WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 4 Фоточувствительность тонкопленочных структур на основе лазерно-осажденных слоев CuIn(TexSe1-x)2 © И.В. Боднарь, В.Ф. Гременок, В.Ю. Рудь, Ю.В. Рудь† Государственный университет информатики и радиоэлектроники, 220027 Минск, Белоруссия Санкт-Петербургский государственный технический университет, 195251 Санкт-Петербург, Россия † Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 27 мая 1997 г. Принята к печати 29 мая 1997 г.) Методом лазерного осаждения были получены тонкие пленки твердых растворов CuIn(TexSe1-x)2, где 0 < x < 1, обладающие халькопиритной структурой. Используя полупрозрачные слои индия, на основе полученных пленок изготовлены диоды Шоттки. Путем освещения структур через In-контакт исследована спектральная зависимость фоточувствительности, как функция соотношения между Te и Se. Анализ экспериментальных результатов показал, что область спектральной чувствительности таких тонкопленочных структур зависит от содержания теллура в слоях CuIn(TexSe1-x)2.

Введение Результаты и их обсуждение Тройные халькопиритные полупроводники ABC2 Гомогенность полученных пленок и структур кон(A — Cu, Ag; B — Al, Ga, In; C — S, Se, Te) в тролировались рентгеновским методом на установке настоящее время привлекают пристальное внимание ДРОН-3М с использованием CuK-излучения и никелеисследователей как перспективные материалы для вого фильтра. На дифрактограммах твердых растворов создания различных оптоэлектронных устройств [1–3].

присутствовала система линий, соответствующая струкНаиболее интересным соединением из указанного туре халькопирита, характерной для образующих эту класса является селеноиндиат меди, на основе систему тройных соединений CuInSe2 и CuInTe2. Накоторого разработаны и изготовлены солнечные блюдаемое разрешение высокоугловых линий указывает элементы с КПД выше 16% [4], обладающие более на достаточную гомогенность полученных пленок.

высокими по сравнению с аналогичными элементами Атомный состав пленок определялся с помощью скана основе кремния и арсенида галлия стабильностью и нирующего электронного микроскопа типа JEOL. Резульрадиационной стойкостью [3].

таты этих измерений представлены в таблице. Видно, что Рядом исследователей было также показано, что пленсостав пленок в пределах реализованной в этих измереки на основе твердых растворов CuIn(TexSe1-x)2 могут ниях точности ( 4%) удовлетворительно соответствует успешно применяться в качестве активных слоев термосоставу вещества, которое использовалось в качестве фотовольтаических систем для преобразования излучеисточника.

ния в спектральном диапазоне 0.5–1.0 эВ [5–8].

В настоящей работе приводятся результаты исследо- Однородные пленки твердых растворов ваний фоточувствительности тонкопленочных структур CuIn(TexSe1-x)2 использовались в качестве исходных на основе лазерно-осажденных слоев твердых растворов при создании фоточувствительных структур нескольких CuIn(TexSe1-x)2. типов. Один из них представлял собой оптический контакт, который создавался прижимом поверхности пленок твердых растворов к поверхностям естественного Получение пленок скола слоистых полупроводников n-InSe и n-GaSe. Такие структуры обнаружили достаточно значительную Для получения пленок использовался лазер ГОС-1001, фоточувствительность ( 103 В/Вт) при освещении со работающий в режиме свободной генерации на длистороны полупроводников III–VI. Фоточувствительность не волны = 1.06 мкм при длительности импульса этих анизотипных структур доминировала в области 10-3 с. Осаждение пленок осуществлялось на стеклянфундаментального поглощения кристаллов III–VI, что ные подложки при Tp = 430-470C и давлении в обусловлено их более высоким сопротивлением камере (2-4) · 10-5 Тор серией импульсов с энергией по отношению к пленкам твердых растворов 180–200 Дж и плотностью потока энергии на мишени CuIn(TexSe1-x)2 и, соответственно, локализацией (3 5) · 105 Дж/см2 по методике, описанной ранее [9–11].

Толщина пленок на активной площади 2см2 в зави- слоя объемного заряда в основном в толще кристаллов InSe и GaSe. Поэтому фоточувствительность в области симости от числа импульсов составляла 0.4–1.2 мкм. В качестве распыляемых мишений использовались крупно- фундаментального поглощения CuIn(TexSe1-x)2 такие блочные слитки CuIn(TexSe1-x)2 диаметром 12–16 мм. структуры не давали возможности наблюдать.

