1.4. Постановка задачи исследования

Рассмотрим и проанализируем типичные технологические маршруты изготовления полупроводникового прибора стандартным методом и методом ионного осаждения, и на примере убедимся в его эффективности. Стандартные технологии изготовления солнечных элементов - это совокупность механических, физических, химических способов обработки различных материалов (полупроводников, диэлектриков, металлов), при чем большинство операций создания солнечных элементов требует специального оборудования - это повышает расход материалов, энерго и человеко затраты. Покажем технологическую цепочку изготовления солнечного элемента (на основе кремния). Во-первых - получение монокристалла кремния, далее разделение слитка на пластины. За тем следует подготовка пластин - обезжиривание, очистка, механическая полировка. Далее травление, окончательная очистка пластины и промывка. В технологии ионного-лучевого осаждения тонкую очистку подложки можно провести с помощью ионного травления, не вынимая заготовки из рабочей камеры и значительно повысив уровень очистки материала.

После подготовки пластин приступают к нанесению активных слоев в большинстве случаев это диффузия из газовой смеси. На основе данного процесса невозможно получить с высокой точностью толщину наносимого слоя, и после завершения операции необходимо удалить слой диффузанта с помощью травления. Далее методом испарения наносят слой Al и проводят диффузию для создания р⁺-слоя. В технологии ионно-лучевого осаждения нанесение сплошных слоев производится расфокусированным ионным пучком, при увеличении энергии ионов возможно применение метода ионной имплантации – это позволит с большей точностью контролировать толщину легирования и количество легирующей примеси. При помощи фотолитографии или теневой маски наносят рисунок токосъемной сетки, далее происходит осаждение Ti, Pd и Ag на лицевую и тыльную поверхности пластины, после этого удаляют масочный слой. В технологии ионно-лучевого осаждения нанесение топологии рисунка производится фокусированным ионным пучком в едином цикле – внутри одной рабочей камеры. На заключительном этапе проводят осаждение просветляющего покрытия и приварку контактов. Описанная схема стандартного технологического процесса в значительной мере упро­щена, в нее не вошли многочисленные этапы очистки и контроля парамет­ров, необходимые при производстве элементов.

Таким образом, цель настоящей работы заключается в следующем:

- расчет функционала и создание установки, реализующей данный метод, совместить в едином технологическом пространстве процессы получения пленочных слоев, литографии и металлизации контактов. Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:

• построение математической модели распыления вещества в плазме, расчет основных параметров процесса.

• создание математической модели управления ионным лучом и расчет основных параметров протекания процесса, применимых для опытного образца экспериментальной установки ионно-лучевого осаждения.

• построение математической модели осаждения эпитаксиальных слоев и физико-механических свойств покрытий.

Произведен рассмотр основных вопросов функциональных узлов установки ионно-лучевой эпитаксии и создание:

- источника ионов;

- концентратора плазмы;

- системы управления ионным лучом;

- расчет необходимых параметров вакуумной системы;

• создание системы измерения вакуума;

• создание вакуумных узлов и соединений;

• выбор вакуумных насосов;

• создание гетероионного насоса;