WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Журнал технической физики, 2002, том 72, вып. 6 06;07;12 Влияние гамма-облучения на характеристики фотопреобразования барьерных структур металл–арсенид галлия с текстурированной границей раздела © Н.Л. Дмитрук, О.Ю. Борковская, Р.В. Конакова, И.Б. Мамонтова, С.В. Мамыкин, Д.И. Войциховский Институт физики полупроводников НАН Украины, 03028 Киев, Украина e-mail: nicola@dep39.semicond.kiev.ua (Поступило в Редакцию 16 октября 2001 г.) 60 Проведено сравнительное исследование влияния -облучения Co в диапазоне доз 103-2·105 Gy на характеристики фотопреобразования и темновые ВАХ солнечных элементов (СЭ) поверхностно-барьерного типа (Au/GaAs) в зависимости от морфологии микрорельефа границы раздела, создаваемого с целью увеличения эффективности фотопреобразования. Показано, что из двух типов морфологии микрорельефа (дендритный и квазирешеточный), полученных методом химического анизотропного травления (100) поверхности n-GaAs, более перспективным для использования в СЭ, особенно космического назначения, является микрорельеф квазирешеточного типа, поскольку он позволяет получить СЭ с большей эффективностью и радиационной стойкостью.

Введение емого способом химического анизотропного травления поверхности GaAs.

Солнечные элементы с барьером Шоттки на основе GaAs перспективны для использования в космосе как Технология и методика эксперимента в силу возможности получения высокого отношения коэффициента полезного действия (КПД) к весу элеБарьерные структуры Au/GaAs изготавливалиь по мента, так и вследствие более высокой по сравнепланарной технологии термическим напылением в ванию с Si стойкости к жесткой радиации (высокоэнеркууме полупрозрачного слоя золота на подготовленгетические протоны и электроны) [1–4]. Более того, ные пластины n-GaAs с Nd = 1-3 · 1016 cm-3 при в определенном диапазоне доз облучения быстрыми температуре подложки +120C. Омический контакт 60 электронами и -квантами Co наблюдается эффект создавался на тыльной стороне пластины вплавленирадиационно-стимулированного упорядочения или гетем индия. Исследовались два типа морфологии микротерирования рекомбинационно-активных центров, прорельефа (100) поверхности GaAs, перспективных для являющийся в увеличении длины диффузии носителей использования в фотодетекторах [8] и солнечных элетока и уменьшении скорости рекомбинации на границе ментах [9]: дендритоподобный, полученный травлением раздела [5,6] (так называемый „эффект малых доз“). При в концентрированной кислоте HNO3, и типа квазирешетэтом граница раздела выполняет роль стока исходных и ки (система ориентированных вдоль направления [110] радиационных дефектов, поэтому как величина эффекта, V -образных канавок с периодом повторения, варьируетак и область доз его существования зависят от стемым по поверхости в определенных пределах), создавапени ее структурного совершенства и наличия полей емый травлением в смеси 2HF : 2H2SO4 : 1H2O2. Степень механических напряжений в приграничной области [7].

развития микрорельефа варьировалась режимом травОдним из наиболее эффективных способов повышения ления (длительность, температура). Поверхность плосКПД таких элементов является текстурирование его ких образцов обрабатывалась в полирующем травителе.

активной границы раздела. При выборе морфологии Перед напылением золота, слои оксида, образующиеся микрорельефа и способа его формирования обычно в процессе анизотропного травления, стравливались в исходят из его влияния на оптические и рекомбинарастворе HCl, т. е. окончательная химическая обработка ционные параметры структуры, т. е. на эффективность пластин была одинаковой. Напыление золота осущефотопреобразования. Однако для применения в космосе ствлялось одновременно на все пластины GaAs и на необходимо учитывать также влияние морфологии миккварцевую пластину-спутник, используемую для опредерорельефа на радиационную стойкость структур. Усталения толщины и оптических параметров слоя золота новлению такой зависимости и посвящена настоящая методами многоугловой эллипсометрии и спетроскопии работа.

отражения и пропускания. Морфология поверхности В работе исследовано влияние воздействия -из- исследовалась с помощью сканирующего микроскопа лучения Co на характеристики фотопреобразования атомных сил (МАС) Nanoscope „Dimension 3000“ с барьерных структур металл (Au)–GaAs с различной острием из нитрида кремния в режиме „tapping mode“.

морфологией микрорельефа границы раздела, создава- Для определения параметров полупроводника и границы Влияние гамма-облучения на характеристики фотопреобразования барьерных структур... Рис. 1. Микрорельеф поверхности GaAs: a — дендритоподобный; b — квазирешеточный; c, d — соответствующие им профили (для d сечение проходит перпендикулярно линиям решетки).

раздела измерялись темновые вольт-амперные харак- поверхости и др.), учитываемые при расчете спектра теристики (ВАХ) и высокочастотные (1MHz) вольт- пропускания света в полупроводник, необходимого для фарадные характеристики (ВФХ). определения рекомбинационных параметров границы Измерялись спектральные зависимости фототока ко- раздела [9].

