1Uchinchi renessansyosh olimlari: zamonaviy vazifalar,
innovatsiya va istiqbol Young Scientists of the Third Renaissance: Current Challenges, Innovations and Prospects
por - SiG'c - Si STRUKTURANI ELEKTROFIZIK PARAMETRLARIGA por - Si DAGI KRISTALLITLAR O'LCHAMINI TA'SIRI
U.S.Babaxodjaev
f.-m.f.n., dotsent, M.A.Usmanov, I.Sh.Voxobjonov
tayanch doktorantlar. Namangan davlat universiteti.
O'zbekiston.
Poristiy kremniy (por — Si) yupqa pardalardan kristall kremniy (c — Si) asosidagi fotoelektrik aylantirgichlarning frontal sirtida yorug'likni qaytarish koeffitsienti kichik bo'lgan qatlam sifatida keng qo'llanimoqda, shuning uchun por — Si asosidagi quyosh elementlarini samaradorligi por — SiG'c — Si qatlamlari orasidagi geteroqatlamni elektrofizik xususiyatlariga bog'liq [1].
VFX dan foydalnib por — SiG'c — Si strukturani elektrofzik xususiyatlarini o'rganish uchun por — SiG'c — Si struktura chegara qatlamida qanday o'tish sohasi hosil bo'lishi katta ahamiyat kasb etadi. Ma'lumki yarimo'tkazgichli kirishmalarni VFX si struktura turiga bog'liq bo'ladi, ya'ni gomoo'tish, geteroo'tish yoki MDYa li strukturalar VFX lari bir-biridan farq qiladi. Shuning uchun por — SiG'c — Si strukturani xossalarini aniqlab olish katta ahamiyatga ega. Agar por — Si dagi poralar o'lchami juda kichik, ya'ni mikrokristallit o'lchamlari atrofida bo'lsa por — Si namunasini elektr o'tkazuvchanligi kamayishi va taqiq soxasini kengayishi kuzatiladi [2,3] va bu o'zgarish por — SiG'c — Si qatlamlar chegarasida izotip to'g'rilovchi geteroo'tishni xosil bo'lishiga olib keladi [4].
Ma'lumki por — Si kristallit ustunchalardan tashkil topgan bo'lib nanoo'lchamli kristallitlar por — Si qatlamini yuza qismida joylashgan bo'ladi [4] va ushbu kristallitlar yuza qatlam por — Si ning xossalarini, ya'ni taqiq soha kengligi, Fermi sathini energetik o'rni, taqiq soha chetlaridagi zaryadli xolatlar o'zgarishi va tok tashuvchilarni harakatchanligini o'zgarishiga olib keladi. Biz avval yuqoridagi o'zgarishlar geteroo'tish chegarasidagi potentsial to'siq kattaligiga qanday ta'sir qilishini ko'ramiz.
Agarda kichik o'lchamli kristallitlarni kub shaklidagi mayda zarralardan iborat deb qaraydigan bo'lsak, Si — Si bog'larni uzilishi xisobiga kub yon sirtlarida donorimon va aktseptorsimon sirtiy xolatlar xosil bo'ladi. Qaralayotgan na'munaga donor aralashma kiritilgan bo'lsa ushbu aralashma atomlari kub sirtidagi aktseptorsimon sirtiy holatlarda tutiladi va natijada kub sirti manfiy zaryadlanib kristallitlar orasida potentsial to'siqni yuzaga keltiradi. Bu esa elektronlar uchun
May 15, 2024
56
Uchinchi renessans yosh olimlari: zamonaviy vazifalar,
innovatsiya va istiqbol Young Scientists of the Third Renaissance: Current
qo'shimcha A<pk - potentsial to'siq bo'lib taqiq sohani kengayishiga olib keladi. Ikkinchidan kirishma atomlarini sirtiy holatlarda tutilishi donor sathdagi elektronlar kontsentratsiyasini kamayishiga olib keladi va buning natijasida Fermi sathi taqiq soha o'rtasi tomon siljiydi. Ushbu holatlarni xisobga olib elektronlar uchun potentsial to'siq balandligini quyidagi ifoda yordamida topamiz
A(pqA(pkQAEFQAS (1)
bu erda A<pk - kristalitlararo xosil bo'lgan potentsial to'siq, AEF - Fermi sathi siljishi, AS - Si — Si bog'larni uzilishi tufayli o'tkazuvchanlik va valent soha dumlarida xosil bo'lgan lokallashgan zaryadli xolatlarning energetik kengligiga bog'liq kattalik.
