Ein neuer Prozess fur die Herstellung von Silberdunnschichten mittels Atomlagenabscheidung

摘要

Fur die Realisierung von optisch funktionalen Elektroden in Solarzellen ist die Herstellung von dunnen Silberschichten im Bereich von nur wenigen Nanometern notig. Die Atomlagenabscheidung (ALD) spielt hierbei eine wesentliche Rolle, da eine Kontrolle der Schichtdicke mit Atomlage fur Atomlage erfolgen kann. Bisher war die Herstellung von koharenten Silberschichten mittels ALD nur uber Umwege wie z.B. uber das Aufbringen einer Nukleationsschicht auf einem Halbleiter oder metalloxidischen Substraten moglich. Die fur die ALD von Silberdunnschichten benotigte chemische Vorstufe (Prakursor) wurde bislang noch nicht als moglicher Einflussfaktor fur eine fruhe Perkolation der dunnen Silberschichten betrachtet. Eine vergleichende Studie zwischen dem Wachstumsverhalten der Silberdunnschichten bei der Verwendung unterschiedlicher Silberprakursoren konnte bisher nicht durchgefuhrt werden, da bislang nur ein Silberprakursor [Ag(fod)(PEt3)] fur die ALD geeignete Eigenschaftenbesitzt. Aufgrund der mangelnden Anzahl an geeigneten Silberprakursoren wurde eine neue Silberprakursoren [Ag(NHC)(hmds)] entwickelt, die unter Zuhilfenahme eines N-heterozyklischen Carben Liganden eine besonders hohe thermische Stabilitat auch ohne Elemente in der Ligandenumgebung wie Fluor, Phosphor oder Sauerstoff aufweist. Mit diesem Silberprakursor konnte in einem atmospharischem plasma-unter-stutzten raumlich getrennten ALD Prozess bei einer Substrattemperatur von T_s = 100°C leitfahige (10~(-5)Ωcm) Silberdunnschichten mithilfe eines Ar/H2 DBE-Plasmas auf Si(100) Substraten hergestellt werden. Die Wachstumsrate (2.1 × 10~(14) Ag-Atome/(cm~2 Zyklus); entspricht 0.36 A/Zyklus) der Silberschichten wurden mittels Rutherford-Ruckstreu-Spektrometrie (RBS) bestimmt und mit der geringeren Wachstumsrate (0.14 A/Zyklus) eines nominell identischen Prozesses mit der [Ag(fod)(PEt3)] verglichen. Die hergestellten Schichten wurden des Weiteren mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) untersucht, welches die fruhere Perkolation der Metallinseln mit [Ag(NHC)(hmds)] bestatigt. Mit der Rontgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) konnte die hohe Reinheit (< 1.5 at.% Kohlenstoff, < 0.8 at.% Silicium) bestatigt werden. Diese neue Entwicklung im Bereich der Metall ALD soll den Weg zur zukunftigen Fertigung von hochtransparenten Solarzellen mit gesteigerter Effizienz ebnen und weitere Anwendungen dieser dunnen Metallschichten in der mikroelektronischen Anwendung ermoglichen.