Фоточувствительность тонкопленочных структур на основе лазерно-осажденных слоев CuIn(TexSe1-x)2 Результаты анализа состава соединений CuInSe2, CuInTe2 и твердых растворов CuIn(Se1-xTex)Медь, ат% Индий, ат% Теллур, ат% Селен, ат% эксперимент эксперимент эксперимент эксперимент расчет расчет расчет расчет кристалл пленка кристалл пленка кристалл пленка кристалл пленка 25.00 24.85 25.42 25.00 25.07 24.62 50.00 50.33 50.82 - - 25.00 25.32 26.84 25.00 25.61 25.07 42.51 42.00 41.22 7.50 7.18 6.25.00 24.88 25.02 25.00 25.00 25.23 24.54 25.12 24.70 25.00 24.30 26.25.00 25.29 24.73 25.00 24.63 25.08 15.00 14.99 15.20 35.00 35.08 35.25.00 24.65 25.42 25.00 25.20 24.98 - - - 50.00 50.10 49.Вторым типом созданных нами структур были фотонов при определенном для каждого состава твердого поверхностно-барьерные, полученные термическим оса- раствора значении в спектральных зависимостях ждением на наружную поверхность полупрозрачных ( ) образуется ступенька (кривые 1 и 2) или излом слоев индия площадью 2 2 мм через маску. При (кривые 3–5). На вставке представлена зависимость освещении таких структур со стороны барьера ме- энергетического положения этих особенностей от талл/полупроводник, а также со стороны пленок твердых состава пленок в сопоставлении с пунктирной прямой, растворов барьерный контакт всегда заряжался отрица- соединяющей значения ширин запрещенных зон тройных тельно и знак заряда не изменялся во всей области фо- соединений CuInSe2 и CuInTe2 [2,12]. В области точувствительности полученных структур при всех воз- составов x > 0.3 особенности в спектрах квантовой можных геометриях освещения. Это позволяет считать, эффективности совпадают с пунктиром и это позволяет что обнаруженный фотовольтаический эффект опреде- связать длинноволновый экспоненциальный край ( ) ляется разделением фотогенерированных пар единствен- с межзонным поглощением в пленке полупроводника ной активной областью, возникающей на границе индия с соответствующим значением x. С падением x < 0.с полупроводником. Фоточувствительность, как правило, доминирует при освещении этих структур со стороны барьерного контакта. Для лучших структур, которые удалось получить на пленках с содержанием теллура в области 30–50 мол%, максимальная токовая фоточувствительность достигает 1 мА/Вт при T = 300 K. Необходимо также отметить, что полученные спектральные зависимости фототока короткого замыкания, который был пропорционален плотности потока падающего излучения, пересчитывались на равное число падающих фотонов и поэтому фактически отражают относительную квантовую эффективность процессов фотопреобразования естественного излучения с помощью таких элементов. При сканировании поверхности барьерного контакта фотоэлектрические параметры хорошо воспроизводились от точки к точке, что позволяет считать пленки полученных твердых растворов достаточно однородными (диаметр светового зонда 0.2–0.4 мм).

На рисунке представлены типичные спектральные зависимости относительной квантовой эффективности фотопреобразования полученных структур In/CuIn(TexSe1-x)2 при комнатной температуре и в условиях освещения естественным излучением вдоль нормали к фотоприемной плоскости. Из рисунка видно, что, несмотря на изменения атомного состава твердых Спектральные зависимости относительной квантовой эффекрастворов, во всем диапазоне концентраций спективности фотопреобразования структур In/p-CuIn(TexSe1-x)тральные зависимости фоточувствительности остаются при T = 300 K; x, мол%: 1 —0, 2 —0.7, 3 —0.5, 4 —0.3, сходными. С ростом энергии фотонов выше 0.8 эВ 5 — 0.15. На вставке — зависимость ширины запрещенной фоточувствительность подчиняется экспоненциальному зоны твердых растворов от состава (6 — энергетическое закону с крутизной S = (ln )/( ) 30-50 эВ-1, положение особенностей длинноволнового края в спектрах отчто не противоречит предположению о прямой струк- носительной квантовой эффективности, 7 — значения ширины запрещенной зоны тройных соединений согласно [2,13]).

туре зон в исследованных пленках. С ростом энергии Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 460 И.В. Боднарь, В.Ф. Гременок, В.Ю. Рудь, Ю.В. Рудь указанные особенности спектральной зависимости ( ) [4] H.-W. Schock. Sol. Energy Mater.: Solar Cells., 34, 19 (1994).

[5] E.S. Vera, J.J. Laferskii, N. Spitzer. Proc. 4th European Int.

начинают смещаться относительно пунктирной линии в Conf. on Photovoltaic Solar Energy Conversion. (Italy, низкоэнергетическую область, что может указывать на 1996). p. 659.

связь длинноволновой границы фоточувствительности с [6] M. Quitero, J.C. Wooley. J. Appl. Phys., 55, 15 (1984).