Kristallitlar o'lchamidan kelib chiqadigan bo'lsak R < 10-6 m munosabat o'rinli bo'ladi, u xolda donorli kirishma atomlarini kontsentratsiyasini ~1016 sm-3 atrofida bo'lishini baxolashimiz mumkin. Agar ushbu munosabatlar o'rinli bo'lsa kristallitlar o'lchami bir necha R dan iborat bo'ladi va nt « ND munosabat o'rinli bo'ladi. (ni - kremniydagi erkin elektronlarning Tq300 K dagi xususiy kontsentratsiyasi).
Yuqoridagilardan kelib chiqib Puasson tenglamasini quyidagicha yozamiz
d2yk/dx2 q e(Nss - Nsd)/££0
(2)
Nss - kub shaklidagi kristallitlar sirtidagi sirtiy xolatlar zichligi bo'lib NssqXpN^ ifoda orqali aniqlanadi. Bu erda Nv Si atomlari kontsentratsiyasi bo'lib Nvq^^ ifoda
orqali aniqlanadi, p - Si - elementi zichligi, M - Si - elementini molyar massasi, NA
- Avagadro soni. Nsd - esa kristallit sirt yuziga kelib joylashgan donor element 1
elektronlari Nsd q-NDd.
Agar sirtiy xolatlar Si — Si bog'larning to'la uzilishi xisobiga hosil bo'lib elektrokimyoviy yuvish paytida vodorod atomlari bilan passivlashmagan bo'lsa sirtiy zaryadlar neytral bo'ladi, ya'ni Nss(eQ — e-)q0 munosabat bajariladi. U xolda Puasson tenglamasini quyidagi ko'rinishda yozamiz
d2yk/dx2 q - eNsd/££0
(3)
Demak kub shaklidagi kristallitlarni sirtlari manfiy zaryadlanadi shu sirt hosil qilgan elektr maydon elektronlarni kristallit ichida va kristallitdan kristallitga o'tishida qarshilik qiladi, ya'ni potentsial to'siq xosil qiladi. Zaryadlarni sirt bo'ylab bir tekis taqsimlangan deb hisoblab (3) tenglamadan potentsial to'siq balandligini topamiz.
A 1 eNsdR2
1
(4) yoki A(pkq - -
en%
2 ££0nd
(5)
May 15, 2024
57
Uchinchi renessansyosh olimlari: zamonaviy vazifalar,
innovatsiya va istiqbol Young Scientists of the Third Renaissance: Current
ChaLes.hnnoeon.andPru.en
Sirtiy zaryadlar zichligi nssqNDR ekanini hisobga oldik nss - sirtiy zaryad zichligi, umumiy holda esa elektronlarni sirtiy zaryadlar zichligi quyidagi ifoda yordamida topiladi
nssqRiN(E)f(E)dE (6)
N(E) va f(E) funtsiyalarni ko'rinishini tanlashda por — Si materialini o'ziga xos xususiyatidan foydalanamiz, ya'ni uni tartibsiz yarimo'tkazgich sifatida qaraymiz. U xolda N(E), f(E) por — Si ni taqiq sohasidagi donorsimon zaryadli holatlar taqcimot funtsiyasiga bo'ysunadi [6], ya'ni
N(E)q
nd
exp
(E-E,j-ED)
2o2
, f(E)q
2[(EF-E)G'kT]
1Q exp[(EF-E)G'kT]Qexp[(2EF-E-U)G'kT]
Bu erda Eg - por — Si ni taqiq soha kengli, ED - Gauss taqsimotiga bo'ysunuvchi
donorsimon energetik sathlarni maksimumiga to'g'ri keluvchi sathni energetik o'rni,
oD - sathlarni extimolligi eng katta potentsial energiyasi, <7dQ[Ev0(T) • (AQU)]1/? [5] ifoda orqali aniqlanadi va bu erda quyidagi munosabatlardan foydalanamiz. Donor kirishma atomlarini sirtiy holatlarda neytrallashuvi qo'shimcha potentsial to'siq hosil qilish bilan birgalikda Fermi sathini taqiq soha markazi tomon siljishiga ham olib keladi, ya'ni
AEFq0.0596lg — eV (7)
ni
Yuqorida keltirilgan o'zgarishlardan tashqari taqiq sohani kengligida ham o'zgarish bo'ladi. Bunday o'zgarishni baholashda [6] da olingan chiziqli aproksimatsiyalashdan foydalanib taqiq sohani qiymatini Eg < 1.6 eV atrofida baxolash mumkin,u xolda (1) dagi S hadni qiymati Sq Eg - Ego/2 (8)
ifoda yordamida topiladi. Yuqoridagi (1), (5), (7), (8) larni xisobga olib elektronlar uchun potentsial to'siq balandligini ~0.7 eV atrofida ekanini baholash mumkin.
