WO1989001237A1 - Materiau de base pour semiconducteurs - Google Patents

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WO1989001237A1
WO1989001237A1 PCT/EP1988/000526 EP8800526W WO8901237A1 WO 1989001237 A1 WO1989001237 A1 WO 1989001237A1 EP 8800526 W EP8800526 W EP 8800526W WO 8901237 A1 WO8901237 A1 WO 8901237A1
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Johann Kammermaier
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Albrecht Winnacker
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Siemens Corp
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    • H10P14/3452—Microstructure
    • H10P14/3454—Amorphous

Definitions

  • the invention relates to a new semiconductor base material with high semiconductor property potential made of thin layers of amorphous, hydrogen-containing carbon (a-C: H) and a method for producing such a semiconductor base material.
  • a-C amorphous, hydrogen-containing carbon
  • Single-crystalline silicon (Si) and gallium arsenide (GaAs) with very high n- and p-charge carrier mobilities are known as semiconductor base materials ("1 cm 2.V " 1.s ⁇ 1).
  • a disadvantage of these materials is that they are not can be produced as thin layers according to a belt technology with flexible supports and that high-temperature processes are required for their production and processing.
  • Amorphous, hydrogen-containing silicon (a-Si: H) is also known as the semiconductor base material. Although this material can be manufactured on a thin-film basis, its n and p charge carrier mobility is generally far below 1 cm 2.V-1.s-1
  • Japanese Laid-Open Specification 59-26906 (dated February 13, 1984) describes an amorphous carbon material which - in the form of thin layers - according to the plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method from hydrocarbons under the action of an RF high-frequency field will be produced.
  • This material has luminescence and semiconductor properties as well as high hardness.
  • the luminescence peak is 2.6 eV and the optical band gap is 3.0 eV (for a material made from propane at a pressure of 40 mTorr rial), with a comparatively high electrical resistance of 10 12 or 10 13 ü.cm.
  • amorphous, hydrogen-containing carbon (aC: H), which has a relatively high hydrogen content of 13 to 38 Atom-X, has an electrical resistance of 10 12 cm and an optical band gap of 0.8 to 1.8 eV.
  • the a-C: H layers are produced, for example, by plasma deposition from benzene vapor at pressures of 1 to 5 Pa using high-frequency discharge.
  • the object of the invention is to provide a semiconductor base material which can be produced in thin-film technology using strip processes and without high-temperature processes and which - in the undoped state - has a high movement comparable to crystalline semiconductor materials such as Si and GaAs ⁇ ability of the n- and p-charge carriers, the charge carrier mobility at room temperature should be at least 1 cm 2 .V -1 .s _1 .
  • a semiconductor base material made of thin layers of amorphous, hydrogen-containing carbon (aC: H) with a specific electrical resistance between 10 and 10 il.cm and a charge carrier concentration (n + p) between 10 and 10 cm “ , in each case at room temperature.
  • aC amorphous, hydrogen-containing carbon
  • the semiconductor material according to the invention advantageously has a specific electrical resistance of approximately between 10 and 5.10 il.cm.
  • Such a material has a mobility of the n and p charge carriers of more than 10 2 cm 2 .V-1.s 1.
  • the specific electrical resistance is preferably between 5.10 and 5.10 12.cm. With such a material, the n- and p-charge carrier mobility reaches values above 10 3 cm2.V ⁇ 1.s ⁇ 1. Otherwise, the semiconductor material according to the invention has an optical band gap between 1.4 and 2.4 eV.
  • aC H layers with an optical band gap ⁇ £ 1.4 eV and a specific electrical resistance * 10 fl.cm, the mobility of the charge carriers is significantly lower due to a low Hall constant, so that such materials - in the sense of present invention - are not suitable as semiconductor base materials.
  • aC H layers with a specific electrical resistance ⁇ > 10 il.cm the resistance to an increase in the Hall mobility of the charge carriers.
  • Such aC: H layers are comparable in terms of electrical resistance to a-Si: H layers in which the charge carrier mobility is below 1 cm 2.V-1.s-1.
