Моделювання фотоперетворюючих гетероструктур на основі аморфного та монокристалічного кремнію (стр. 4 )

Розглядаючи останній доданок, з урахуванням того, що Фур'є перетворювач 2 здійснює зворотне Фур'є перетворення, комплексна амплітуда хвилі на екрані 2 має вигляд: a(x, y) ~F-1{TkTj*T2exp(-2πiηC0)}, де символом F-1 позначено зворотне перетворення Фур'є. Після перетворень цей вираз зводиться до вигляду: a(x, y) ~[tk(x, y)♥ tj(x, y)]t2(х, у+С0), де: ♥ – операція кореляції, – операція згортки. Якщо кожному атому плівки поставити у відповідність σ – функцію Дірака, кореляційна функція в останньому виразі подається як:

[tK(x, y)♥tj(x, y)]=

(8)

Цей вираз відмінний від нуля тільки у тому випадку, коли k=j; отже, підсумовування за k знімається, і співвідношення може бути переписане у вигляді: a(x’,y’)~[tk(x, y)♥tj(x, y)]t2(х, у+С0). З виразу випливає, що якщо проходження світла крізь систему в площині екрана 2 вибрано, що функція автокореляції має максимум, то у вихідній площині х',у' екрана 2 сформується фазово - однорідний фронт.

Таким чином, наявність фазово-однорідного рентгенівського фронту
на рис. 7, б однозначно свідчить про стохастичне розташування атомів плівки
a – Si: H.

З метою апробації моделі, запропонованої в третьому розділі, для зразків з плівками завтовшки, що варіювалася від 0,1 до 0,8 мкм, було експериментально отримано залежність відносної величини фотоструму від товщини аморфної структури. Як видно з (рис. 8), доведено існування оптимальної товщини аморфного шару в ГАМК (0.2 … 0.4 мкм), за якої значення величини фотоструму максимальні. Ці дослідження були проведені для

Рис. 8. Залежності величини фотоструму від товщини a – Si шару
в гетероструктурі, при опроміненні світлом з довжиною хвилі 0.47 мкм;
1 – розрахункова, 2 – експериментальна

аморфних структур з різною мірою гідрування. Експериментальні і теоретичні дослідження показали, що при концентраціях водню 30% і 40% в аргоново-водневій плазмі, використовуваних в цьому експерименті, в камері, при порівнянні товщини a – Si, виявлено оптимальну товщину (0.2 … 0.4 мкм), за якої значення величини фотоструму максимальні, і не змінюються, від зміни концентрації водню.

Отже, в загальному випадку провідність a-Si залежить, як від технології отримання аморфної структури, структури речовини, так і від напруженості прикладеного зовнішнього поля, температури, товщини плівки.

ВИСНОВКИ

1.  Розроблено чисельно-аналітичну модель процесу перенесення носіїв у напівпровідникових структурах на основі ГАМК з урахуванням щільності станів у щілині рухливості гідрогенізованого аморфного кремнію, що базується на загальному розв'язанні кінетичного рівняння і рівняння Пуассона та дозволяє проводити розрахунки характеристик фотоперетворюючих структур. Створений на основі запропонованої чисельно-аналітичної моделі пакет програм моделювання дозволив провести ряд досліджень аморфних кремнієвих структур і ГАМК, у результаті яких виявлено залежності основних фотоелектричних характеристик, таких як ефективність фотоперетворення, ВАХ від їх конструктивних параметрів.

2.  Уперше показано, що існує оптимальна товщина аморфного шару в ГАМК (0.2 … 0.4 мкм), за якої фотострум досягає свого максимального значення. Встановлено вплив міри гідрогенізації на провідність a - Si.

3.  Проведено порівняльний кількісний аналіз ВАХ аморфних структур і структур на основі ГАМК, який показав переваги використання останніх для фотоелектричного перетворення. Проводився розрахунок ККД в аморфних структурах і ГАМК, при цьому вдалося досягти ефективності фотоперетворення 14% в аморфних тонкоплівкових структурах і 16% в ГАМК.

4.  У результаті подальшого розвитку методу магнетронного напилення аморфних структур з використанням іонного джерела виявлено оптимальні технологічні режими напилення. Проведено оптимізацію і досліджено вплив концентрації водню в середовищі з аргоново-водневою плазмою на електричні і фізичні характеристики при побудові структур аморфного кремнію і багатошарових структур на основі ГАМК.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗДОБУВАЧА ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.  Bykov М. А. Optical spectral characteristics of thin-film constructions on the basis of hydrogenated amorphous silicon/ М. А. Bykov, A. S. Mazinov / Proceedings of SPIE. – 2005. –V. 6023. – P. 60230Q1-60230Q9.

