Широкозонні напівпровідникові шари ZnO:Al, ITO та CdS в плівкових фотоелектрично активних гетеросистемах - Автореферат

СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ШИРОКОЗОННІ НАПІВПРОВІДНИКОВІ ШАРИРобота виконана у Національному технічному університеті “Харківський політехнічний інститут” Міністерства освіти і науки України, м. Науковий керівник - Заслужений діяч науки та техніки України, доктор фізико-математичних наук, професор, Бойко Борис Тимофійович, Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, завідуючий кафедрою фізичного матеріалознавства для електроніки та геліоенергетики. Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, Бєлов Олександр Григорович, Харківський фізико-технічний інститут низьких температур ім. кандидат фізико-математичних наук, доцент, Лопаткін Юрій Михайлович, Сумський державний університет, доцент кафедри загальної та експериментальної фізики. Захист відбудеться “17” квітня 2003 року о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 55.051.02 при Сумському державному університеті за адресою 40007, м.За широкозонний напівпровідниковий шар ФЕП із базовими шарами CUINSE2 і CUGASE2 найчастіше використовуються одержані магнетронним розпиленням плівки ZNO:Al, а для ФЕП на основі CDTE - In2O3:Sn (ITO). Для конструкції “substrate” ФЕП (в яких базовий шар наноситься на непрозору підкладку) формування широкозонного напівпровідникового шару є однією з останніх технологічних операцій, а для “superstrate” ФЕП (в яких базовий шар наноситься на прозору підкладку, скрізь яку здійснюється освітлення базового шару) - однією з перших. Визначити фізичні механізми впливу технологічних режимів формування шарів ZNO:Al з оптимальними оптичними та електричними властивостями на ефективність фотоелектричних процесів у “substrate” плівкових гетеросистемах на основі CUINSE2. Провести матеріалознавчу оптимізацію умов одержання широкозонних напівпровідникових шарів для плівкових фотоелектрично активних “substrate” гетеросистем на основі CUINSE2 і “superstrate” гетеросистем на основі CUGASE2 і CDTE. Експериментально апробований новий фізичний підхід до оптимізації технології одержання широкозонних напівпровідникових шарів плівкових фотоелектрично активних гетеросистем: умови формування, поряд із забезпеченням високих оптоелектричних параметрів широкозонних шарів у складі багатошарової системи, не повинні негативно впливати на ефективність фотоелектричних процесів у базових шарах.Зібрана і систематизована інформація про сучасні конструктивно-технологічні рішення плівкових високоефективних “substrate” і “superstrate” ФЕП на основі полікристалічних базових шарів CUINSE2, CUGASE2 і CDTE, у конструкціях яких за широкозонні напівпровідникові шари використовуються плівки ZNO:Al та ITO. Концентрація (n) і рухливість (m) основних носіїв заряду в плівках ZNO:Al та ITO визначалися методом е.р.с. У третьому розділі “Розроблення плівкового широкозонного шару ZNO:Al для “substrate” плівкових ФЕП на основі базових шарів CUINSE2“ наведені результати дослідження фазового складу, кристалічної структури, оптичних і електричних властивостей плівок ZNO:Al, отриманих без спеціального нагрівання скляних підкладок у різних фізико-технологічних режимах високочастотного нереактивного магнетронного розпилення мішені, що містить 98 ваг.% ZNO та 2 ваг.% Al2O3. Така кількість легуючої фази Al2O3 у складі мішені може забезпечити концентрацію основних носіїв заряду в плівках ZNO:Al на рівні 1,7*1021 см-3, якщо весь алюміній перебуває у плівках в електрично активному стані, тобто заміщуючи атоми цинку. Шляхом порівняння концентрації основних носіїв заряду плівок ZNO:Al та ZNO доведено, що спостережена експериментально суттєва зміна концентрації основних носіїв заряду в легованих шарах оксиду цинку при зміні умов магнетронного розпилення не контролюється генерацією електрично активних власних дефектів n-типу (наприклад, вакансій кисню), а зумовлена перерозподілом домішки між електрично активним та електрично неактивним станом.Експериментально апробований новий фізичний підхід до оптимізації технології одержання широкозонних напівпровідникових шарів плівкових фотоелектрично активних гетеросистем, який базується на вивченні фізичних механізмів впливу технологічних рішень широкозонних шарів на ефективність фотоелектричних процесів у таких гетеросистемах. Вперше визначений фізичний механізм впливу температури осадження при нереактивному високочастотному магнетронному розпиленні плівок ZNO:Al з оптимальними оптичними й електричними характеристиками на ефективність фотоелектричних процесів у плівкових “substrate” гетеросистемах на основі CUINSE2. Експериментально доведено, що осадження таких шарів без нагрівання сформованої раніше гетеросистеми приводить до істотного зростання величини напруги холостого ходу за рахунок оптимізації процесу поділу нерівноважних носіїв заряду: зниження густини діодного струму насичення, збільшення коефіцієнта ідеальності і зростання електроопору, що шунтує.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