ростом вклада в фотоактивное поглощение достаточно [7] R. Diaz, M. Leonard, F. Ruenda. J. Vac. Sci. Technol. A, 10, мелких уровней дефектов. Следует также отметить, 3295 (1992).

что, несмотря на столь сильную вариацию состава [8] M. Leonard, R. Diaz, F. Ruenda. J. Vac. Sci. Technol. A, 12, пленок (x = 0 1), длинноволновый край смещается 3082 (1994).

относительно слабо и это обусловлено, соответственно, [9] V.F. Gremenok, E.P. Zaretskaya, I.V. Badnar, Yu.V. Rud’, малым влиянием эффекта позиционного замещения M.A. Magomedov. Thin Sol. Films, 232, 139 (1993).

атомов теллура на селен на ширину запрещенной [10] Е.П. Зарецкая, В.Ф. Гременок, И.А. Викторов, И.В. Бодзоны полученных твердых растворов [2,12]. С нарь. Письма ЖТФ, 22, 53 (1988).

[11] В.Ф. Гременок, И.А. Викторов, М.В. Якушев, В.В. Киндяк.

дальнейшим ростом энергии фотонов, как видно Письма ЖТФ, 22, 9 (1996).

из рисунка, при всех составах пленок наблюдается [12] Физико-химические свойства полупроводников. Спрарост фоточувствительности. Следовательно, в вочник (М., Наука, 1979).

полученных поверхностно-барьерных структурах [13] Н.Н. Константинова, М.А. Магомедов, В.Ю. Рудь, удается подавить рекомбинацию на поверхности пленок Ю.В. Рудь. ФТП, 25, 2047 (1991).

твердых растворов. Одновременно этот факт также [14] Н.Н. Константинова, М.А. Магомедов, В.Ю. Рудь, указывает на то, что предложенный режим лазерного Ю.В. Рудь. ФТП, 26, 558 (1992).

осаждения дает возможность получить пленки твердых Редактор В.В. Чалдышев растворов с достаточно совершенной (с точки зрения рекомбинации носителей) наружной поверхностью, не Photosensitivity of laser-deposited прибегая к какой-либо дополнительной обработке. Рост фоточувствительности в глубине фундаментального CuIn(TexSe1-x)2 thin film structures поглощения твердых растворов CuIn(TexSe1-x)I.V. Bodnar, V.F. Gremenok, V.Yu. Rud’, Yu.V. Rud’† находится в качественном соответствии со спектральной зависимостью коэффициента оптического поглощения Belorussian State University в тонких пленках CuInSe2 [2,13,14]. Поэтому есть of Informatiсs and Radioelectronics, основания из обнаруженного коротковолнового 220027 Minsk, Belarus роста фоточувствительности поверхностно-барьерных St.Petersburg Technical University, структур судить также и о спектре оптического 195251 St.Petersburg, Russia † поглощения тонких пленок, полученных импульсным A.F. Ioffe Physicotechnical Institute, лазерным осаждением [9].

Russian Academy of Sciences, В целом представленные результаты дают основание 194021 St.Petersburg, Russia сделать вывод о том, что технология создания пленок CuIn(TexSe1-x)2 может найти применение при констру-

Abstract

Thin polycrystalline layers of quaternary alloys ировании высокоэффективных тонкопленочных преобра- CuIn(TexSe1-x)2 with 0 < x < 1 of chalcopyrite structure have been prepared by laser-assisted evaporation. Schottky barries have зователей солнечного излучения.

been formed on the deposited films using indium. By illuminating Следует также специально отметить и то обстоятельthe samples through the semicotransparent indium contact, the ство, что попытка наблюдать естественный фотоплеохроspectral dependence of the photocurrent on the atomic composition изм в полученных структурах не привела к обнаружению has been investigated. The analysis of some preliminary data on какой-либо зависимости фоточувствительности от поляthe structures examined is presented. It is shown that the region of ризации падающего излучения [13,14]. Этот результат spectral photosensitivity can be controlled by varying the tellurium может быть связан с поликристаллическим строением content in CuIn(TexSe1-x)2 thin films.

пленок, указывая одновременно на отсутствие в них FAX: (375)–(172)–310914 (Боднарь) выраженной текстуры.

E-mail: cit@micro.rei.minsk.by (Боднарь) Список литературы [1] J.L. Shay, J.H. Wernick. Temary Chalcopyrite Semiconductors: Growth, Electronic Properties and Applications (N.Y., Pergamon Press, 1975).

[2] Copper Indium Diselenide for Photovoltaic Applications, ed. by T.J. Coutts, L.L. Kamerskii, S. Wagner (Amsterdam, 1985).

[3] Современные проблемы полупроводниковой фотоэнергетики, под ред. Т. Коутса, Дж. Микина (М., Мир, 1988).




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.