Розподіл нерівноважних носіїв заряду в двосторонньому макропористому кремнії з однаковою товщиною пористих шарів

In this work, to calculate the distribution of the excess minority carrier concentration in bilateral macroporous silicon, the solution of the diffusion equation for stationary conditions is used, which is written for a monocrystalline substrate and macroporous layers. The solution to the diffusion equation is supplemented by boundary conditions at the interface between macroporous layers and a monocrystalline substrate and at the boundaries of a bilateral macroporous silicon sample. The dependence of the distribution of the excess minority carrier concentration in bilateral macroporous silicon with the same thickness of porous layers on the depth of macropores, the thickness of the sample of bilateral macroporous silicon, and the bulk lifetime of minority charge carriers is calculated. It is shown that the distribution function of the excess minority carrier concentration in bilateral macroporous silicon exhibits two maxima. The maxima are located in the frontal macroporous layer, near the surface of the sample, and in a monocrystalline substrate, near the interface, the frontal macroporous layer - monocrystalline substrate.В роботі для розрахунку розподілу концентрації надлишкових неосновних носіїв заряду в двосторонньому макропористому кремнії використовується розв’язок рівняння дифузії для стаціонарних умов, який записується для монокристалічної підкладки та макропористих шарів. Розв’язок рівняння дифузії доповнюється граничними умови на межі макропористих шарів та монокристалічної підкладки та на межі зразка двостороннього макропористого кремнію. Розрахована залежність розподілу концентрації надлишкових неосновних носіїв заряду в двосторонньому макропористому кремнії з однаковою товщиною пористих шарів від глибини макропор, товщини зразка двосторонньому макропористому кремнії та об’ємного часу життя неосновних носіїв заряду. Показано, що в функції розподілу концентрації надлишкових неосновних носіїв заряду в двосторонньому макропористому кремнії спостерігаються два максимуми. Максимуми розташовані в фронтальному макропористому шарі, біля поверхні зразка, та в монокристалічній підкладці, біля межі фронтальний макропористий шар - монокристалічна підкладка

Effective lifetime of minority carriers in black silicon nano-textured by cones and pyramids

We calculated the dependence of effective lifetime of minority carriers in black silicon nano-textured by cones and pyramids on the diameter of the cone base, the side of the pyramid base, the height of cone and pyramid. The numerical calculation shows that n-type polished plate of single crystal silicon and n-type plate of black silicon have a high minority carrier lifetime both in the bulk and on the silicon surface, indicating a high purity of both the bulk of silicon and its surface. However, the measured experimentally effective lifetime of minority carriers in the n-type black silicon is 1.55 ms and is determined by the surface lifetime. The measured effective lifetime of minority charge carriers in the p-type polished silicon is 1.24 ms. The minority carrier lifetime in the bulk of the polished p-type silicon is lower than the surface one

Photoeffect Peculiarities in Macroporous Silicon Structures

The effects of increase in photoconductivity in the macroporous silicon structures have been examined as a function of the distance between cylinder macropores. The ratio of macroporous silicon photoconductivity to bulk silicon one has been found to achieve a maximum at the distance between macropores equal to the double thickness of the Shottky layer what corresponds to the experimental results. The relaxation time of photoconductivity for macroporous silicon structures was found to be defined by the light modulation of the barrier on macropore surfaces whereas its relaxation to occur according to the logarithmic law. If T>180 K, the temperature dependence of the relaxation time of photoconductivity is defined by a thermo-emission mechanism of the current transport in the space charge region and below 100 K the relaxation time is controlled by the processes of tunnel current flow.Досліджені ефекти підвищення фотопровідності в структурах макропористого кремнію в залежності від відстані між циліндричними макропорами. Встановлено, що відношення фотопровідності макропористого кремнію до фотопровідності монокристалічного кремнію досягає максимуму при відстані між порами, яка дорівнює двом товщинам шару Шотткі, що відповідає результатам експерименту. Час релаксації фотопровідності структур макропористого кремнію визначається модуляцією світлом бар'єру на поверхні макропор, а її релаксація відбувається за логарифмічним законом. При T>180.К температурна залежність часу релаксації фотопровідності визначається термоемісійним механізмом проходження струму в області просторового заряду, а при T180.К температурная зависимость времени релаксации фотопроводимости определяется термоэмиссионным механизмом прохождения тока в области пространственного заряда, а при Т<100К - туннельными процессами токопереноса

