ФОТОЭЛЕМЕНТЫ НА ОСНОВЕ Si C МИКРОБАРЬЕРАМИ ШОТТКИ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

PPSUTLSC-2024

PRACTICAL PROBLEMS AND SOLUTIONS TO THE USE OF THEORETICAL LAWS IN THE SCIENCES Of THE 21ST CENTURY

TASHKENT,0-8 MAY 2004 WW W. j tl"8 C8d 6fTIy . U Z

ФОТОЭЛЕМЕНТЫ НА ОСНОВЕ Si C МИКРОБАРЬЕРАМИ ШОТТКИ

Н.Ф. Зикриллаев1 Р.П.Баб аходжаев1 Э.Б. Саитов2 О.Жураев12

Ташкентский государственный технический университет Ташкентский университет прикладных наук elyor. [email protected] https://doi.org/10.5281/zenodo.13444446 Как показано в работах [1, 2] в условиях низкотемпературного и многоэтапного легирования кремния, атомы никеля в решетке создают кластеры. Управляя условиями легирования можно варьировать размеры таких кластеров в широком интервале 0,1+5 мкм. Особенностью таких кластеров атомов Ni заключается в том, что они распределены по всему объему кристалла (рис.1), их плотность в зависимости от условия легирования составляет Н5=106+107см-2 и соответственно концентрация ^=1010+1012см-3. На основе результатов исследования микрозондового анализа на установке Joel super probe YXA-8800R/RL, определен состав таких кластеров, которые в основном состоит из атомов никеля (50+60%), кремния (25+30%) и кислорода (-10+15%) и такой кластер имеет металлическую проводимость. Поэтому можно предполагать, что каждый кластер создает микродиоды Шоттки. Особенности таких

Температура, °С 1250 1150 1100 1050 1000 900 800 700 650 600 500

Растворимость , см-3 41017 2-1017 6-1016 2,6-1016 1,4-1016 1,4-1015 8 -1014 2-1013 3,7 -1012 7-1011 1,3- 109

Коэффициент диффузии, см- 2/сек 5,7-10-5 4-10-5 2,8-10-5 2,5-10-5 2,2-10-5 2-10-5 10-5 8 -10-6 6 -10-6 4- 10-6 2- 10-6

Коэффициент перенасыщенн ости 0 2 7 15 29 290 500 2 -104 105 6 -105 2,6- 108

Необходимое время формирования кластеров, сек - 5-10-4 7-10-2 1,6-10-2 7,8-10-1 7,5 30 2,5-103 4 - 104 4-105 5108

Концентрация кластеров - 2-1017 6-1016 2,6-1016 1,4-1016 1,4 -1015 8 -1014 2-1013 3,7 -1012 7-1011 1,3- 109

Размер - Молекула Ni2 0,5 нм ~1нм 1,5+2 нм 10 нм 15+20 нм >150 нм ~1мкм -3+5 мкм > 10 мкм

Шоттки диодов являются в первых, они существуют по всему объему, т.е. можно получить «захороненных» диодов Шоттки с достаточно высокой концентрацией, во вторых, они являются практически идеальной без поверхностных состояний.

0,5 ■ 0,4 ■ 0,3 ■ 0,2 ■ 0,1 ■ 0 - I, мА / 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 , мА /

50 -0,1 F -0,4 ■ -0,5 ■ -0,6

-60 -40 -20 -0,05 20 40 60

а)

Рис. 2. Вольтамперная характеристика снятая с различных точках поверхности образца кремния со

Таблица-1.

В таб. 1 приведены теоретические расчеты, показывающие различные характеристики кластеров в кремнии легированного никелем, их размер, концентрацию, а также число атомов в кластерах.

Как видно из таблицы управляя технологическими условиями, можно получать кластеры с размерами от 0,5 нм до 100 мкм с концентрацией от 1012 до 1016 см-3, при этом число атомов в таких кластерах может меняться от

несколько десятков атомов до миллиона, т.е. можно формировать кластеры с необходимыми параметрами.