  • the invention further relates to amorphous, hydrogen-containing
  • Semiconductor base material can be obtained by high-frequency plasma deposition of gaseous hydrocarbons with an average residence time of the hydrocarbons in the plasma of at least 15 ms; the dwell time is defined as the quotient of the product of plasma volume and gas pressure and the mass flow.
  • the semiconductor base material according to the invention i.e. the amorphous, hydrogen-containing carbon is produced by high-frequency plasma deposition of gaseous hydrocarbons. It is essential to the invention that the average residence time of the hydrocarbons in the plasma is at least 15 ms.
  • the reaction gas used for plasma deposition ie the carbon Hydrogen
  • the reaction gas used for plasma deposition must have a very specific residence time in the plasma, ie a residence time of at least 15 ms. With a dwell time. Carrier mobility is reached 15 ms • > - 1 cm 2.V 1.s ⁇ 1.
  • the residence time of the hydrocarbon molecules in the plasma zone is preferably between 50 and 500 ms.
  • a dwell time in the order of magnitude mentioned above can only be achieved with a given cross section of the reaction vessel used for plasma deposition if the gas pressure ratio is certain, i.e. Partial pressure of the reaction gas and mass flow rate.
  • the gas pressure is therefore advantageously 5 to 400 Pa, preferably 20 to 200 Pa, and the mass flow rate is advantageously 0.05 to 2.10 5 Pa.cm3.s-1.
  • the plasma is preferably deposited by means of radio frequency (RF), i.e. in the range between 0.1 and 100 MHz, for example at 13.46 MHz.
  • RF radio frequency
  • Plasma deposition can also be carried out using microwaves (MW), i.e. in the range between 0.1 and 1000 GHz, for example at 2.45 GHz.
  • gaseous hydrocarbons used in the process according to the invention are preferably alkanes, i.e. saturated aliphatic
  • Hydrocarbons such as methane, etnan and propane.
  • alkenes ie unsaturated aliphatic hydrocarbons such as ethene and propene
  • acetylene ie unsaturated aliphatic hydrocarbons
  • cycloalkanes ie saturated cyclic hydrocarbons such as cyclohexane and - in the vaporous state - aroma "Tables hydrocarbons in the form of benzene and Benzolderiva ⁇ th.
  • the hydrocarbons of the type mentioned above can be used individually or enter in a mixture.
  • the Kohlenwasser ⁇ materials can also be hydrogen and / or noble gases such as helium and argon, are added.
  • a "soap bias" effect of the aforementioned type is effective, albeit to a much lesser extent, because of the lack of internal electrodes, even in MW-induced deposition plasmas, because there is in each case a potential difference between the plasma and the substrate surface .
  • the prestress In plasmas for a-C: H deposition, the prestress largely determines the passive physicochemical properties of the layers formed, such as hardness, scratch resistance and refractive index, but less the mobility of the n- and p-charge carriers.
  • H layers can be specifically fulfilled, in particular by a certain ratio of sp 2- to sp3-
  • H layers in turn depends on the relative concentration of the species H, C 2 and CH in the plasma, which is influenced by the plasma conditions, in particular electrical power fed in, frequency of the RF excitation, electrode shape and large, partial pressure of the reaction gas, mass flow and admixture of inert gases, can be influenced and controlled.
  • methane is introduced as the reaction gas.
  • the reaction gas passes through a narrow annular gap into the plasma volume of approx. 45 cm which forms between two differently sized pla ⁇ ar electrodes (area ratio of the electrodes: 1: 4).
  • the two electrodes i.e. the ground electrode (anode) and the RF electrode (cathode) are connected to an RF generator (13.56 MHz).
  • RF generator 13.56 MHz.
  • Substrate is obtained - at a partial pressure of the reaction gas
  • methane is introduced as a reaction gas via a central feed.
  • the cathode is planar, while the anode is cup-shaped; the area ratio of the electrodes is 1: 6.
  • the aC: H deposition takes place by means of radio frequency (13.56 MHz) under the following conditions: partial pressure of the reaction gas: 20 Pa; Plasma volume: 400 cm; Mass flow: 0.32.10 Pa.cm, s ⁇ . With a dwell time of 250 ms and a power density in the plasma of 0.8 W. cm " , semiconducting aC: H layers with a Hall mobility of the n charge carriers of approx. 10 3 are formed - with the substrate not heated cm2.V-1.s-1 received.
