УДК 621.315.592
advertisement
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.
