We investigated the influence of blistering on $Al_2O_3$/SiON stacks and $Al_2O_3$/SiNx:H stacks passivation layers. $Al_2O_3$ film provides outstanding Si surface passivation quality. $Al_2O_3$ film as the rear passivation layer of a p-type Si solar cell is usually stacked with a capping layer, such as $SiO_2$, SiNx, and SiON films. These capping layers protect the thin $Al_2O_3$ layer from an Al electrode during the annealing process. We compared $Al_2O_3$/SiON stacks and $Al_2O_3$/SiNx:H stacks through surface morphology and minority carrier lifetime after annealing processes at $450^{\circ}C$ and $850^{\circ}C$. As a result, the $Al_2O_3$/SiON stacks were observed to produce less blister phenomenon than $Al_2O_3$/SiNx:H stacks. This can be explained by the differences in the H species content. In the process of depositing SiNx film, the rich H species in $NH_3$ source are diffused to the $Al_2O_3$ film. On the other hand, less hydrogen diffusion occurs in SiON film as it contains less H species than SiNx film. This blister phenomenon leads to an increase insurface defect density. Consequently, the $Al_2O_3$/SiON stacks had a higher minority carrier lifetime than the $Al_2O_3$/SiNx:H stacks.
Transparent ZnO:Al conductor films for the optoelectronic devices were deposited by using the capacitively coupled DC magnetron sputtering method. The effect of Al doping concentration and discharge power on the electrical and optical properties of the films was studied. The film resistivity of $8.5${\times}$10^{-4}$$\Omega$-cm was obtained at the discharge power of 40 W with the ZnO target doped with 2 wt% $Al_2$$_O3$. The transmittance of the 840 nm thick film was 91.7% in the visible waves. Increasing doping concentration of 3 wt% $Al_2$$O_3$ in ZnO target results in significant decrease of film resistivity, which may be due to the formation of $Al_2$$O_3$ particles in the as-deposited ZnO:Al film and the reduced ZnO grain sizes. Increasing DC power from 40 to 60 W increases deposition rate by more than 50%, but can induce high defect density in the film, resulting in higher film resistivity.
Encapsulation of organic based devices is essential issue due to easy deterioration of organic material by water vapor. Thin layer of encapsulation film is required to preserve transparency yet protecting materials in it. Atomic layer deposition(ALD) is a promising solution because of its low temperature deposition and quality of the deposited film. $Al_2O_3$ or $Al_2O_3/TiO_2/Al_2O_3$ multilayer film has shown excellent environmental protection characteristics despite of thin thicknesses of the films. $Al_2O_3/TiO_2/Al_2O_3$ multilayer and 1.5 dyad layer of $Al_2O_3/polymer/Al_2O_3$ deposited by ALD was measured to have water vapor transmittance rate(WVTR) well below the detection limit($5.0{\times}10^{-5}g/m^2day$) of MOCON Aquatran 2 equipment.
$Al_2O_3$ is a promising gate dielectric because of its high dielectric constant, high resistivity and low leakage current. Since $OH^-$ radical in $Al_2O_3$ films deposited by ALD using TMA and $H_2O$ degrades the good properties of $Al_2O_3$, TMA and $O_3$ were used to deposite $Al_2O_3$ films and the effects of $O_3$ on the properties of the $Al_2O_3$ films were investigated. The growth rate of the $Al_2O_3$ film under the optimum condition was 0.85 $\AA$/cycle. According to the XPS analysis results the $OH^-$ concentration in the $Al_2O_3$ film deposited using $O_3$ is lower than that using $H_2O$. RBS analysis results indicate the chemical formula of the film is $Al_{2.2}O_{2.8}$. The carbon concentration in the film detected by AES is under 1 at%. SEM observation confirms that the step coverage of the $Al_2O_3$ film deposited by ALD using $O_3$ is nearly 100%.
Molecular dynamics simulations were performed to study interface structures between an $Al_2O_3$ crystalline phase and a interface phase of $CaAl_2Si_2O_8$. We calculated atomic structures and excess interface energies in systems with different thicknesses of the interface film. It was found that excess interface energies at first readily decreased with increasing film thickness, but increased for larger thicknesses of more than 2 nm. The excess energies of $Al_2O_3/CaAl_2Si_2O_8$ interfaces exhibit a minimum at a thickness around 1 nm. In this range of film thicknesses, the atoms in the interface film show a short-range ordered structure and slow diffusion rather than the random structure and rapid diffusion expected to an observation of an equilibrium thickness for interface films in ceramics.