  • FIG. 1 shows the Hall mobility ⁇ H of the n- and p-charge carriers of the aC: H layers according to the invention as a function of the specific electrical resistance. The values for crystalline Si and GaAs and for a-Si: H are also shown.

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Description

Halbleitergrundmaterial
Die Erfindung betrifft ein neues Halbleitergrundmaterial mit hohem Halbleitereigenschaftspotential aus Dünnschichten aus amorphem, wasserstoffhaltigem Kohlenstoff (a-C:H) sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Halbleitergrund- materials.
Als Halbleitergrundmaterialien sind insbesondere einkristalli¬ nes Silicium (Si) und Galliumarsenid (GaAs) mit sehr hohen n- und p-Ladungsträgerbeweglichkeiten bekannt (»1 cm 2.V"1.s~1). Nachteilig ist bei diesen Materialien, daß sie nicht als Dünn¬ schichten nach einer Bandtechnologie mit flexiblen Trägern her¬ gestellt werden können und daß zu ihrer Herstellung und Verar¬ beitung Hochtemperaturprozesse erforderlich sind.
Als Halbleitergrundmaterial ist ferner amorphes, wasserstoff- haltiges Silicium (a-Si:H) bekannt. Dieses Material ist zwar auf Dünnschichtbasis herstellbar, seine n- und p-Ladungsträger- beweglichkeit liegt aber in der Regel weit unter 1 cm 2.V-1.s-1
(siehe dazu: 3 . Dresner in "Se iconductors and Semimetals", Vol. 21, Part C (1984), Seiten 193 ff.).
In der japanischen Offenlegungsschrift 59-26906 (vom 13.2.1984) ist ein amorphes Kohlenstoffmaterial beschrieben, welches - in Form von Dünnschichteπ - nach dem Plasma-CVD-Verfahren (CVD = Chemical Vapour Deposition) aus Kohlenwasserstoffen unter Ein¬ wirkung eines RF-Hochftequenzfeldes hergestellt wird. Dieses Material weist Lumineszenz- und- Halbleitereigenschaften sowie eine hohe Härte auf. Der Lumineszenz-Peak liegt dabei bei 2,6 eV und der optische Bandabstand beträgt 3,0 eV (bei einem aus Propan bei einem Druck von 40 mTorr hergestellten Mate- rial), bei einem vergleichsweise hohen elektrischen Widerstand von 1012 oder 1013ü.cm.
Aus "IDR - Industrie Diamanten Rundschau", Bd. 18 (1984), Nr. 4, Seiten 249 ff. ist es andererseits bekannt, daß amorpher, was- serstoffhaltiger Kohlenstoff (a-C:H), der einen relativ hohen Wasserstoffgehalt von 13 bis 38 Atom-X aufweist, einen elektri¬ schen Widerstand von 10 12.cm und einen optischen Bandabstand von 0,8 bis 1,8 eV besitzt. Die a-C:H-Schichten werden dabei beispielsweise durch Plasmaabscheidung aus Benzoldampf bei Drük- ken von 1 bis 5 Pa mittels Hochfrequenzentladung hergestellt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Halbleitergrundmaterial anzu¬ geben, das in Dünnschichttechnologie unter Einsatz von Bandpro- zessen und ohne Hochtemperaturprozesse hergestellt werden kann, und das - in undotiertem Zustand - eine mit kristallinen Halb¬ leitermaterialien, wie Si und GaAs, vergleichbare hohe Beweg¬ lichkeit der n- und p-Ladungsträger aufweist, wobei die La¬ dungsträgerbeweglichkeit bei Raumtemperatur wenigstens 1 cm2.V-1.s_1 betragen soll.
Dies wird erfindungsgemäß durch ein Halbleitergrundmaterial er¬ reicht, das aus Dünnschichteπ aus amorphem, wasserstoffhaltigem Kohlenstoff (a-C:H) mit einem spezifischen elektrischen Wider- stand zwischen 10 und 10 il.cm und einer Ladungsträgerkonzen¬ tration (n + p) zwischen 10 und 10 cm" , jeweils bei Raum¬ temperatur, besteht.