Оптичні властивості монокристалічних кремнієвих нанониток

The paper presents the results of a study of the optical reflection and transmission spectra of a silicon single crystal p-Si (100) with silicon nanowires grown on both sides and porous silicon p-Si (100) on a single crystal substrate in the spectral range 0.2 ÷ 1.7&nbsp;μm. The layers of nanowires had a thickness of 5.5&nbsp;µm, 20&nbsp;µm, 50&nbsp;µm and a porosity of 60&nbsp;%. The porous silicon layers had a thickness of 5&nbsp;μm, 50&nbsp;μm and a porosity of 45&nbsp;%, 55&nbsp;% and 65&nbsp;%. The change in the energy band structure in single-crystal silicon nanowires and in a single-crystal matrix of porous silicon is shown.В роботі представлені результати дослідження оптичних спектрів відбивання та пропускання монокристалу кремнію p-Si (100) з кремнієвими нанонитками вирощеними з обох сторін та пористого кремнію p-Si (100) на монокристалічній підкладці в спектральному діапазоні 0,2 ÷ 1,7&nbsp;мкм. Шари нанониток мали товщину 5,5&nbsp;мкм, 20&nbsp;мкм, 50&nbsp;мкм та пористість 60%. Шари пористого кремнію мали товщину 5&nbsp;мкм, 50&nbsp;мкм та пористість 45%, 55% та 65%. Показано зміну енергетичної зонної структури в монокристалічних кремнієвих нанонитках та в монокристалічній матриці пористого кремнію

Методика передпроєктного вибору компонентів FPV квадрокоптерного типу за заданими значеннями тяги, швидкості та часу польоту

Мета роботи. Розробити методику передпроєктного вибору компонентів БПЛА квадрокоптерного типу для створення дронів на основі заданих критеріїв. Методи дослідження. Математичний аналіз та моделювання. Отримані результати. У статті розроблено, реалізовано та оцінено модульну структуру, яка дозволяє операторам швидко зібрати без інструментів мультироторний безпілотний літальний апарат (МР-БПЛА) із індивідуальними характеристиками польоту для виконання вимоги місії. Розроблено поетапний процес вибору апаратних компонентів (датчиків, приводів, гвинта, двигунів, акумуляторів, електронних регуляторів швидкості) для модулів рамки для досягнення бажаних характеристик. Розроблено програмний засіб, який оптимізує процес вибору компонентів обладнання та розрахунок часу польоту. Перевірено алгоритм розрахунку часу польоту на основі даних безщіткового двигуна та гвинта, зібраних за допомогою тягового стенду/динамометра. Фреймворк складається з п’яти модулів (контролер, трансмісія, відео, зв’язок і корисне навантаження), що дозволяє користувачеві комбінувати модулі, щоб швидко зібрати МР-БПЛА, який найкраще відповідає вимогам бажаного застосування. Для перевірки дизайну фреймворку було реалізовано та протестовано прототип. Фреймворк був використаний для створення 3 модульних профілів МР-БПЛА, один для спостереження (тривалий час польоту), один для доставки (більший корисний вантаж), а третій профіль МР-БПЛА дозволяє форму перемикання, прив’язану до джерела живлення від батареї під час польоту. Наукова новизна. Запропонований у статті алгоритм базується на підході, що дозволяє адаптувати МР-БПЛА на більш високому рівні, ніж попередні системи. Інфраструктура дозволяє користувачеві налаштовувати характеристики польоту (час польоту, швидкість, максимальне корисне навантаження), а також датчики та канали зв’язку (відео та канал передачі даних) відповідно до вимог конкретної операції. Практична цінність. Щоб полегшити процес вибору апаратних компонентів для модулів каркасу, в роботі представлено алгоритм для оцінки часу польоту, який включено в процес побудови модульних профілів. Алгоритм перевірено, і середня точність 98,94% була досягнута для оцінки часу польоту зависання. Представлено дизайн програмного засобу. Цей інструмент дозволяє розробникам аналізувати дані про безщіткові двигуни та гвинти (отримані зі стенду тяги), оцінювати, як повна вага та вибір батареї впливають на МР-БПЛА (щодо часу польоту, співвідношення тяги до ваги та максимального корисного навантаження), а також оптимізує процес розробки МР-БПЛА

