[其他]光电动势元件及其制备工艺和设备

说明书

本发明涉及使用非晶体材料的一种改进的光电动势元件，及其制备工艺和制备设备。

迄今为止，人们已提出了许多光电动势元件，这些光电动势元件有一个非晶材料组成的光电转换层，而上述非晶材料则以硅原子为其主要成份。这种非晶材料即是所谓的非晶硅（以后称之为“a-Si”），它被用于光电器件及诸如此类的场合。

现有的各种用来制备上述光电转换层的方法为：真空蒸发技术，热化学汽相沉积技术，等离子体化学汽相沉积技术，活性溅射技术，离子镀膜技术，以及光学汽相沉积技术。

在上述的各种方法中，普通认为采用等离子体汽相沉积技术（以后称之为“等离子体CVD法”）的方法为最佳方法，並且目前广泛采用这种方法来制造光电转换层。

然而，现有的光电转换层，即使是采用上述等离子体CVD方法制备的並且具备了差不多满意的特性的合格产品，就其各项特性，特别是电气和光学特性，光导特性，重复使用时的抗退化和环境的使用特性诸方面，以及均匀性，重复使用特性，大批生产诸方面，和要求光电层稳固时的持久稳定性，寿命诸项特性来说，要总的能满足要求，尚有许多问题留待解决。

产生上述问题的原因主要在于：为了获得一个符合要求的光电转换层，在考虑原材料的质量的同时，还要求在制备光电层时有经验丰富的专门人员进行工艺操作，而不仅是一个简单的层沉积工序。

例如，当用热化学汽相沉积技术（此后称之为“CVD法”）形成一个由a-Si材料组成的膜片时，在包含硅原子的气体材料被稀释后，要对其适当掺杂，要在500至650℃的高温下对有关材料进行热分解。因此，为了用CVD法获得一个所需的a-Si膜片，要求进行精确的工艺操作和控制，並且正因为如此，要求为实施CVD法的工艺所采用的设备最终将是复杂而昂贵的。然而，即便如此，要稳定地获得一个由a-Si材料组成的、均匀性符合要求的、且具有实际的工业应用价值的光电转换层，仍然是极为困难的。

如前所述，虽然等离子体CVD法现今被广泛地采用，但是这种方法仍然伴随着涉及工艺操作和设备投资这样一些问题。

就工艺操作问题而言，等离子体CVD法所采用的操作规程比熟知的CVD法要复杂得多，而且要推广使用这些操作规程也极其困难。

这就是说，即使在互相关联的参数中，也已存在许多变化，这些参数有衬底温度，要掺入的气体的数量和流速，用于形成膜层的压力和高频功率，电极的结构，反应室的结构，要抽出的气体的流速，以及等离子体产生系统。除上述这些参数以外，还存在其它种类的参数。在这些情况下，为了获得所需的沉积膜产物，就需要从大量各种不同的参数中去选择精确的参数。这样一来，有时就引起严重的问题。例如，因为根据精确选定的参数，等离子体往往处于一种不稳定状态，而这种不稳定状态在要形成的沉积膜中会引起麻烦。

就为实施等离子体CVD法的工艺所采用的设备而言，由于，如前所述，要精确选定采用的参数，其结构最终将很复杂。这种设备的规模或种类如何改进或改变，其结构总必须能解决严格精选参数的要求。

就这方面而言，即使符合要求的沉积膜是大批量生产的，这种膜产品也不可避免地成本昂贵，其原因是：（1）首先必须为建造一个特殊的适当设备而进行一大笔投资;（2）即使对上述这样的设备，仍然存在大量工艺操作参数，而且有关的诸参数必须从现有的各种参数中精确选定以便大批生产这种膜。根据这样严格选择的参数，就必须仔细地实施其工艺。

与上述情况形成对照的是，一种图像读出光敏感器，现在已品种繁多。而且，要求稳定地提供相当便宜的光电动势元件的需求也在增长。而这种光电动势元件具有一块由a-Si材料组成的正常面积或大面积的光电转换层，这种a-Si材料具有适当的均匀性和可应用性，並且符合使用要求和实用目的。

因此，为了满足上述需求，急迫需要研究出一种适当的方法和设备。

同样，相对于其它类型的非单晶半导体层来说，为了构成光电动势元件的光电转换层，例如，由包含从氧原子，碳原子和氮原子中选择出的至少一种原子的a-Si材料组成的那些非单晶半导体层，存在着类似的情形。

本发明者作了广泛的研究，以解决在前述公知的方法中存在的问题，及研究一种简单而有效地制备改进的光电动势元件的新工艺，上述光电动势元件具有一个由非晶半导体材料组成的符合要求的光电转换层，这种光电动势元件具有实用特性，並不依赖任何已知的方法，並能满足上述实际的需求。

其结果是：本发明者已最终找到了一种工艺，采用这种工艺可使我们有效地和稳定地制备上述光电动元件，其简化的具体工艺规程将在下面详述。