PPSUTLSC-2024

■"'Oil PRACTICAL PROBLEMS AND SOLUTIONS TO THE USE OF THEORETICAL LAWS IN THE SCIENCES Of THE 21ST CENTURY

TASHKENT. 6-e MAY 2024

ISO

ISO

140

120

mlOO i

э 80 60 40

20 0

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Длина образца, нем

Рис. 3. Фото-ЭДС структур кластер атомов Ni-кремний

Для исследования ВАХ микродиодов Шоттки были изготовлены тонкие вольфрамовые зонды с диаметром

Исследование фотоэлектрических свойств микро диодов Шоттки показало, что такие структуры обладают достаточно высоким фото напряжением при комнатной температуре и в зависимости от параметров кластера (размер, глубина нахождения и т.д.) оно составляет Vхх ~ 100^200 мВ (ток короткого замыкания 1=2-10-6 А) (рис. 3). Эти данные показывают, что в образцах Si с плотностью таких микроструктур N ~ 105^106 см-2 соединяя последовательно или параллельно можно создать интегральные фотоэлементы. Если соединить последовательно электрическое напряжение может составить ихх=1,6-104 В, а при параллельном соединении электрический ток может достичь значения 1кз=0,2А.

Объемное распределение микроструктур препятствуют созданию интегральных

фотоэлементов, так как они шунтируются между собой в объеме кремния. Поэтому, целесообразно создание таких микроструктур на поверхности кремния. При этом надо воспользоваться приемами используемые при создании интегральных элементов.

Каждый элемент должен создаваться в изолированных кармашках. Если плотность тока для солнечных элементов составляет 20 А/см2, то необходимая площадь для получения значения тока короткого замыкания 1=2-10-6 А с одного микроэлемента составляет 10 мкм. Это значение

www.in-academy.uz

позволяющая исследовать ВАХ каждой точки по поверхности образца с шагом около 5^6 мкм. Результаты исследования ВАХ показали, что некоторые точки имели линейный характер, что и свидетельствует об отсутствии Шоттки диодов, а некоторые точки ВАХ имеют нелинейный характер (рис. 2). Как видно, ток при прямом смещении увеличивается по экспоненциальному закону, а при обратном смещении ток имеет значение, меньше микроампера и практически в исследуемой области электрического поля существенно не изменяется. Аналогичная ВАХ получена для других точек. Полученные результаты дают возможность предполагать, о наличии микро барьеров Шоттки с практически идеальным ВАХ.

совпадает с полученными результатами. Если диаметр кремниевой пластинки составляет 10 см, то площадь данной пластинки составляет 8=715,7-109 мкм2. При использовании 50% данной площади мы можем создать 7,85-108 микросолнечных элементов. Если будем считать что каждый микросолнечный элемент вырабатывает фотонапряжение Vхх = 100мВ, то при последовательном соединении напряжение должно составлять 7,85-107 В.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

1. М.К. Бахадырханов, К.С. Аюпов, Э.У. Арзукулов, С.Н. Сражев, Т.У. Тошбоев // Термические свойство кремния с кластерами атомов никеля // Физика-Томск, 2008.- № 3 (11).- С.170-172.

2. М. К. Бахадырханов, Х. М. Илиев, К. С. Аюпов, Б. А. Абдурахмонов, П. Ю. Кривенко, Р. Л. Холмухамедов Самоорганизация примесных атомов никеля в кремнии // Неорганические материалы, 2011, том 47, № 9, с. 10621064.

острия зонда d»1 мкм и установка

№ КПД, (%)

Фотоэлемент Si <P> Si на основе фотоэлемент <P;Ge>

Фотоэлемент без микрогетеро перехода SiGe Плотность кластера 3х105 см-2 в микрогетеро перехода SiGe.

1. 16,1 16,9 18,6

2. 16,3 16,7 18,8

3. 15,9 16,8 18,7

4. 16,2 16,5 18,5

5. 16,2 16,9 18,9

6. 16,1 16,8 18,5