роткого замыкания диодов и световые ВАХ на ими- С увеличением степени развития микрорельефа типа таторе солнечного излучения, изготовленном на осно- квазирешетки увеличивается как глубина рельефа (hmax), ве лампы с вольфрамовой нитью накаливания и ка- так и основной период повторения расположения каналиброванном с помощью эталонного кремниевого сол- вок (a). Так, для двух стадий анизотропного травления нечного элемента. Облучения -квантами Co осу- получено: hmax = 0.3 и 1.2 µm, a 0.6 и 1.4–2 µm соответственно. При этом угол наклона микрограней ществлялось на установке МРХ–-25M в диапазоне относительно плоскости образца также увеличивается доз 103-2 · 105 Gy.

от 32–42 до 45–48. В то же время микрорельеф дендритного типа в силу его эволюции от пирамидальноРезультаты эксперимента призматических форм к дендритоподобным [10] отлии их обсуждение чается большей сложностью, в том числе наличием микроплоскостей, расположенных как под углом 40–45, На рис. 1 показаны МАС изображения микрорельефа так и под большими углами 65. Последнее, в повехности GaAs исследуемых морфологий, а также частности, проявляется в большем усилении поля на профили микрорельефа. Их анализ позволяет опреде- участках микрорельефа с большей кривизной и соотлить как статистические параметры микрорельефа, так ветственно в большем вкладе термополевого механизма и геометрические (в частности угол наклона микрогра- в токопрохождение барьерных структур [11]. Это сленей рельефа к плоскости образца, увеличение площади дует из анализа прямых ветвей ВАХ, представленных Журнал технической физики, 2002, том 72, вып. 46 Н.Л. Дмитрук, О.Ю. Борковская, Р.В. Конакова, И.Б. Мамонтова, С.В. Мамыкин, Д.И. Войциховский Рис. 2. Прямые (a) и обратные (b) темновые ВАХ диодов Au/GaAs с плоской (1) и текстурированной (2–5) границей раздела.

2, 3 — микрорельеф типа квазирешетки; 4, 5 — дендритоподобный (3 и 5 соответствуют более развитому микрорельефу).

на рис. 2 для структур с различным микрорельефом метра неидеальности n (в области больших смещений) в границы раздела. Он свидетельствует о том, что наряду случае структур с развитым микрорельефом. Последнее, с термоэмиссионным и рекомбинационным механиз- однако, может быть также связано с меньшей величиной мом токопрохождения [12] необходимо учитывать также промежуточного слоя на границе раздела и/или большей термополевую составляющую тока, которая проявля- плотностью граничных состояний, заполнение которых ется как кажущееся уменьшение высоты барьера на определяется обменом с металлом.

некоторых участках поверхности. Учет распределения На рис. 3, a показаны световые ВАХ, а на рис. 3, b — высоты барьера по поверхности диодной структуры [13], спектры фототока короткого замыкания исследуемых более широкого в случае микрорельефа дендритной поверхностно-барьерных структур. Как видно, ток коморфологии, позволяет описать как увеличение тока на роткого замыкания Isc увеличивается с увеличением начальном участке ВАХ, так и меньшее значение пара- степени развития микрорельефа по сравнению с плосЖурнал технической физики, 2002, том 72, вып. Влияние гамма-облучения на характеристики фотопреобразования барьерных структур... Рис. 3. Световые ВАХ (a) и спектральные зависимости фототока короткого замыкания (внешней квантовой эффективности) (b) фотопреобразователей Au/GaAs с плоской (1) и текстурированной (2–5) границей раздела. 2, 3 — микрорельеф типа квазирешетки;

4, 5 — дендритоподобный (3 и 5 соответствуют более развитому микрорельефу).

кой структурой (приблизительно в 3 раза в случае Соответственно и КПД у последних имеет наибольшее микрорельефа типа квазирешетки и приблизительно в значение.

3.2 раза для развитого дендритного микрорельефа), Исследование показало, что влияние -облучения однако напряжение холостого хода Voc увеличивает- сильнее проявляется на структурах с более развитым ся в меньшей степени: в 1.3 раз для квазирешет- микрорельефом. Так, эффект малых доз, проявляющийся ки и в 1.25 и 1.16 раз для дендритного мик- в уменьшении скорости поверхностной рекомбинации на рорельефа, менее и более развитого соответственно. границе раздела, увеличении длины диффузии неосновФактор заполнения световых ВАХ FF у структур с ных носителей тока Lp, высоты барьера в контакте B и дендритным микрорельефом меньше, чем у плоских, уменьшении параметра неидеальности n наблюдается на а также структур с квазирешеточным микрорельефом. структурах с дендритным и более развитым квазирешеЖурнал технической физики, 2002, том 72, вып. 48 Н.Л. Дмитрук, О.Ю. Борковская, Р.В. Конакова, И.Б. Мамонтова, С.В. Мамыкин, Д.И. Войциховский точным микрорельефом в области доз, < 104 Gy (рис. 4).