Atomic layer deposition(ALD)을 이용하여 $Al_2O_3$ 박막을 형성하고 이에 대한 패시베이션 특성에 대한 연구를 수행하였다. ALD로 증착된 $Al_2O_3$ 박막은 $400^{\circ}C$ 5분간 후속 열처리 공정 후에도 $Al_2O_3$ - 실리콘 계면 반응 없이 비정질 상태를 유지할 만큼 구조적으로 안정한 특성을 나타내었다. 후속 열처리 후 $Al_2O_3$ 박막의 패시베이션 특성이 향상되었으며, 이는 field effective 패시베이션과 화학적 패시베이션 효과가 동시에 상승에 기인하는 것으로 판단된다. $Al_2O_3$ 박막의 음고정 전하를 정량적으로 평가하기 위해서 후속 열처리 공정을 거친 $Al_2O_3$ 박막을 이용하여 metal-oxide-semiconductor(MOS) 소자를 제작하고 capacitance-voltage(C-V) 분석을 수행하였다. C-V 결과로부터 추출된 flatband voltage($V_{FB}$)와 equivalent oxide thickness(EOT)의 관계식을 통하여 $Al_2O_3$ 박막의 고정음전하는 $2.5{\times}10^{12}cm^{-2}$로 계산되었으며, 이는 본 연구에서 제시된 $Al_2O_3$ 박막 공정이 N-type 실리콘 태양전지의 패시베이션 공정에 응용 가능하다는 것을 의미한다.
In this work, we evaluated the Al2O3 film, which was deposited by atomic layer deposition, degraded by exposure to harsh environments. The Al2O3 films deposited by atomic layer deposition have long been used as a gas diffusion barrier that satisfies barrier requirements for device reliability. To investigate the barrier and mechanical performance of the Al2O3 film with increasing temperature and relative humidity, the properties of the degraded Al2O3 film exposed to the harsh environment were evaluated using electrical calcium test and tensile test. As a result, the water vapor transmission rate of Al2O3 films stored in harsh environments has fallen to a level that is difficult to utilize as a barrier film. Through water vapor transmission rate measurements, it can be seen that the water vapor transmission rate changes can be significant, and the environment-induced degradation is fatal to the Al2O3 thin films. In addition, the surface roughness and porosity of the degraded Al2O3 are significantly increased as the environment becomes severer. the degradation of elongation is caused by the stress concentration at valleys of rough surface and pores generated by the harsh environment. Becaused the harsh envronment-induced degradation convert amorphous Al2O3 to crystalline structure, these encapsulation properties of the Al2O3 film was easily degraded.
In this work, an ultra-high vacuum activated reactive evaporation equipment was built. With reaction of Al and oxygen plasma, $Al_2O_3$ was deposited on the surface of etched Al foil. The chamber was evacuated down to $2{\times}10^{-7}$ torr initially. The Ar and $O_2$ gas introduced into the chamber to maintain $5{\times}10^{-5}$ torr during deposition. Ar gas prevents recombining of the ionized oxygen. Evaporation was maintained by electron beam evaporator continuously. Heating filament and electrode were used in order to generate plasma. The substrate bias of -300V was introduced to accelerate deposition of evaporated Al atoms. The composition and morphology of deposited $Al_2O_3$ films were analyzed by x-ray photoelectron spectroscopy(XPS) and atomic force microscopy (AFM), respectively. The Al oxide was formed on the surface of etched Al foil. According to AFM results, the surface morphology of $Al_2O_3$ film indicates uniform feature. Dielectric characteristic was measured as a function of frequency. Measured withstanding voltage and capacitance were 52V and $24{\mu}F/cm^2$, respectively. The obtained $Al_2O_3$ film shows clean condition without contaminants, which could be adapted to capacitor production.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제14권1호
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pp.40-47
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2014
In this paper, $Al_2O_3$ film deposited by thermal atomic layer deposition (ALD) with diluted $NH_4OH$ instead of $H_2O$ was suggested for passivation layer and anti-reflection (AR) coating of the p-type crystalline Si (c-Si) solar cell application. It was confirmed that the deposition rate and refractive index of $Al_2O_3$ film was proportional to the $NH_4OH$ concentration. $Al_2O_3$ film deposited with 5 % $NH_4OH$ has the greatest negative fixed oxide charge density ($Q_f$), which can be explained by aluminum vacancies ($V_{Al}$) or oxygen interstitials ($O_i$) under O-rich condition. $Al_2O_3$ film deposited with $NH_4OH$ 5 % condition also shows lower interface trap density ($D_{it}$) distribution than those of other conditions. At $NH_4OH$ 5 % condition, moreover, $Al_2O_3$ film shows the highest excess carrier lifetime (${\tau}_{PCD}$) and the lowest surface recombination velocity ($S_{eff}$), which are linked with its passivation properties. The proposed $Al_2O_3$ film deposited with diluted $NH_4OH$ is very promising for passivation layer and AR coating of the p-type c-Si solar cell.
To increase the capacitance of an Al electrolytic capacitor, the anodic oxide film, $Al_2O_3$, was partly replaced by an $Al_2O_3-ZrO_2$ (Al-Zr) composite film prepared by the vacuum infiltration method and anodization. The microstructure and composition of the prepared samples were investigated by scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. The coated and anodized samples showed multi-layer structures, which consisted of an inner Al hydrate layer, a middle Al-Zr composite layer, and an outer $Al_2O_3$ layer. The thickness of the coating layer could go up to 220 nm when the etched Al foil was coated 8 times. The electrical properties of the samples, such as specific capacitance, leakage current, and withstanding voltages, were also characterized after anodization at 100 V and 600 V. The capacitances of samples with $ZrO_2$ coating were 36.3% and 27.5% higher than those of samples without $ZrO_2$ coating when anodized at 100 V and 600 V, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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