LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Електроніка. Обчислювальна техніка → Фізичні властивості кремнієвих фотоперетворювачів з вбудованими дельта- та псі- шарами

включено назустріч один одному.

У випадку планарного протікання струму спектри фоточутливості демонстрували подібність до спектрів об’ємного кремнієвого фотоопору (довгохвильова границя складала 1.12 еВ, короткохвильова 1.9еВ). Оскільки ширина забороненої зони шарів ПК була близька до 2.0 еВ, що відповідало максимуму спектра фотолюмінісценції 630 нм, основна фотогенерація відбувалася в кремнієвій підкладинці. Внесок шару ПК зводився до зменшення фоточутливості в короткохвильовій області.

У випадку наскрізного підключення структури фотострум реєструвався при подачі на кремнієву підкладинку додатнього потенціалу і був відсутній при прямому зміщенні. Окрім компоненти, яка зумовлена бар’єром між ПК та Si, спостерігалася компонента внаслідок фотогенерації в шарі ПК. При збільшенні величини оберненого зміщення в області довжин хвиль 600-750 нм на спектрі з’являється “крило”, пов’язане з поглинанням світла і виникненням фотопровідності в об’ємі ПК. Нерівномірність наростання фотоструму в області “крила" при збільшенні прикладеної напруги пояснюється зменшенням потенціальних бар’єрів між кремнієвими нанокристалітами. Серед основних механізмів струмопереносу в шарах ПК розглядаються: емісія Пула-Френкеля, стрибковий механізм по закону Мотта через локалізовані стани в ПК та генерація з тунелюванням крізь хвости станів у зоні провідності. При падінні напруги V>1 В на шарі ПК товщиною d<1 мкм напруженість електричного поля становить Е>104В/см і стає можливим ефект Франца –Келдиша.

Адсорбція молекул води та ацетону призводила до немонотонної зміни фоточутливості в усьому спектральному інтервалі, що пояснюється зміною рекомбінаційних характеристик межі поділу ПК-кремній, можливою інжекцією електронів у нанокристаліти кремнію, зміною ефективного діелектричного середовища ПК та висоти потенціальних бар’єрів в контакті.

Для дослідження впливу магнітного поля на рекомбінаційні властивості ПК використовувалися підкладинки p-типу (4 Ом·см, товщина 350 мкм), на які наносилися трьохкомпонентні омічні контакти Ti/ Pd/ Ag у формі смужок шириною 2 мм, відстань між якими складала 2 мм. Між контактними смужками електрохімічним травленням створювався шар ПК товщиною 0.2 мкм.

У магнітних полях В+ ( носії відхиляються до поверхні ПК) та В-(носії відхиляються полем у глибину зразка) спостерігалося асиметричне зменшення фоточутливості IB у спектральній області l=550-950 нм відносно фоточутливості IB=0 у випадку, коли магнітне поле відсутнє (рис. 7 та рис. 8). В області l = 950-1100 нм цей ефект не спостерігався, а деяке зменшення фоточутливості зумовлено впливом магнітоопору.

У запропонованому поясненні прийнято до уваги, що електричне поле області просторового заряду гетеропереходу і магнітне поле В+ відхиляють електрони до поверхні ПК, а для дірок дія електричного поля має протилежний напрямок. Отже при зростанні величини В+ на межі поділу ПК-кремній зростає концентрація ns і зменшується концентрація дірок ps. Як наслідок починає виконуватися умова максимуму рекомбінації s у моделі Стівенсона-Кейса

psуp = nsуn,

де уp, уn .- перерізи захоплення дірок та електронів відповідно.

Величина фотопровідності структури в області середніх і великих значень коефіцієнта поглинання б в кремнії зменшується із зростанням s за формулою

, (5)

де b - квантовий вихід фотоіонізації, t - час життя нерівноважних носіїв, I - інтенсивність освітлення, d - товщина зразка, l -дифузійна довжина електронів, hn - енергія фотона.

Про роль рекомбінаційних процесів на межі поділу ПК-кремній свідчить також зміна форми спектрів фоточутливості в магнітному полі В+ у вологій атмосфері. Оскільки в такому випадку може відбуватися пасивація рекомбінаційних центрів, фоточутливість зростає для короткохвильової частини спектра. Останнє зумовлює зменшення впливу магнітного поля на темп рекомбінації на межі поділу (внаслідок зміни величин ns та ps) і зсув спектра в короткохвильову область.

Магнітне поле з орієнтацією В- діє на фотогенеровані електрони таким чином, що вони відхиляються в глибину зразка, а тому концентрація ns поблизу межі поділу ПК-кремній буде менша ніж у попередньому випадку і ефект “керування” величиною s для спектральної області l=550-950 нм не спостерігається.

Структури такого типу можна використати як функціональні елементи мікроелектроніки: магніто-фотодіод з нелінійними тесла-амперними характеристиками (рис. 9).


ВИСНОВКИ

1. Аналітично розв’язані дифузійно-дрейфові рівняння в одновимірному випадку з відповідними крайовими умовами і отримані ВАХ кремнієвих фотоперетворювачів p-n типу з вбудованими в область просторового заряду д-шарами. Проаналізовані ВАХ для надбар’єрного, тунельного та через поверхневі рівні струмопереносу. Показано можливість збільшення напруги холостого ходу та густини струму короткого замикання внаслідок зменшення темнових струмів та додатковій фотогенерації в області енергій квантів 0.5 еВ

2. Обгрунтовано методику аналізу впливу стану поверхні на рекомбінаційні характеристики гетерограниці ПК-кремній з аналізу спектральних залежностей jк.з. в умовах тильного освітлення p-n переходу, який має тонкий шар ПК на тильній поверхні. Показано, що адсорбція вологи змінює величину швидкості рекомбінації на межі поділу ПК (наноструктурований кремній)-кремній. Отримані значення цього параметра на повітрі s~106 см/c та вологій атмосфері s~105 см/c.

3. Отримано фотовольтаїчний ефект в структурах Ti-надтонкий шар ПК (<10 нм)-р-Si. Характер залежностей напруги холостого ходу, струму короткого замикання, зовнішньої квантової ефективності від товщини шару ПК свідчить, що останній відіграє роль тунельно-прозорого діелектрика в МДН структурі.

4. Уперше експериментально показана можливість створення МДН сонячного елемента із інверсійним шаром, який виникає внаслідок вбудови іонів Сs+ у шар ПК. Запропонована технологія дозволяє уникнути фотолітографічного процесу при формуванні контактної гребінки на фронтальній поверхні елемента. Чисельним моделюванням показано, що такий елемент на підкладинці p-Si з с=0.1 Ом·см при концентрації Ncs >1012 см-2 в ПК може мати параметри jк.з= 36 мА/см2, Vх.х=0.69 В (для умов освітлення АМ 1.5, 0.1 Вт/см2).

5. Фоточутливість структур Au-ПК-n-Si у планарному та наскрізному режимах протікання струму демонструє різну поведінку в залежності від довжини хвилі освітлення, прикладання зовнішньої напруги та впливу газової атмосфери. Така поведінка обумовлена тим, що фотоелектричний