Кінетика розподілу надлишкових носіїв заряду в двосторонньому макропористому кремнії з різною товщиною пористих шарів

Представлена кінетика розподілу концентрації надлишкових неосновних носіїв заряду в двосторонньому макропористому кремнії з різною товщиною пористих шарів. Виявлена залежність тривалості не експонентного початку релаксації розподілу концентрації надлишкових носіїв заряду в двосторонньому макропористому кремнії від товщини фронтального макропористого шару. Аналогічна залежність спостерігається в тильному макропористому шарі товщиною 200 мкм після припинення генерації надлишкових носіїв заряду світлом з довжиною хвилі 1,05 мкм. Концентрація надлишкових носіїв заряду у фронтальному макропористому шарі спадає швидко завдяки високій генерації та рекомбінації надлишкових носіїв заряду. Зменшення концентрації надлишкових неосновних носіїв заряду в тильному макропористому шарі товщиною 100 мкм та монокристалічній підкладці має дуже коротку не експонентну частину завдяки низькій генерації та рекомбінації надлишкових неосновних носіїв заряду, відповідно. Рівняння дифузії, записане для двостороннього макропористого кремнію, розв’язано чисельним методом. Для розв’язку використовували граничну та початкову умови. Гранична умова була записана на межах макропористих шарів. Початковий розподіл концентрації надлишкових неосновних носіїв заряду в двосторонньому макропористому кремнії у напрямку, паралельному порам, знайдений з системи рівнянь. Цей початковий розподіл розраховувався за умови освітлення макропористого кремнію світлом з довжинами хвиль 0,95 мкм та 1,05 мкм. В початковому розподілі концентрації неосновних надлишкових носіїв заряду спостерігається один або два максимуми. Два максимуми спостерігаються при освітлені двостороннього макропористого кремнію світлом з довжиною хвилі 0,95 мкм.The kinetics of the concentration distribution of excess minority charge carriers in bilateral macroporous silicon with different thicknesses of porous layers is presented. The dependence of the duration of the non-exponential beginning of relaxation of the distribution of the concentration of excess charge carriers in bilateral macroporous silicon on the thickness of the frontal macroporous layer is revealed. A similar dependence is observed in the rear macroporous layer 200 µm thick after the termination of the generation of excess charge carriers by light with a wavelength of 1.05 µm. The concentration of excess charge carriers in the frontal macroporous layer rapidly decreases due to the high generation and recombination of excess charge carriers. The decrease in the excess minority carrier concentration in the rear macroporous layer 100 µm thick and the monocrystalline substrate has a very short non-exponential part due to the low generation and recombination of excess minority charge carriers, respectively. The diffusion equation written for bilateral macroporous silicon is solved by a numerical method. The boundary and initial conditions are used for the solution. The boundary condition is written at the boundaries of macroporous layers. The initial distribution of the excess minority carrier concentration in bilateral macroporous silicon in the direction parallel to the pores is found from a system of equations. This initial distribution is calculated under the condition that macroporous silicon is illuminated with light with a wavelength of 0.95 µm or 1.05 µm. In the initial distribution of the excess minority carrier concentration, one or two maxima are observed. Two maxima are observed when bilateral macroporous silicon is illuminated with light at a wavelength of 0.95 µm

Розподіл нерівноважних носіїв заряду в двосторонньому макропористому кремнії з різною товщиною пористих шарів