Из параметров световых вольт-амперных характеристик наиболее чувствителен к облучению ток короткого замыкания Isc, как и в случае плоских структур на основе Si и GaAs [1–4], облучаемых высокоэнергетическими электронами и протонами. На рис. 5 показаны спектры относительного измерения фототока облученных диодов с развитым микрорельефом для улучшающей ( 103 Gy) и ухудшающей ( 2 · 105 Gy) доз облучения. Видно, что основной эффект -облучения, практически не зависяРис. 5. Спектральные зависимости отношения фототока облученной структуры к фототоку необлученной для случая развитого микрорельефа границы раздела типа квазирешетки (1, 2) и дендритоподобного (3, 4). (1, 3) — структуры, облученные дозой 103 Gy, 2, 4 —2 · 105 Gy.

щий от длины волны, связан с влиянием на скорость рекомбинации на границе раздела [14]. Ухудшение световых ВАХ начинается с доз > 105 Gy. Наименее устойчивы структуры с развитым микрорельефом дендритного типа, для них наблюдается ухудшение КПД порядка 5% от исходного значения при дозе 2 · 105 Gy. Наиболее радиационно устойчивы структуры с микрорельефом типа квазирешетки, для которых ухудшение КПД не превышает 2% от исходного значения.

Таким образом, развитый микрорельеф границы раздела металл/GaAs с углами наклона микрограней (дендритного типа), хотя и обеспечивает большие значения фототока короткого замыкания, менее подходит для использования в солнечных элементах космического назначения, чем микрорельеф типа квазирешетки (по крайней мере без использования специальных пассивирующих обработок [14,15]) как в плане обеспечения большего значения КПД, так и в отношении стойкости к проникающей радиации.

Список литературы [1] Wysocki J. // J. Appl. Phys. 1963. Vol. 34. N 9. P. 2915.

[2] Gebert H., Edmund J. // J. Elecrochem. Soc. 1978. Vol. 125.

N 4. P. 678.

[3] Григорьева Г.М., Грилихес В.А., Звягина К.Н. и др. // Гелиотехника. 1989. № 1. С. 8–12.

[4] Бакиров М.Я. // Гелиотехника. 1991. № 6. С. 32–39.

[5] Borkovskaya O.Yu., Dmitruk N.L., Konakova R.V. et al. // Rad. Eff. 1979. Vol. 42. N 3/4. P. 249–251.

Рис. 4. Дозовые зависимости фактора идеальности n (a), [6] Борковская О.Ю., Дмитрук Н.Л., Конакова Р.В. и др. // высоты барьера b (b) диодов Au/GaAs и длины диффузии ФТП. 1986. Т. 20. Вып. 9. С. 1640–1646.

неосновных носителей тока в GaAs (c) для случая тек- [7] Борковская О.Ю., Дмитрук Н.Л., Литовченко В.Г., Мистурированной границы раздела. 1, 2 — микрорельеф типа щук О.Н. // ФТП. 1989. Т. 23. Вып. 2. С. 207–212.

квазирешетки; 3, 4 — дендритоподобный (2 и 4 соответствуют [8] Dmitruk N.L., Borkovskaya O.Yu., Mayeva O.I., Mamonболее развитому микрорельефу). tova I.B. // Sensors & Actuators A. 1999. Vol. 75. P. 151–155.

Журнал технической физики, 2002, том 72, вып. Влияние гамма-облучения на характеристики фотопреобразования барьерных структур... [9] Dmitruk N.L., Borkovskaya O.Yu., Mamontova I.B., Mamykin S.V. // Solar Energy Mater. & Solar Cells. 2000. Vol. 60.

P. 379–390.

[10] Горбач Т.Я., Пидлисный Е.В., Свечников С.В. // Оптоэлектроника и полупроводн. техн. 1988. Вып. 13. С. 34–39.

[11] Борковская О.Ю., Горбач Т.Я., Дмитрук Н.Л., Мищук О.Н. // Электронная техника. Сер. 2. 1989. № 5.

С. 50–55.

[12] Борковская О.Ю., Дмитрук Н.Л., Войциховский Д.И. и др. // Поверхность. 1999. № 8. C. 87–91.

[13] Dmitruk N.L., Borkovskaya O.Yu., Dmitruk I.N. et al. // Proc.

of ICFSI-8. Sapporo, 2001.

[14] Дмитрук Н.Л., Борковская О.Ю., Мамонтова И.Б. // Гелиотехника. 1998. № 5. С. 3–10.

[15] Дмитрук Н.Л., Борковская О.Ю., Мамонтова И.Б. // ЖТФ. 1999. Т. 69. Вып. 6. С. 132–134.




© 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.