PPSUTLSC-2024
PRACTICAL PROBLEMS AND SOLUTIONS TO THE USE OF THEORETICAL LAWS IN THE SCIENCES OF THE 2IST CENTURY
tashkent, e-e may 2004 www.in~academy.uz
МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ КЛАСТЕРОВ ПРИМЕСНЫХ АТОМОВ
НИКЕЛЯ И ФОСФОРА
Кулумбетов Адилбек Сайт-Муратович1, Кенжаев Зоир Тохир угли2, Исмаилов Байрам Канатбаевич3
1Чирчикский Государственный педагогический университет 2Ташкентский Государственный технический университет 3Каракалпакский Государственный университет https://doi.org/10.5281/zenodo.13378779 Аннотация: В этой работе показана результаты исследовании кремниевой пластины в которую внедрены примесные атомы никеля и фосфора методом диффузионного легирования. Исследование методом Ван дер Пау показал, что удельное сопротивление образцов р=0,14 ^от, концентрация дырок ^=9-1017/^-3, подвижность до=51 cm2/v•s. Топографические снимки электростатической силовой микроскопии показали, что на поверхности пластины наблюдается нанокластеры примесных атомов размером от 50 до 500 нм. Ключевые слова: Кремний, фотоэлемент, легирование никелем, электростатическая силовая микроскопия, диффузия, термоотжиг, кластер.
ВВЕДЕНИЕ
В связи с глобальным потеплением и нехватки энергии вырабатываемых на основе традиционных природных источников, требуется разработка новых методов получения возобновляемых источников энергии. Создание эффективных фотоэлементов с заданными электрофизическими параметрами на основе полупроводниковых материалов является актуальной задачей. Многими ученными ведутся работы по разработке и созданию фотоэлементов на основе кремния легированные примесными атомами фосфора, бора, никеля и др. Однако параметры фотоэлементов на основе кремния с кластерами примесных атомов мало изучены. Современные методы такие как атомно-силовая микроскопия (АСМ) и электростатическая силовая микроскопия (ЭСМ) позволяет проводить такие исследования на наноразмерном масштабе. В работе [1] авторами приводятся результаты исследования солнечных элементов на основе монокристаллического кремния, в котором показаны результаты исследования по распределению потенциала p-n перехода в кремниевых фотоэлементах, изменение поверхностного потенциала в зависимости от приложенного напряжения смещения. С помощью Кельвин-зондовой силовой микроскопии определены значения поверхностного потенциала и работа выхода электронов из полупроводниковых и металлических материалов [2].
Авторами показано, что термоотжиг кремния при высоких температурах в течении длительного времени значительно ухудшает контрастность снимков ЭСМ, а шероховатость и морфология
поверхности изменяется гораздо меньше [3]. В работе [4] авторами показано, что значение поверхностного потенциала полученных
фотоэлементов сильно зависит от интенсивности, но не зависит от длины волны монохроматического излучения.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Для исследования использовались исходные кремневые пластины марки кремний дырочный легированный бором (КДБ) с удельным сопротивлением р=0,5 ^ ст. Толщина пластинки составлял 380 цм, концентрация бора в исходном кремнии был равен п=4 1016 см-3. В эти кремниевые пластины были внедрены примесные атомы никеля методом диффузии из газовой фазы при температуре Т=1200 °С, в течении t=1 ч, и с последующим диффузионным легированием примесных атомов фосфора при температуре Т=1000 °С, в течении t=1 ч. На лицевую сторону пластин были получены омические контакты напылением чистого никеля с толщиной 1 цм при вакууме р~10"16 мм.рт.ст. Также эти пластины подвергались к терм отжигу при температуре Т=800 °С, с длительностью 30 мин. Были проведены измерения удельного сопротивления поверхности образца методом Ван дер Пау. Результаты измерения показали, что удельное сопротивление образцов равно р=0,14 й ст, концентрация дырок np=9•1017 / от-3, подвижность Цф=51 от2/^.
PPSUTLSC-2024
PRACTICAL PROBLEMS AND SOLUTIONS TO THE USE OF THEORETICAL LAWS IN THE SCIENCES OF THE 2IST CENTURY
tashkent, e-8 may 2004 www.in~academy.uz
I(4,821 pm, 0,964 pm): -71,5 nm = -7,152e-08 m
(a)
• u® I Ii5.11 Ii-0.11 m 11 11 ж 11111 im 11 im 11 ж ilTo'5v
„ Л Л .
!
!
-1 I
v ï ' » )
и ■ ■ > < Щ'4 Ш
г-т1. .'
ЯжЖ !
i , - À
' ц щ \ yL
; i ' U '
(4,830 pm, 0,451 pm): -0,0089 V
(b)
n X, y, X2 y2 Q 05
1 ■ 415 149 463 206
2Ш 317 42 337 60
3B 344 109 398 159 o,00
4 ■ 318 209 365 224
...............I.........I........................i ■ ■ ■ | ■ ■ ■ i i ■ ■ ■ 1..........
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 х[мт]
5 Параметры
(с)
Рис. 1. ЭСМ снимки КДБ. (а) - Топография поверхности,
(b) - Контактная разность потенциалов поверхности,
(c) - Профильное сечение топографии.
Были проведены исследования (рис. 1.) полученных фотоэлементов с помощью электрической силовой микроскопии. На топографических снимках поверхности
фотоэлементов наблюдается нанокластеры примесных атомов размером от 50 до 500 нм.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ.
Из анализа результатов исследования следует отметит, что на местах где разность значения поверхностного потенциала больше, а топографический рельеф глубже можно предположить, что в этих местах скопление (концентрация) примесных атомов никеля больше. Проводя серии ЭСМ исследовании можно получить информацию о влиянии легирования примесного никеля на поверхностный потенциал. Прикладывание прямого смещения приводит расщеплению квази-уровней ферми, и в этом случае квази-уровни ферми электронов становятся выше чем у дырок, разница между ними равно произведению приложенного смещения на абсолютный заряд электрона. А также измеряя размеры частиц на поверхности и по глубине можно оценить влияние условия получения фотоэлементов на основе кремния, легированного примесными атомами никеля и фосфора, которые приводит к образованию нанокластеров состоящих из этих атомов
ЛИТЕРАТУРА
[1] Paul Narchi. Investigation of crystalline silicon solar cells at the nano-scale using scanning probe microscopy techniques. Micro and nanotechnologies/Microelectronics. Université Paris Saclay (COmUE), 2016. English.
[2] Hosung Seo, Dan Goo, and Gordon Jung Park Systems Corp., Suwon, Korea, How to obtain sample potential data for KPFM measurement, Park Atomic Force Microscopy Application note #18.
[3] Hai-Tong Sun, Zheng-Hao Li, Jing Zhou, You-Yuan Zhao, Ming Lu, An electrostatic force microscope study of Si nanostructures on Si(100) as a function of post-annealing temperature and time, Applied Surface Science, Volume 253, Issue 14, 2007, Pages 61096112, ISSN 0169-4332, https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2007.01.012.
[4] Paul Narchi, Gennaro Picardi, R. Cariou, Martin Foldyna, Patricia Prod'homme, Pere Cabarrocas. (2015). Kelvin Probe Force Microscopy Study of Electric Field Homogeneity in Epitaxial Silicon Solar Cells Cross-Section. 10.4229/EUPVSEC20152015-3B0.6.1.