У роботі представлена система рівнянь, яка описує розподіл надлишкових носіїв заряду в двосторонньому макропористому кремнії з різною товщиною пористих шарів. Система містить рівняння, які є загальним розв’язком рівняння дифузії, записаного для монокристалічної підкладки та кожного з пористих шарів. Також вона містить рівняння, які описують граничні умови на двох поверхнях зразка двостороннього макропористого кремнію та на межах монокристалічної підкладки з макропористими шарами. Враховується, що світло розповсюджується по порах та освітлює монокристалічну підкладку через дно пор. Ми розрахували розподіл надлишкових носіїв заряду в двосторонньому макропористому кремнії з різною товщиною пористих шарів за умови, коли надлишкові носії заряду генеруються світлом з довжиною хвилі 0,95 мкм та 1,05 мкм. При цих довжинах хвиль генерація надлишкових носіїв заряду була однорідною та неоднорідною по зразку, відповідно. Розрахунки проводились для випадків, коли один шар макропор мав товщину 100 мкм, а інший змінювався від нуля до 400 мкм. Показано, що в розподілі надлишкових носіїв заряду в двосторонньому макропористому кремнії з різною товщиною пористих шарів спостерігаються один або два максимуми. Максимум може розташовуватися біля поверхонь, які освітлюються, або посередині монокристалічної підкладки. Максимуми зменшуються завдяки дифузії носіїв заряду до рекомбінаційних поверхонь. На розподіл надлишкових носіїв заряду в двосторонньому макропористому кремнії з різною товщиною пористих шарів впливає рекомбінація надлишкових носіїв заряду на поверхні пор кожного макропористого шару та дифузія надлишкових носіїв заряду з підкладки до рекомбінаційних поверхонь в пористих шарах.The paper presents a system of equations describing the distribution of excess charge carriers in bilateral macroporous silicon with different thicknesses of porous layers. The system contains equations, which are the general solution to the diffusion equation written for a monocrystalline substrate and each porous layer. Also, it contains equations describing the boundary conditions on two surfaces of a bilateral macroporous silicon sample and on the boundaries of a monocrystalline substrate with macroporous layers. It was taken into account that light propagates through the pores and illuminates the monocrystalline substrate through the bottom of the pores. We calculated the distribution of excess charge carriers in bilateral macroporous silicon with different thicknesses of porous layers, provided that excess charge carriers are generated by light with wavelengths of 0.95 and 1.05 µm. At these wavelengths, the generation of excess charge carriers was uniform and non-uniform over the sample, respectively. The calculations were carried out for the cases when one layer of macropores had a thickness of 100 µm, while the other varied from zero to 400 µm. It is shown that one or two maxima are observed in the distribution of excess charge carriers in bilateral macroporous silicon with different thicknesses of porous layers. The maximum can be located near surfaces that are illuminated by light or in the middle of a monocrystalline substrate. The maxima decrease due to the diffusion of charge carriers to the recombination surfaces. The distribution of excess charge carriers in bilateral macroporous silicon with different thicknesses of porous layers is affected by the recombination of excess charge carriers on the pore surface of each macroporous layer and the diffusion of excess charge carriers from the substrate to the recombination surfaces in porous layers

Пропускання та поглинання двостороннього пористого кремнію з макропорами або нанодротами

