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

Abstract

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.27.01 – Твердотільна електроніка. – Національний технічний університет України "КПІ", Київ, 2010. Робота присвячена розробці технології отримання тонких плівок нанокристалічного кремнію, легованого європієм та ітрієм, а також гетеропереходів на їх основі для оптоелектроніки. Було проведено моделювання впливу нанокристалітів та домішок рідкоземельних металів на зонну будову та електропровідність матеріалу, а також показано їх вплив на фоточутливі характеристики фотоприймачів, що забезпечило теоретичне підгрунття у пошуку оптимальних технологічних режимів. За допомогою структурних та хімічних методів аналізу матеріалу встановлено зв’язок наноструктури та хімічного складу плівок з технологічними параметрами синтезу. В роботі було встановлено, що електропровідність та фоточутливість нанокристалічних кремнієвих плівок зростає при збільшенні степені кристалічності матеріалу, в той час як зростання УФ-чутливості спостерігається при зменшенні розмірів нанокристалітів. Встановлено зростання електропровідності, фото- та УФ-чутливості кремнієвої плівки при введенні до її складу домішків рідкоземельних металів. Також в роботі досліджувався вплив домішок РЗМ на величину фото-ЕРС гетеропереходів на основі плівок нанокристалічного кремнію. Було запропоновано технологічні режими, в яких фото- та УФ-чутливість фоторезисторів і фотодіодів, а також ефективність та стабільність фотоелектричних перетворювачів досягає максимальних значень.Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.27.01 – Твердотельная электроника. – Национальный технический университет Украины "КПИ", Киев, 2010. Работа посвящена разработке технологии получения тонких пленок нанокристаллического кремния, легированного европием и иттрием, а также гетеропереходов на их основе для оптоэлектроники. Для расчета ширины запрещенной зоны наноматериала было предложено рассмотреть структуру кристаллит – туннельно-тонкий диэлектрик – аморфная матрица, что дало возможность получить хорошее согласование с экспериментальными данными, полученными из спектров поглощения. Проведенное в работе моделирование РЗМ-примесных центров в нанокристаллическом кремнии вместе с температурными исследованиями сопротивления пленок показало формирование двух примесных центров – кислородного и силицидного, которые образуют в запрещенной зоне кремния соответственно мелкие донорные и глубокие акцепторные уровни. Был предложен механизм электропроводности нанокремния при низкой степени кристалличности пленки – туннельно-прыжковый, который переходит в туннельный механизм при высокой степени кристалличности пленки. Данная модель дает возможность объяснить отличие величины электропроводности от одного до трех порядков для пленок с разной степенью кристалличности. В работе была показана возможность синтеза пленок nc-Si и nc-Si:РЗМ с концентрацией примеси редкоземельных металлов, которая изменяется в широких пределах, вакуумними методами. При этом на основе структурных анализов было установлено влияние технологических параметров на размер и количество кристаллитов, а на основе химических анализов показаны особенности концентрационного распределения и зарядового состояния примесей РЗМ. Экспериментально было показано, что возрастание электропроводности и фоточувствительности нанокристаллических кремниевых пленок определяется улучшением транспортных свойств материала при увеличении степени кристалличности, в то время как возрастание УФ-чувствительности определяется квантово-размерным эффектом при уменьшении размеров кристаллитов. Также было установлено влияние европия и иттрия на основные свойства материала. Было показано, что данные примеси в фотопроводимости выступают в качестве сенсибилизаторов, а при облучении ультрафиолетом эффективно его поглощают из-за специфического строения энергетических уровней. Были предложены технологические режимы, в которых фото- и УФ-чувствительность фоторезисторов достигает максимальных значений. Исследование характеристик фотодиодов показало, что возрастание чувствительности фотоприемника, как в видимом, так и в ультрафиолетовом диапазоне спектра при влиянии лазерного излучения или введении примесей редкоземельных элементов проявляется только при условии высокого качества гетерограницы, которая обеспечивалась в низкотемпературных режимах синтеза. В работе приведены результаты исследования влияния примесей редкоземельных металлов на величину фото-ЭДС, причем было установлены оптимальные технологические режимы для получения максимальной эффективности преобразования солнечной энергии. Также было показано особенности деградационных характеристик ФЭП на основе пленок нанокристаллического кремния по сравнению с их аморфными аналогами. Таким образом, полученные в работе результаты показали потенциальную возможность использования пленок нанокристаллического кремния, легированного европием и иттрием, в качестве активного слоя высокочувствительных тонкопленочных фоторезисторов и фотодиодов, а также фотоэлектрических преобразователей высокой стабильности.The thesis for the scientific degree of candidate of technical sciences on speciality 05.27.01 – Solid-state electronics. – National Technical University of Ukraine "KPI", Kyiv, 2010. Work is devoted to development of technology of nanocrystalline silicon thin films, doped with europium and yttrium, and also heterojunction on their base for optoelectronics. The design of influence of nanocrystallites and rare-earth dopants on band structure and material’s electroconductivity was carried out, also it was shown their influence on photosensitive characteristics of photoreceivers that provided the theoretical base in search of suitable technological conditions. By means of structural and chemical methods of material’s study it was found relation of film’s nanostructure and chemical composition with technological parameters. In the work it was found that electroconductivity and photosensitivity of nanocrystalline silicon thin films increases with growth crystalline fraction in material, while increase in UV-sensitivity is observed with decreasing of nanocrystallite size. It was shown the increasing of electroconductivity, photo- and UV-sensitivity in silicon thin film under condition of rare-earth metals incorporation. Also the influence of rare-earth dopants on photo-EMF of heterojunctions on the base of nanocrystalline silicon thin films was studied in this work. It was proposed the technology, in which photosensitivity and UV-sensitivity of photoresistors and photodiodes as well as effectiveness and stability of photovoltaic converters reaches the maximum values

Similar works

Having an issue?

Is data on this page outdated, violates copyrights or anything else? Report the problem now and we will take corresponding actions after reviewing your request.