Halbleitende Dünnschichten mit einer n- und p-Ladungsträgerbe- weglichkeit von über 1 cm 2.V 1.s 1, wie sie das erfindungsge¬ mäße Material aufweist, sind bislang bei amorphen Halbleitern - im undotierten Zustand - nicht bekannt.
In einem halbleitenden Material liegt eine für viele Anwendun- gen bedeutsame hohe Beweglichkeit der beiden Ladungsträgerarten -3- dann vor, wenn das Verhältnis der entsprechenden Hall-Konstan¬ ten zum spezifischen elektrischen Widerstand möglichst groß ist. Dies ist beim Halbleitergrundmaterial nach der Erfindung, d.h. speziellem a-C:H, der Fall. Bei diesem Material, bei dem deutlich weniger als 68 % der Kohlenstoffatome diamantgleiche tetraedrische Bindungen (sp -Hybridisierung) und deutlich mehr als 30 % graphitische trigonale Bindungen (sp -Hybridisierung) aufweisen und das einen Wasserstoffgehalt von 10 bis 30 Atom-% besitzt, wird die Forderung nach einer hohen Ladungsträgerbe- weglichkeit über eine bestimmte Konzentration der n- und p- Ladungsträger und einen bestimmten spezifischen elektrischen Widerstand gezielt erfüllt, und zwar bis zu einem Optimum. Mit abnehmendem Zahlenwert des Produktes aus Ladungsträgerkonzen¬ tration und spezifischem elektrischen Widerstand ergibt sich ein wachsendes Verhältnis von Hall-Konstante zu spezifischem elektrischen Widerstand und damit eine steigende Beweglichkeit der Ladungsträger in der a-C:H-Schicht.
Vorteilhaft weist das Halbleitermaterial nach der Erfindung einen spezifischen elektrischen Widerstand etwa zwischen 10 und 5.10 il.cm auf. Ein derartiges Material besitzt eine Beweg- lichkeit der n- und p-Ladungstrager von über 10 2 cm2.V-1.s 1.
Vorzugsweise liegt der spezifische elektrische Widerstand etwa zwischen 5.10 und 5.10 12.cm. Bei einem derartigen Material erreicht die n- und p-Ladungsträgerbeweglichkeit Werte über 10 3 cm2.V~1.s~1. Im übrigen weist das erfindungsgemäße Halblei¬ termaterial einen optischen Bandabstand zwischen 1,4 und 2,4 eV auf.
Bei a-C:H-Schichten mit einem optischen Bandabstand <£ 1,4 eV und einem spezifischen elektrischen Widerstand * 10 fl.cm ist die Beweglichkeit der Ladungsträger aufgrund einer niedrigen Hall-Konstante deutlich geringer, so daß derartige Materia¬ lien - im Sinne der vorliegenden Erfindung - nicht als Halb- leitergrundmaterialien in Frage kommen. Andererseits wirkt bei a-C:H-Schichten mit einem spezifischen elektrischen Widerstand ■> 10 il.cm der Widerstand einer Erhöhung der Hall-Beweglich¬ keit der Ladungsträger entgegen. Derartige a-C:H-Schichten sind bezüglich des elektrischen Widerstandes vergleichbar mit a-Si:H-Schichten, bei denen die Ladungsträgerbeweglichkeit unterhalb 1 cm 2.V-1.s-1 liegt.
Die Erfindung betrifft ferner amorphen, wasserstoffhaltigen
Kohlenstoff, d.h. a-C:H, welcher eine Hall-Beweglichkeit der n- und p-Ladungsträger ≥ 1 cm 2.V 1.s 1 aufweist. Ein derartiges
Halbleitergrundmaterial kann durch Hochfrequenz-Plas aabschei- dung gasförmiger Kohlenwasserstoffe bei einer mittleren Ver¬ weilzeit der Kohlenwasserstoffe im Plasma von mindestens 15 ms erhalten werden; die Verweilzeit ist dabei definiert als Quotient aus dem Produkt von Plasmavolumen und Gasdruck und dem Massedurchfluß.
