Fabricación de capas conductoras y dieléctricas por pulverización catódica para aplicaciones fotovoltaicas

Rodríguez Ruiz, Miguel Santiago (2019). Fabricación de capas conductoras y dieléctricas por pulverización catódica para aplicaciones fotovoltaicas. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Diseño Industrial (UPM), Madrid.

Description

Title: Fabricación de capas conductoras y dieléctricas por pulverización catódica para aplicaciones fotovoltaicas
Author/s:
  • Rodríguez Ruiz, Miguel Santiago
Contributor/s:
  • García-Linares Fontes, Pablo
  • Antolín Fernández, Elisa
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática
Date: 2019
Subjects:
Faculty: E.T.S.I. Diseño Industrial (UPM)
Department: Ingeniería Eléctrica, Electrónica Automática y Física Aplicada
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

(SPA)Este trabajo se centra en la fabricación de capas delgadas mediante el método de la pulverización catódica. Esta técnica se basa en un plasma generado con argón a baja presión en una cámara de vacío. Dicho plasma es dirigido mediante un campo magnético hacia un determinado blanco para arrancar átomos del material deseado y depositarlos en la muestra. Hay dos tipos de pulverización, la reactiva y la no reactiva. La diferencia se halla en que en la pulverización catódica reactiva se encuentran dos gases en la cámara de pulverización, el argón necesario para generar el plasma y un segundo gas, con el cual se combinan los átomos arrancados del blanco para formar un compuesto, mientras que en la pulverización catódica no reactiva solo está presente el argón. En este proyecto son estudiados cuatro diferentes materiales a depositar. Estos materiales son: óxido de silicio, nitruro de silicio, óxido de zinc y aluminio y óxido de indio y estaño. Los dos primeros materiales referenciados han sido pulverizados mediante una pulverización catódica reactiva, empleando un blanco de silicio e introduciendo en la cámara el gas reactivo correspondiente, oxígeno y nitrógeno respectivamente. De estos dos materiales se ha estudiado su velocidad de crecimiento, es decir, la velocidad con la que se deposita el material sobre la muestra, para diferentes condiciones de pulverizado, variando la proporción en presión de los gases empleados durante el proceso, la potencia de pulverización y la presión total de pulverización. Este hecho es importante puesto que posteriormente se necesitará depositar una cantidad precisa de material para fabricar diversos dispositivos. También se ha analizado cómo influyen todos estos factores a la transparencia del material, obteniendo las condiciones bajo las cuales se logra fabricar el material más transparente posible en el rango espectral de interés. El óxido de zinc y aluminio, al igual que el óxido de indio y estaño, han sido fabricados mediante una pulverización catódica no reactiva. Sobre estos materiales también se ha estudiado su tasa de depósito variando las condiciones de potencia y presión de pulverización. Su transmitancia también ha sido evaluada, puesto que estos materiales se emplearán en dispositivos de tres terminales, en los cuales es imprescindible que las diferentes capas permitan el paso de la luz solar. Estos dos materiales también han sido evaluados eléctricamente, calculando su conductividad mediante el Efecto Hall, puesto que son semiconductores. Sobre el óxido de zinc y aluminio, al igual que el óxido de indio y estaño se ha realizado un estudio del efecto del aleado sobre las propiedades ópticas y eléctricas del material. En el caso del óxido de zinc y aluminio se ha realizado un aleado a diversas muestras que han sido simultáneamente pulverizadas, y cada una de estas muestras ha sido aleada bajo diferentes condiciones de temperatura y tiempo. En el caso del óxido de indio y estaño se optó por realizar el mismo aleado a todas las muestras fabricadas, superponiendo sobre ellas varios aleados para determinar cómo varían tanto su resistividad como su transmitancia. Mediante el análisis de todos los datos obtenidos, se han obtenido las diferentes conclusiones que determinan las condiciones bajo las cuales se obtienen los materiales con las propiedades tanto ópticas como eléctricas deseadas. (ENG)This work briefly focuses on the manufacture of conductor and dielectric thin films by RF magnetron puttering. This technique is based on argon plasma generated at low pressure inside a vacuum chamber. A magnetic field directs the plasma toward a target of the desired material, from which atoms are removed and deposited on a sample. There are two types of sputtering, reactive and non-reactive. The difference is that in reactive sputtering there are two gases in the sputtering chamber, the argon gas, which is necessary to generate the plasma, and a second gas, with which the atoms removed from the target are combined to form a compound, whereas in the non-reactive sputtering only argon is present in the chamber. In this project four different materials to be deposited are studied. These materials are: silicon oxide, silicon nitride, aluminum zinc oxide and indium tin oxide. The first two mentioned materials have been sputtered by reactive sputtering, using a silicon target and introducing in the chamber the corresponding reactive gases, oxygen and nitrogen respectively. From these two materials have been studied the deposition rate, i.e., the speed at the material is deposited on the sample, for different sputtering conditions, varying the pressure ratio of the gases used during the process, the sputtering power, and the total sputtering pressure. This fact is important since later it will be necessary to deposit an accurate amount of material to manufacture different devices. It has also been analyzed how all these features influence the transparency of the material, obtaining the conditions under which it is possible to manufacture the most transparent material possible. Aluminium zinc oxide as well as indium tin oxide have been manufactured by non-reactive sputtering. The deposition rate has also been studied on these materials, varying the power and sputtering pressure conditions. Its transmittance has also been evaluated, since these materials will be used in three-terminal devices, in which it is essential that the different coatings allow the transmission of sunlight. These two materials have also been evaluated electrically, calculating their conductivity through the Hall Effect, since they are semiconductors. A study of the effect of the alloy on the optical and electrical properties of the material has been carried out on aluminium zinc oxide as well as indium tin oxide. In the case of aluminium zinc oxide, a thermal annealing process has been carried out to several samples that have been sputtered in the same process. Each of these samples has been annealed at different temperature and time. In the case of indium tin oxide, it was decided to make the same annealing to all the manufactured samples, superimposing on them several annealing to determine how their resistivity and their transmittance vary. By means of the analysis of all the data obtained, different conclusions have been obtained regarding the conditions under which the materials with the desired optical and electrical properties have to be fabricated.

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Item ID: 58745
DC Identifier: http://oa.upm.es/58745/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:58745
Deposited by: Bilioteca ETSIDI
Deposited on: 05 Mar 2020 09:31
Last Modified: 05 Mar 2020 09:35
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