доли
нанометра. Общая толщина покрытия 100-500 нм
достигается при многократном проходе напыляемых
подложек через потоки распыляемых кремния и
серебра. Соотношение компонент в покрытии
регулировали путем изменения подаваемой на
магнетроны мощности, Рентгеноструктурные
исследования легированных покрытий проведены на
дифрактометре D8 Advance abhvs Broker с
излучением Cu-Kα(λ=0.154178 нм). Электронно-

3. 28704
3
микроскопические исследования проедены на
электронном микроскопе с автоэмиссионным
катодом JEOL JSM7500F, фирма производитель
JEOL LTD. Размеры нанозереи серебра, определены
по формуле Дебая-Шерера.
В таблице приведены размеры (d) нанозерен
серебра в аморфном кремнии в зависимости от
концентрации (С) серебра в аморфном кремнии.
Таблица
Размеры нанозерен серебра в зависимости от концентрации серебра в аморфном кремнии
С, мас. % 9,63 17,69 38,27 53,11 54,59 56.14 86,83 97,90
d, нм 1 1.5 1.5 35 50 40 3,4 21
Таким образом, приведенные примеры
реализации способа и результаты свидетельствуют о
получении образований серебра нерегулярной
формы в пленке аморфного кремния.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ легирования кремния в пленке,
включающий одновременное со сдвигом в
пространстве распыление кремния и легирующего
элемента в нанодисперсное состояние, соосаждение
их субслями в виде островкового покрытия
размером частиц кремния и/или легирующего
элемента менее критического, при котором частица
находится в жидком состоянии, поочередным
повторяющимся пересечением потоков плазмы,
отличающийся тем, что в качестве легирующего
элемента используют серебро, а концентрацию
серебра в покрытии поддерживают в интервале 53-
56 мас. %.
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор Е. Барч