УДК 621.315.592

Реклама
УДК 621.315.592
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АНИЗОТИПНЫХ ГЕТЕРОПЕРЕХОДОВ
n-ТiО2/p-Si
А.И. Мостовой, В.В. Брус, П.Д. Марьянчук
Черновицкий национальный университет имени Юрия Федьковича, mostovysya@mail.ru
На сегодняшний день актуальным является использование дешевого
поликристаллического кремния. Известно, что в настоящее время
изготавливаются высокоэффективные солнечные элементы с р-n-переходами на
основе поликристаллического кремния [1]. Сейчас гетеропереходы активно
используются в электронике, лазерах, фотовольтаике [2, 3].
Существует значительный интерес к исследованиям электрических
свойств гетеропереходов на основе поликристаллического кремния и
широкозонных проводящих прозрачных оксидов, в частности диоксид титана
(TiO2). Он достаточно широко используются в разных приборах, особенно в
отрасли фотоэлектрической техники для разных целей: прозрачные контакты в
дисплеях на жидких кристаллах, фотодиодах; прозрачные слои (окна) для
солнечных
элементов,
антиотражающие
покрытия,
детекторы
ультрафиолетового излучения и т.д. [4].
Для подложек использовали поликристаллический кремний. Кристаллы
были р-типа проводимости. Перед использованием кремниевые подложки
подвергались механической обработке (шлифовка, полировка).
Структуры
изготавливали
нанесением
пленок
ТiО2
на
предварительно
полированную
поверхность пластин Si (типоразмером
5 × 5 × 0,7 мм) в универсальной
вакуумной установке Lеybold - Heraeus
L560
с
помощью
реактивного
магнетронного распыления мишени
чистого титана в атмосфере смеси
аргона и кислорода при постоянном
напряжении.
На рис. 1 представлены прямые
Рис. 1 − Прямые ветви ВАХ
ветви вольт-амперных характеристик
гетероструктуры n-ТiО2/p-Si при
I(V)
гетероструктуры
n-ТiО2/p-Si,
разных температурах Т, К: 1 – 291, 2 –
измеренные при разных температурах.
311, 3 – 319, 4 – 330. На вставке –
зависимость высоты потенциального
Установлено, что температурная
барьера от температуры.
зависимость φ0(Т), для гетероструктур nТiО2/p-Si
(см.
рис.
1)
хорошо
описывается уравнением:
0 Т   0 0  Т
(1)
где βφ = 4.1 ∙ 10-3 эВ ∙ К-1 –
температурный коэффициент высоты
потенциального барьера, а φ0(0) = 2,23
эВ – значения высоты потенциального
барьера исследуемой гетероструктуры
при абсолютном нуле температуры.
На
рис.
2
представлена
зависимость
дифференциального
сопротивления Rdif от напряжения V, на
основе которой можна определить
величину
последовательного
сопротивления гетероструктуры Rs.
Рис. 2 − Зависимость
Поскольку
Nv
~
T3/2,
а
дифференциального
сопротивления
подвижность дырок в кремнии μр в
гетероперехода n-ТiО2/p-Si от
области температур Т > 200 K напряжения при разных температурах Т,
пропорциональна
T-2.7
можно
К: 1 – 291, 2 – 311, 3 – 319, 4 – 330. На
утверждать,
что
температурная
вставке изображена зависимость
зависимость
последовательного
Rs(103/Т) в полулогарифмическом
масштабе.
сопротивления
определяется
в
1.2
основном экспоненциальным множителем RsТ ~ exp(-EA/kT). Таким образом
наклон прямой Rs(103/Т) в полулогарифмическом масштабе определяет глубину
залегания рабочего акцепторного уровня EA = 0.33 эВ (рис. 2).
Выводы
1. Из анализа температурных зависимостей прямых и обратных ветвей
ВАХ
гетероструктуры
установлено
доминирующии
механизмы
токопереноса.
2. Исследованы электрические свойства анизотипних гетеропереходов nТiО2/p-Si, полученных нанесением тонкопленочного TiO2 на поликристаллические подложки Si.
3. Из графика зависимости ln(RsТ1.2) = f(103/T) определена глубина
залегания рабочего акцепторного уровня, которая составляет EA = 0.33 эВ.
4. Из анализа температурных зависимостей прямых ветвей ВАХ
гетероструктуры установлено, что доминирующим механизмом токопереноса
при малых смещениях (3kT/e < V < 0.5 B) являются многоступенчатые
туннельно-рекомбинационные процессы с участием поверхностных состояний
на металлургической границе раздела TiO2/Si. При V > 0.6 В доминирующим
механизмом токопереноса является туннелирование.
ЛИТЕРАТУРА
1. Razykov T. Solar photovoltaic electricity: current status and future prospects / T.M. Razykov,
C.S. Ferekides, D. Morel, E. Stefanakos, H.S. Ullal, H.M. Upadhyaya // Solar Energy. - 2011. V. 85. - №8. – р. 1580-1608.
2. Alferov Zh. The history and future of semiconductor heterostructures // Semiconductors. - 1998.
- V. 32. – р. 3-14.
3. А. Фаренбрух, Р. Бьюб. Солнечные елементы: Теория и експеримент (М.,
Энергоатомиздат, 1987) [Пер. с анг.: A.L. Fahrenbruch, R.H. Bube. Fundamentals of solar
cells. Photovoltaic solar energy conversion (New York, 1983).
4. Brus V. Open-circuit analysis of thin film heterojunction solar cells // Solar Energy. - 2012. - V.
86. - №5. – р. 1600-1604.
Скачать