Das Halbleitergrundmaterial nach der Erfindung, d.h. der amor¬ phe, wasserstoffhaltige Kohlenstoff, wird durch Hochfrequenz- Plasmaabscheidung gasförmiger Kohlenwasserstoffe hergestellt. Dabei ist erfindungswesentlich, daß die mittlere Verweilzeit der Kohlenwasserstoffe im Plasma mindestens 15 ms beträgt. Die
Verweilzeit dabei ist p m = Massedu
Figure imgf000006_0001
Halbleitende a-C:H-Schichten mit einer Ladungsträgerbeweglich- keit ≥ 1 cm 2.V-1.s—1 (im undotierten Zustand) sind, wie vor¬ stehend bereits ausgeführt, bislang nicht bekannt. Entsprechend ist bislang auch kein Verfahren zur Herstellung derartiger
Schichten bekannt, und es fehlen somit auch Hinweise auf rele¬ vante Prozeßparameter. Insbesondere findet sich im Stand der Technik kein Hinweis darauf, daß zur Erzielung einer bestimm¬ ten Hall-Beweglichkeit der Ladungsträger in a-C:H-Schichten das zur Plasmaabscheidung dienende Reaktionsgas, d.h. die Kohlen- Wasserstoffe, im Plasma eine ganz bestimmte Verweilzeit auf¬ weisen muß, d.h. eine Verweilzeit von mindestens 15 ms. Bei einer Verweilzeit . 15 ms werden nämlich Ladungsträgerbeweg- lichkeiten •>- 1 cm 2.V 1.s~1 erreicht. Vorzugsweise beträgt die Verweilzeit der Kohlenwasserstoff-Moleküle in der Plasmazone zwischen 50 und 500 ms.
Eine Verweilzeit in der vorstehend genannten Größenordnung läßt sich - bei einem gegebenen Querschnitt des zur Plasmaabschei- düng dienenden Reaktionsgefäßes - nur bei einem bestimmten Ver¬ hältnis zwischen Gasdruck, d.h. Partiaidruck des Reaktionsga¬ ses, und Massedurchfluß erreichen. Beim erfindungsgemäßen Ver¬ fahren beträgt der Gasdruck deshalb vorteilhaft 5 bis 400 Pa, vorzugsweise 20 bis 200 Pa, und der Massedurchfluß vorteilhaft 0,05 bis 2.10 5 Pa.cm3.s-1. Ferner ist beim erfindungsgemäßen
Verfahren wesentlich, daß das Substrat, auf dem a-C:H abge¬ schieden wird, nicht beheizt wird.
Zur Herstellung der halbleitenden a-C:H-Schichten nach der Erfindung mit einem - aufgrund hoher Ladungsträgerbeweglich¬ keiten - hohen Halbleitereigenschaftspotential dient ein Plas¬ maabscheideverfahren mit HF-Anregung (HF = Hochfrequenz). Vor¬ zugsweise erfolgt die Plasmaabscheidung dabei mittels Radio¬ frequenz (RF), d.h. im Bereich zwischen 0,1 und 100 MHz, bei- spielsweise bei 13,46 MHz. Die Plasmaabscheidung kann aber auch mittels Mikrowellen (MW) erfolgen, d.h. im Bereich zwischen 0,1 und 1000 GHz, beispielsweise bei 2,45 GHz.
Als gasförmige Kohlenwasserstoffe dienen beim erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise Alkane, d.h. gesättigte aliphatische
Kohlenwasserstoffe, wie Methan, Etnan und Propan. Daneben kön¬ nen aber auch Alkene, d.h. ungesättigte aliphatische Kohlen¬ wasserstoffe, wie Ethen und Propen, eingesetzt werden, sowie Acetylen, Cycloalkane, d.h. gesättigte cyclische Kohleπwasser- stoffe, wie Cyclohexan, und - im dampfförmigen Zustand - aroma- " tische Kohlenwasserstoffe in Form von Benzol und Benzolderiva¬ ten. Die Kohlenwasserstoffe der vorstehend genannten Art können einzeln oder im Gemisch zum Einsatz gelangen. Den Kohlenwasser¬ stoffen können ferner Wasserstoff und/oder Edelgase, wie Helium und Argon, zugegeben werden.
