Влияние поверхностных состояний на собирание фотогенерированных носителей заряда в структурах с двусторонней чувствительностью

• Автор: Родоманов, Роман Робертович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 155 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Физика фотоэлектрического эффекта
1.1. Уравнения, описывающие фотоэлектрический эффект в твердотельных структурах
1.2. Генерация и рекомбинация носителей заряда
1.3. Механизм транспорта носителей заряда в структурах с п- и р- областями
1.4. Факторы, ограничивающие эффективность фотоэлектрических преобразователей
1.5. Высокоэффективные кремниевые фотоэлектрические преобразователи
1.6. Выводы к главе
Глава 2. Влияние поверхностных состояний на область пространственного заряда фотоэлектрических структур
2.1. Область пространственного заряда п-р-перехода
2.2. Влияние поверхностных состояний на область пространственного заряда п-р-перехода
2.3. Зависимость тока короткого замыкания от неравновесной плотности поверхностного заряда
2.4. Выводы к главе
Глава 3. Измерение спектральной чувствительности фотоэлектрических преобразователей
3.1. Анализ методик измерения спектральной чувствительности
3.1.1. Измерение спектральной чувствительности с использованием импульсного источника света
3.1.2. Измерение спектральной чувствительности с использованием монохроматора и дополнительной подсветки
3.2. Автоматизация измерения спектральной чувствительности фотоэлектрических преобразователей
3.2.1. Универсальный измерительный спектральный комплекс
3.2.2. Программируемый контроллер сбора и первичной обработки информации
3.3. Программа управления программируемым контроллером сбора и первичной обработки информации
3.4. Экспериментальные результаты и погрешности измерений

3.5. Выводы к главе
Глава 4. Собирание фотогенерированных носителей заряда в структурах с двусторонней чувствительностью
4.1. Модель собирания фотогенерированных носителей заряда в структурах с двусторонней чувствительностью
4.2. Измерение коэффициента отражения двусторонних фотоэлектрических преобразователей
4.3. Определение параметров вольт-амперной характеристики двусторонних фотоэлектрических преобразователей
4.4. Определение расположения локальных шунтов методом термографии
4.5. Влияние неравновесного поверхностного заряда наток короткого замыкания
4.6. Влияние неравновесного поверхностного заряда на коэффициент собирания двусторонних фотоэлектрических преобразователей
4.7. Выводы к главе
Заключение
Приложение 1. Описание основных узлов платы процессора
Приложение 2. Описание основных узлов и функций платы сопряжения с
цифровыми приборами
Приложение 3. Описание основных узлов блока сопряжения с шаговым
двигателем и ЦАП
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Внутренний фотоэлектрический эффект является основой функционирования широкого класса твердотельных преобразователей энергии электромагнитного излучения в электрическую. Технология изготовления фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) непрерывно совершенствуется, так что потери энергии в объеме наиболее эффективных структур сведены к минимуму. Это достигается использованием . исходного полупроводникового материала, очищенного от посторонних примесей и дефектов, уменьшением толщины сильно легированных слоев, контролем фзических и геометрических параметров неоднородных структур. В этих условиях возрастает доля потерь, обусловленных процессами на поверхности и границах раздела диэлектрик-полупроводник, полупроводник-полупроводник, металл-полупроводник. В отличие от генерационно-рекомбинационных процессов в объеме фотоэлектрических структур, поверхностные явления изучены не достаточно подробно. Исследовалась прежде всего зависимость эффективности фотоэлектрического преобразования от скорости поверхностной рекомбинации неравновесных носителей заряда. Достаточно хорошо изучены поверхностно-барьерные структуры. Влияние неравновесного поверхностного заряда на собирание фотогенерированных электронов и дырок в научной литературе ранее не рассматривалось.
Роль электронных состояний на поверхности тонкого эмиттера повышается при переходе к субмикронным и наномикронным технологиям создания приборов твердотельной электроники. Поэтому результаты, плученные в диссертационной работе, представляют интерес для понимания не только механизмов потерь энергии в фотоэлектрических преобразователях, но и процессов переноса заряда в субмикронных структурах.
Комплексные исследования электрофизических, тепловых и спектральных характеристик двусторонних кремниевых ФЭП с диэлектрической пленкой на текстурированной поверхности, имеющих структуру п+-р-р+ и р+-п-п+ типа с мелким несимметричным диффузионным п-р-переходом, позволили построить модель собирания фотогенерированных носителей заряда, учитывающую влияние неравновесного поверхностного заряда на эффективность собирания фотогенерированных носителей заряда в этих структурах. Показано, что генерационно-рекомбинационные процессы на поверхности или границе раздела диэлектрик-полупроводник приводят к изменению концентрации неравновесных носителей в поверхностной области, что влияет на

Глава 2. ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ СОСТОЯНИЙ НА ОБЛАСТЬ
ПРОСТРАНСТВЕННОГО ЗАРЯДА ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
СТРУКТУР
2.1. ОБЛАСТЬ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ЗАРЯДА М-Р-ПЕРЕХОДА
Большинство примесных профилей в р-п-переходах можно отнести к одному из двух предельных случаев: резкому переходу со ступенчатым распределением примеси и плавному переходу с линейным распределением примеси /20/. Ступенчатая аппроксимация обеспечивает адекватное приближение для сплавных переходов, мелких диффузионных переходов и ионно-имплантированных переходов. Линейная аппроксимация пригодна для глубоких диффузионных переходов.
В диссертационной работе исследуются фотоэлектрические структуры с мелким диффузионным п-р-переходом, поэтому рассмотрим модель перехода со ступенчатым распределением примеси /20, 25, 116/. Для резкого (ступенчатого) перехода характерно резкое изменение концентрации примесей в полупроводнике (от концентрации доноров Ир до концентрации акцепторов Ид). В частности, если Ыа»!^, то резкий р+-п-переход оказывается несимметричным. Схема распределения заряда в резком р+-п переходе показана на рис.2.1.
Рис. 2.1. Схема распределения объемного заряда в ступенчатом несимметричном р-п-переходе
При тепловом равновесии электрическое поле в нейтральных областях полупроводника (достаточно далеко удаленных от перехода) равно нулю. Поэтому общий отрица-