Тонкі плівки нанокристалічного кремнію, леговані європієм та ітрієм, для оптоелектроніки - Автореферат

Національний технічний університет україни Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наукНауковий керівник: фотоприймач оптичний лазерний доктор технічних наук, професор Шмирєва Олександра Миколаївна Національний технічний університет України "КПІ", професор кафедри мікроелектроніки кандидат технічних наук, професор Борисов Олександр Васильович, Національний технічний університет України "КПІ", заст. завідувача кафедри мікроелектроніки Захист відбудеться «7» грудня 2010 р. о 15 00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.002.08 при Національному технічному університеті України "Київський політехнічний інститут" за адресою: 03056, м. З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут" за адресою: 03056, м.Проте кремнієві плівкові структури на відміну від їх обємних аналогів характеризуються нижчими величинами ефективності перетворення сонячної енергії та стабільності параметрів, що спонукає дослідників до пошуку нових шляхів покращення цих характеристик. Зокрема, нанокристалічний кремній являється перспективним матеріалом для побудови фотоелектричних перетворювачів третього покоління, метою якого є зниження вартості електроенергії, отриманої тонкоплівковими структурами (друге покоління ФЕП), за рахунок підвищення їх ефективності перетворення сонячної енергії. Однак на сьогодні бракує теоретичного підгрунття та експериментальних досліджень, які б дали змогу встановити чіткий звязок структурних властивостей нанокристалічного кремнію з характеристиками фотоприймачів на його основі, що значно обмежує масове використання даного матеріалу. Не дивлячись на те, що використання нанокристалічного матеріалу, легованого рідкоземельними елементами, може бути досить перспективним для побудови високоефективних і стабільних тонкоплівкових фотоприймачів та фотоелектричних перетворювачів, на сьогодні практично відсутні подібні дослідження. Для досягнення поставленої мети були використані наступні методи дослідження: 1) растрова електронна мікроскопія (РЕМ), атомно-силова мікроскопія (АСМ), просвічуюча електронна мікроскопія (ПЕМ) та рентгеноструктурний аналіз, що дають змогу встановити наявність нанокристалітів у плівках, їх розмір та кількість; 2) Оже-електронна спектроскопія, вторинно-іонна мас-спектроскопія (ВІМС) та рентгенівська фотоелектронна спектроскопія (РФЕС), за допомогою яких визначається вміст та розподіл по глибині плівки домішків рідкоземельних металів, а також їх зарядовий стан; 3) температурні дослідження опору плівок з метою визначення глибини залягання домішкових рівнів; 4) метод темнових вольтамперних характеристик (ВАХ) плівок та гетеропереходів на їх основі для визначення їх електричних параметрів; 5) метод вольт-фарадних характеристик (ВФХ) з метою визначення густини станів на межі поділу плівка - підкладка; 6) вимірювання спектрів оптичного поглинання та пропускання, що дозволяє визначити ширину забороненої зони та коефіцієнт заломлення матеріалу; 7) метод люкс-амперних характеристик (ЛАХ) плівок та гетероструктур на їх основі, за допомогою яких розраховуються інтегральні коефіцієнти фоточутливості плівки та структури; 8) метод вольтамперних характеристик плівок при дії УФ-випромінювання з метою визначення монохроматичного коефіцієнта чутливості матеріалу; 9) метод навантажувальної вольтамперної характеристики фотодіоду на основі гетеропереходів nc-Si/c-Si та nc-Si:РЗМ/с-Si для розрахунку основних параметрів фотоелектричного перетворювача.Межа поділу кристаліт - матриця моделювалась n-n-ізотипним гетеропереходом, звідки визначалась висота барєру для носіїв заряду, яка становила 0,15…0,3 ЕВ для електронів та 0,43…0,56 ЕВ для дірок в залежності від рівня легування аморфної матриці. Тому для кращого узгодження розрахованих даних з експериментальними було запропоновано врахувати на межі поділу кристаліт - матриця наявність тунельно-тонкого діелектрику SIO2 для плівок nc-Si та RE2O3 для плівок nc-Si:РЗМ. В результаті було розраховано ширину забороненої зони кремнієвого кристаліту у аморфній матриці за будь-якого його розміру. Звідси було зроблено висновок, що нанокристалічний кремній представляє собою варизонний матеріал, прикладне значення якого полягає в більш ефективному поглинанню оптичного випромінювання: аморфна матриця поглинає видиме червоне випромінювання, а кристаліти - видиме випромінювання від блакитного до червоного при розмірі кристалітів в декілька нм або ближнє ІЧ-випромінювання при розмірі кристалітів 20…30 нм. В роботі були розглянуті можливі механізми подолання барєру на межі поділу нанокристаліт - аморфна матриця: тунелювання носіїв заряду із кристаліту в аморфну матрицю (за низької степені кристалічності) або до сусіднього кристаліту (за високої степені кристалічності) і проходження частинки понад барєром до аморфної матриці (за низької степені кристалічності) або до сусіднього кристаліту (за високої степені кристалічності).

Основний зміст роботи