Розраховано спектри пропускання та поглинання двостороннього макропористого кремнію та нанодротин. Враховується пропускання та відбиття меж розділу між монокристалічною підкладкою та шарами макропористого кремнію. Розглянуто поглинання двостороннього макропористого кремнію при освітлені одного або іншого шару макропористого кремнію. Розраховано пропускання бічних меж розділу між двостороннім макропористим кремнієм та повітрям. Пропускання бічних меж двостороннього макропористого кремнію залежить від коефіцієнтів відбиття меж розділу монокристалічної підкладки та шарів макропористого кремнію та об’ємної частки пор. Враховано падіння світла на бічні межі розділу між двостороннім макропористим кремнієм та повітрям під різними кутами та ефект повного внутрішнього відбиття. Розглянуто залежність спектрів пропускання та поглинання двостороннього макропористого кремнію та нанодротин від відбиття та пропускання межі розділу між фронтальним шаром макропористого кремнію та монокристалічною підкладкою та об’ємної частки пор. Показано зростання поглинання та пропускання двостороннього макропористого кремнію зі збільшенням об’ємної частки пор до певної величини та зменшення поглинання та пропускання за рахунок збільшення відбиття межі розділу між фронтального шару макропористого кремнію з монокристалічною підкладкою.The transmission and absorption spectra of bilateral macroporous silicon and nanowires were calculated. The transmission and reflection of the interfaces between the monocrystalline substrate and the layers of macroporous silicon is taken into account. The absorption of bilateral macroporous silicon when one or the other layer of macroporous silicon is illuminated is considered. The transmission of the lateral interfaces between bilateral macroporous silicon and air is calculated. The transmission of the lateral interfaces of bilateral macroporous silicon depends on the reflection coefficients of the interfaces between the monocrystalline substrate and the layers of macroporous silicon and the volume fraction of pores. The incidence of light on the lateral interface between bilateral macroporous silicon and air at different angles and the effect of total internal reflection are taken into account. The dependence of the transmission and absorption spectra of bilateral macroporous silicon and nanowires on the reflection and transmission of the interface between the frontal layer of macroporous silicon and the monocrystalline substrate and the volume fraction of pores is considered. The increase in absorption and transmittance of bilateral macroporous silicon with an increase in the volume fraction of pores to a certain value and a decrease in absorption and transmittance due to an increase in the reflection of the interface between the frontal layer of macroporous silicon and the monocrystalline substrate are shown

Distribution of excess charge carriers in bilateral macroporous silicon with the same thickness of porous layers

In this work, to calculate the distribution of the excess minority carrier concentration in bilateral macroporous silicon, the solution of the diffusion equation for stationary conditions is used, which is written for a monocrystalline substrate and macroporous layers. The solution to the diffusion equation is supplemented by boundary conditions at the interface between macroporous layers and a monocrystalline substrate and at the boundaries of a bilateral macroporous silicon sample. The dependence of the distribution of the excess minority carrier concentration in bilateral macroporous silicon with the same thickness of porous layers on the depth of macropores, the thickness of the sample of bilateral macroporous silicon, and the bulk lifetime of minority charge carriers is calculated. It is shown that the distribution function of the excess minority carrier concentration in bilateral macroporous silicon exhibits two maxima. The maxima are located in the frontal macroporous layer, near the surface of the sample, and in a monocrystalline substrate, near the interface, the frontal macroporous layer - monocrystalline substrate.</jats:p

Фотопровідність у двосторонньому макропористому кремнії

Розраховано питому фотопровiднiсть та концентрацiю надлишкових неосновних носiїв заряду в двосторонньому макропористому кремнiї в залежностi вiд глибини пор та часу життя неосновних носiїв заряду в об’ємi зразка. Для розрахунку фотопровiдностi та концентрацiї надлишкових неосновних носiїв заряду використовувалась дифузiйна модель. Математичний опис дифузiйної моделi мiстить загальний розв’язок рiвняння дифузiї та граничну умову, записану на межах монокристалiчної пiдкладинки та зразка двостороннього макропористого кремнiю. Враховувалось, що свiтло потрапляло на монокристалiчну пiдкладинку через дно пор. Питома фотопровiднiсть у двосторонньому макропористому кремнiї в залежностi вiд глибини пор та часу життя неосновних носiїв заряду зменшується, якщо глибина пор зростає, а час життя зменшується. Концентрацiя надлишкових неосновних носiїв заряду в залежностi вiд координати та часу життя неосновних носiїв заряду в двосторонньому макропористому кремнiї має один максимум при однорiднiй генерацiї надлишкових носiїв заряду або два максимуми – при їх неоднорiднiй генерацiї.</jats:p