2.  Bykov M. A. Research of spectral description films of amorphous hydrogenated silicon received by a magnetron method with the use of an ionic source/ N. I. Slipchenko, M. kov, A. S. Mazinov / Proceedings of SPIE. – 2008. – V. 7008. – P. 700811-1 – 700811-10.

3.  Быков свойств аморфных кремниевых пленок в зависимости от концентрации водорода в плазме / , , В // Учёные записки ТНУ. – 2006. – №10. – С.36 – 39.

4.  Быков физических процессов в аморфных кремниевых пленках при различной концентрации водорода в плазме /
, , // Вісник Сумського державного університету. Серія: фізика, математика, механіка. – 2008. – №1. – С.176 – 181.

5.  Быков токопереноса носителей в тонких фото­преобразующих пленках на основе a-Si:H / , , // Вісник Сумського державного університету. Серія: фізика, математика, механика – 2008. – №2. – С.151 – 156.

6.  Быков влияния концентрации водорода на свойства пленок аморфного гидрогенизированного кремния полученных магнетронным методом / // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2006. – №10. – С. 36 – 39.

7.  Быков фотогенерации и переноса носителей в структуре a-Si:H/c-Si / , , // Прикладная Радиоэлектроника – 2008. – №7(1). – С.71 – 77.

8.  Быков -аналитическая модель переноса носителей в фотопреобразователях на гетеропереходах a-Si:H - c-Si / , , // Автоматизированные системы управления и приборы автоматики. – 2007. – № 000. – С. 43 – 48.

9.  Быков модулей солнечных элементов на основе кристаллического кремния для систем кондиционирования воздуха / , , // Строительство и техногенная безопасность. – 2005. – №10. – С. 189 – 193.

10.  Быков рабочих режимов комплексной системы ВЭУ-ФЭП для автономного электроснабжения жилого дома котеджного типа / , , // Строительство и техногенная безопасность. – 2007. – №18. – С. 157 – 163.

11.  Быков фотоэлектрических преобразователей для систем климатконтроля / , , // Ученые записки КГПИУ. – 2006. – №6. – С. 67 – 70.

12.  Bykov M. A.. Structural and optical features of state-of-the-art industrial solar cells and units on their basis / M. A.Bykov., A. A.Mazinov, A. M.Bykov. // Technologies For Future Generations. International Home of Scientists «F. J.Curie» «St. St. Constantine and Helena». –Seaside Resort. – Varna. –2005. – P. 309–312.

13.  Bykov M. A. Optoelectronics priperties of hydrogenated amorphous films/ A. S. Mazinov, M. kov, A. V. Karavainikov // Abstracts of International Conference “Functional Materias” (ICFM-2005). – Партенит, 2005. – С.296.

14.  Быков характеристики аморфных тонкопленочных структур / , // Сборник трудов IV Международной конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники» – Санкт-Петербург, 2004. – С.75–76.

15.  Быков использование нетрадиционных и возобновляемых источников энергии на примере современных промышленных солнечных элементов на основе кристаллического кремния / , , // Матеріали VI Міжнародної конференції «Відновлювана енергетика XXI століття». – АР Крим, смт. Миколаївка, – 2005. – С.68–71.

16.  Быков качества сварных швов при использовании поляриметрических и голографических методов / , , // Труды I Международной научно-практической конференции «Защита окружающей среды, здоровье, безопасность в сварочном производстве». – Одесса, 2002. – С.671–675.

17.  Быков оптоэлектронных характеристик гетероструктур на основе аморфного и кристаллического кремния / , , // Сборник научных трудов 2-й Международной научной конференции «Электронная компонентная база. Состояние и перспективы развития». – Кацивели. – 2009. – С.40–43.

18.  Быков токопереноса в гетероструктуре аморфный-монокристаллический кремний / , , // Сборник научных трудов 3-й Международной научной конференции «Электронная компонентная база. Микро-, Опто и наноэлектроники» – Харьков-Кацивели. – 2010. – С.245–247.

АННОТАЦИЯ

Быков фотопреобразующих гетероструктур на основе аморфного и монокристаллического кремния. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.01 – физика приборов, элементов и систем. – Харьковский национальный университет радиоэлектроники, Харьков, 2011.

Диссертационная работа посвящена исследованию фотоэлектрических характеристик фотопреобразующей структуры на основе гетероструктур аморфный - монокристаллический кремний (ГАМК), увеличению эффективности структуры в комплексе с приемлемыми технологическими затратами на производство. Разработке численно-аналитической модели процесса переноса носителей в полупроводниковых структурах на основе ГАМК. Эта задача является актуальной, представляет теоретический интерес и имеет практическое значение.