Лазерное формирование наноразмерных структур и низкоотражающих поверхностей для фотоэлектрических преобразователей излучения и устройств квантовой электроники

• Автор: Зуев, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 05.27.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Шатура
• Количество страниц: 172 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ

ГЛАВА 1. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)
1.1. История и перспективы развития полупроводниковой фотовольтаики
1.2. Физические принципы работы фотоэлектрических преобразователей солнечного излучения (ФЭП)
1.2.1. Поглощение света полупроводником
1.2.2. Генерация фототока вр-п-переходе
1.2.3. Механизмы потерь энергии в ФЭП
1.3. Текстурирование поверхности полупроводников
1.4. Прозрачные токопроводящие покрытия
1.4.1 Общая характеристика оксида индия легированного оловом
(ЕъОзп)
1.4.2. Общая характеристика оксида цинка
1.5. Метод импульсного лазерного напыления для создания наноразмерных структур
1.5.1. Воздействие лазерного излучения на мишень
1.5.2. Разлет лазерного плазменного факела
1.5.3. Осаждение продуктов абляции на подложку и рост пленки
1.6. Выводы
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ ОБРАЗЦОВ
2.1. Экспериментальная установка для текстурирования поверхности полупроводников и импульсного лазерного напыления (ИЛН) наноразмерных структур
2.1.1. Модуль текстурирования образцов
2.1.2. Модули импульсного лазерного напыления

2.1.3. Система регистрации оптических характеристик лазерной плазмы
2.1.4. Модуль для зондовых исследований лазерного плазменного
факела
2.2. Создание керамических мишеней для ИЛН
2.3. Подготовка подложек
2.4. Методы исследования образцов
2.4.1. Электронная сканирующая микроскопия
2.4.2. Оптическая спектроскопия
2.4.3. Определение квантовой эффективности ФЭП
2.4.6. Рентгеновская дифракция
2.4.7. Атомно-силовая микроскопия
2.4.8. Электрические измерения
2.5. Выводы
ГЛАВА 3. ЛАЗЕРНОЕ ФОРМИРОВАНИЕ НИЗКООТРАЖАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ
3.1. Формирование лазерно-индуцированных микроструктур на
поверхности монокристаллического кремния
3.1.1. Определение порогов образования микроструктур в вакууме
3.1.2. Влияние газовой среды на формирование микроструктур
3.2. Создание низкоотражающей текстуры на поверхности мультикристаллического кремния (тс-Бф
3.2.1. Формирование лазерно-индуцированных микроструктур на
поверхности тс-$ лазерным излучением с длиной волны 532 нм
3.2.2. Кислотное травление текстурированной поверхности тс-5
3.2.3. Щелочное травление текстурированной поверхности тс-Б1
3.2.4. Текстурирование поверхности тс-§ лазерным излучением с длиной волны 248 нм
3.3. ФЭП на основе лазерно-текстурированной поверхности тс-Ъ
3.3.1. Создание ФЭП на основе структуры (п+рр+)тс-$1
3.3.2. Исследование фотоэлектрических параметров ФЭП
3.4. Выводы
ГЛАВА 4. ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ НАПЫЛЕНИЕ (ИЛН) НАНОРАЗМЕРНЫХ СТРУКТУР
4.1. Прозрачные высокопроводящие покрытия на основе !rbO,:Sn
4.1.1. Исследование динамики роста тонких пленок ІщОзЯп
4.1.2. Влияние условий роста на свойства пленок In203:Sn
4.1.3. Эффект Бурштейна-Мосса в тонких пленках In203:Sn
4.2. Прозрачные высокопроводящие покрытия на основе оксида цинка, легированного алюминием (ZnO:Al)
4.2.1. Исследование динамики роста тонких пленок ZnO:Al
4.2.2. Индуцированный легированием переход полупроводник-металл в наноразмерных пленках ZnO:Al
4.3. Создание множественных квантовых ям MgxZnj.xO/ZnO и исследование стимулированного излучения при оптической накачке
4.4. Фотоэлектрические свойства структур с /з-и-псреходом w-ZnO:Al/p-Si.l39
4.4.1. Создание омических контактов к пленке ZnO:Al и исследование механизма протекания тока
4.4.2. Создание и исследование ФЭП с/з-и-переходом n-ZnO:Al//>Si
4.5. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ. ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА, В КОТОРЫХ ПРЕДСТАВЛЕНЫ ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ

коэффициента поглощения света, например при Я = 900 нм, аэфф возрастает с 300 см"1 до 420 см’1 [14]. Кроме того, использование текстурированной поверхности позволяет приблизить область фотогенерации носителей заряда к /9-и-переходу, увеличивая коэффициент собирания носителей С>.
Применение текстурированной поверхности полупроводников в светоизлучающих диодах, позволяет увеличить коэффициент оптического вывода излучения (рис. 11) [27-29].

Рис. 11. Схема волноводов с гладкой (а) и текстурированной поверхностью (б). [27]
В волноводе с текстурированной поверхностью при каждом взаимодействии световой волны с поверхностью пределы волновода покидают один или несколько фотонов, что позволяет увеличить коэффициент оптического вывода излучения (например, в случае ИК-светодиодов ваАя до 50% [27]).
Традиционным способом текстурирования поверхности монокристаллических полупроводников является жидкое химическое травление, когда поверхность монокристалла травят вдоль направления кристаллических плоскостей [14,15]. Например, при изготовлении солнечных элементах на основе монокристаллического кремния (с-5/) используют анизотропное химическое травлении пластин в растворе щелочи в изопропиловом спирте с каталитическими добавками. Это позволяет снизить полное отражение до 10-15% в области спектра 300-1100 нм. Следует