In HF-Entladungen, insbesondere mit RF-Anregung, bildet sich bei unterschiedlich großen Innenelektroden der Eπtladungsein- richtung (Flächenverhältnis -s- 0,5, vorzugsweise zwischen 0,25 und 0,05) - aufgrund von Raumladungen - eine im Takt der Hoch¬ frequenz pulsierende Gleichstrom-Spannungskomponente (Vorspan¬ nung bzw. "seif bias potential") bis zu etwa 1 kV aus. Diese DC-Spannungskomponente überlagert sich der HF-Wechselspannung und macht die kleinere Elektrode zur Kathode. Dadurch werden die geladenen C H -Teilchen, die durch Ionisierung und Fragmen¬ tierung des Reaktionsgases entstehen, zur Kathode hin beschleu¬ nigt und auf dem vor der Kathode angeordneten Substrat mit hoher kinetischer Energie - unter Bildung von a-C:H - abge¬ schieden. Ein "seif bias"-Effekt der vorstehend genannten Art ist, wenngleich - wegen des Fehlens von Innenelektroden - in sehr viel geringerem Ausmaß, auch bei MW-induzierten Abscheide¬ plasmen wirksam, weil zwischen Plasma und Substratfläche in je¬ dem Fall eine Potentialdifferenz besteht.
In Plasmen zur a-C:H-Abscheidung bestimmt die Vorspannung im starken Maße die passiven physikalisch-chemischen Eigenschaften der gebildeten Schichten, wie Härte, Kratzfestigkeit und Brech¬ zahl, jedoch weniger die Beweglichkeit der n- und p-Ladungsträ- ger. Eine für viele Anwendungen anzustrebende Hall-Beweglich- keit der Ladungsträger über 1 cm .V .s in undotiertem a-C:H wird vielmehr dann erreicht, wenn - entsprechend der Erfindung - das Verhältnis von Hall-Konstante zu spezifischem elektrischen Widerstand groß ist.
Die vorstehend genannte Bedingung kann durch eine bestimmte chemische Struktur der a-C:H-Schichten gezielt erfüllt werden, insbesondere durch ein bestimmtes Verhältnis von sp 2- zu sp3-
Biπdungsanteilen der C-Atome unter Absättigung freier C-Valen- zen ("dangling bonds") durch H-At'ome. Die chemische Struktur der a-C:H-Schichten wiederum hängt von der relativen Konzentra¬ tion der Spezies H, C2 und CH im Plasma ab, die durch die Plas¬ mabedingungen, insbesondere eingespeiste elektrische Leistung, Frequenz der HF-Anregung, Elektrodenform und -große, Partial- druck des Reaktionsgases, Massedurchfluß und Beimengung von Inertgasen, beeinflußt und gesteuert werden kann. Zur Erzielung einer ausreichenden Konzentration an den Spezies H, C und CH im Plasma wird diesem beim erfindungsgemäßen Verfahren deshalb vorzugsweise eine elektrische Leistung zwischen 0,2 und
10 W.cm" zugeführt,
Anhand von Beispielen wird die Erfindung noch näher erläutert.
In eine Apparatur zur Plasmaabscheidung mittels Hochfrequenz¬ entladung, d.h. in deren zylindrische Vakuumkammer aus Glas, wird Methan (CH,) als Reaktionsgas eingeleitet. Das Reaktioπs- gas gelangt über einen engen Ringspalt in das sich zwischen zwei unterschiedlich großen plaπaren Elektroden ausbildende Plasmavolumen von ca. 45 cm (Flächenverhältnis der Elektroden: 1:4). Die beiden Elektroden, d.h. die Masseelektrode (Anode) und die HF-Elektrode (Kathode), sind mit einem RF-Generator (13,56 MHz) verbunden. Bei einer HF-Leistungsdichte von ca. 8 W.cm- im Plasmavolumen entsteht zwischen den beiden Elek¬ troden eine Vorspannung von ca. 1 kV. Die kleinere der beiden Elektroden wird dabei Kathode, an der die a-C:H-Abscheidung erfolgt.