Demak por — Si ning taqiq sohasini kengayishi ushbu qatlamda tok tashuvchilar kontsentratsiyasini kamayishiga olib keladi. Bundan tashqari kristallitlararo yuzaga kelgan potentsial to'siq esa tok tashuvchilar harakatchanlik mexanizmiga ham katta ta'sir qiladi, ya'ni tok tashuvchilami effektiv yashash vaqtiga ta'sir ko'rsatadi [7].
Biz qarayotgan xolda Lp n » R munosabat o'rinli, shuning uchun kristallit xajmidagi tok tashuvchilarni o'rtacha yashash vaqtini kristallit o'lchamiga bog'liqligini quyidagi ifoda yordamida aniqlaymiz quyidagi ifodana qo'llashimiz mumkin [8]
May 15, 2024
58
Uchinchi renessans yosh olimlari: zamonaviy vazifalar,
innovatsiya va istiqbol Young Scientists of the Third Renaissance: Current
L
bn
v0Sn(nS0-nss)
¡IQ-^expt-^)]
L v-nS-nUss kT J
-1
(9)
Bu erda Lbn - asosiy bo'lmagan elektronlarni diffuziya uzunligi, Sn - elekronni tutish kesimi, vn - elektronlarni o'rtacha issiqlik xarakati tezligi, ns0 - sirtiy holatlarlarni to'la zichligi lqLn(aQ1)G'(a — 1)Q4L2nG'd
aqexp d - kristallit o'lchami.(9)
ifodadagi kattaliklar uchun adabiyotlarda berilganlardan foydalanib va (5) dagi A<p « 0.1 eV ekanini xisobga olib t ni qiymatini kristallit o'lchami d bog'liqligini aniqlaymiz. Olingan grafikka ko'ra (1-rasm) d « 10-6 bo'lganda Tpor-Siq10-10 ga yaqinlashishini ko'rish mumkin. Demak por — SiG'c — Si struktura geteroo'tish hosil qiladi, ammo Tpor-si « Tc-Si munosabat o'rinli bo'lganidan por — Si qatlam o'tkazuvchanligi deyarli nolga intiladi, shuning uchun por — SiG'c — Si strukturani VFX si MDYa li strukturani VFX siga o'xshash bo'lishi kerak. Bu esa qo'shimcha tadqiqot qiladi.
REFERENCES
1. Mater. Inf. Conf. Porous Semiconductors-Science and TechnologyG'G'. Maldorca, Spain. 1998.
2. Tregulov V.V. Poristiy kremno'y: texnologiya svoystva primenenie monograf G' Ryazan.gos.un. Ryazon 2011 s.124.
3. U.S. Boboxojaev, M.A.Usmanov. Osobennosti struktur p-por-SiG'p-c-Si i mexanizm tokoperenosa. Uzbek Journal of Physics. DOI: httpsG'G'doi.orgG'10.52304G'.v25i3.448. Vol. 25, No. 3, pp. 15-20, 2023
4. S.P.Zimin Klassicheskaya elektrocheskix svoystv poristogo kremniyaG'G'. Fizika i texnika poluprovodnikov. 2000. T.34 v.3 s.359-363.
5. M.J.Powell and S.C.Deane. Improved detect-pool model for charged defects in amorphous siliconG'G'Phys.Rev. v.48, №15 10815 (1993).
6. W.Gutaco, T.Kamiya, C.M. Fortmann, I.Shimizi. The structure of 1.5 ±2 eV band gap amorphous silicon prepared by chemical anneling G'G' j.Non-Cryst. Solids 266269, p.630 (2000).
59
May 15, 2024
Uchinchi renessansyosh olimlari: zamonaviy vazifalar,
innovatsiya va istiqbol Young Scientists of the Third Renaissance: Current _Challenges, Innovations and Prospects
7. K.M.Doshanov. Temperaturnaya zavisimost elektricheskix svoystv polikristallicheskogo kremniya v temnote i pri vozdeystvii solnechnogo izlucheniya G'G' Fizika i texnika poluprovodnikov 1997. T.31, №8b s.954-956.
60
May 15, 2024