Unter den vorstehend genannten Bedingungen und bei unbeheiztem
Substrat erhält man - bei einem Partialdruck des Reaktionsgases
5 3 -1 von 100 Pa und einem Massedurchfluß von 0,88.10^ Pa.cm .s - bei einer Verweilzeit von 51 ms halbleitende a-C:H-Schichten -6- mit einer Hall-Beweglichkeit der n-Ladungsträger über
Figure imgf000010_0001
In die zylindrische, aus Glas bestehende Vakuumkammer einer Apparatur zur Plasmaabscheidung wird - über eine zentrale Zu¬ führung - Methan als Reaktionsgas eingeleitet. Die Kathode ist planar, während die Anode topfförmig ausgebildet ist; das Flä¬ chenverhältnis der Elektroden beträgt 1:6. Die a-C:H-Abschei- dung erfolgt mittels Radiofrequenz (13,56 MHz) bei folgenden Bedingungen: Partialdruck des Reaktionsgases: 20 Pa; Plasmavo¬ lumen: 400 cm ; Massedurchfluß: 0,32.10 Pa.cm ,s~ . Bei einer Verweilzeit von 250 ms und einer Leistungsdichte im Plasma von 0,8 W.cm" werden dabei - bei unbeheiztem Substrat - halblei¬ tende a-C:H-Schichten mit einer Hall-Beweglichkeit der n-La- dungsträger von ca. 10 3 cm2.V-1.s-1 erhalten.
In Figur 1 ist die Hall-Beweglichkeit μH der n- und p-Ladungs- träger der a-C:H-Schichten nach der Erfindung als Funktion des spezifischen elektrischen Widerstandes dargestellt. Daneben sind auch die Werte für kristallines Si und GaAs sowie für a-Si:H wiedergegeben.

Claims

Patentansprüche
1. Halbleitergrundmaterial mit hohem Halbleitereigenschafts¬ potential, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß es aus Dünnschichten aus amorphem, wasserstoffhaltigem Kohlenstoff (a-C:H) mit einem spezifischen elektrischen Wider- stand zwischen 10 und 10 fl.cm und einer Ladungsträgerkonzen¬ tration (n + p) zwischen 10 und 10 cm" , jeweils bei Raum¬ temperatur, besteht.
2. Halbleitergrundmaterial nach Anspruch 1, g e k e n n ¬ z e i c h n e t durch einen spezifischen elektrischen Wider- stand etwa zwischen 10 2 und 5.107 il.cm.
3. Halbleitergrundmaterial nach Anspruch 2, g e k e n n ¬ z e i c h n e t durch einen spezifischen elektrischen Wider¬ stand etwa zwischen 5.10 und 5.10 il.cm.
4. Amorpher, wasserstoffhaltiger Kohlenstoff (a-C:H) mit einer Hall-Beweglichkeit der n- und p-Ladungstrager > 1 cm 2.V-1.s-1, erhältlich durch Hochfrequenz-Plasmaabscheidung gasförmiger Kohlenwasserstoffe bei einer mittleren Verweilzeit der Kohlen¬ wasserstoffe im Plasma von mindestens 15 ms, wobei die Verweil¬ zeit definiert ist als Quotient aus dem Produkt von Plasmavolu- men und Gasdruck und dem Massedurchfluß.
5. Verfahren zur Herstellung von amorphem, wasserstoffhaltigem Kohlenstoff durch Hochfrequenz-Plasmaabscheidung gasförmiger Kohlenwasserstoffe, d a d u r c h g e k e n n z e i c h - n e t , daß die mittlere Verweilzeit der Kohlenwasserstoffe im Plasma mindestens 15 ms beträgt, wobei die Verweilzeit defi¬ niert ist als Quotient aus dem Produkt von Plasmavolumen und Gasdruck und dem Massedurchfluß.
6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß die mittlere Verweilzeit zwischen 50 und 500 ms beträgt.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß der Gasdruck 5 bis 400 Pa, vor¬ zugsweise 20 bis 200 Pa, beträgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, d a d u r c h
5 g e k e n n z e i c h n e t , daß der Massedurchfluß 0,05.10 bis 2.10 5 Pa.cm3.s-1 beträgt.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Lei- stungsdichte im Plasma zwischen 0,2 und 10 W.cm" beträgt.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Plasma¬ abscheidung mittels Radiofrequenz erfolgt.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Kohlen¬ wasserstoffe Alkane eingesetzt werden.
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