Автореферат (1105258)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиХенкин Марк ВадимовичЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ, ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВАДВУХФАЗНЫХ ПЛЕНОК ГИДРОГЕНИЗИРОВАННОГО КРЕМНИЯСпециальность 01.04.10 – Физика полупроводниковАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква 20152Работа выполнена на кафедре полупроводников физического факультетаФедерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшегообразования «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова».Научный руководитель:Казанский Андрей Георгиевич, доктор физико-математических наук, главный научныйсотрудник, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшегообразования«МосковскийгосударственныйуниверситетимениМ.В.Ломоносова», физический факультет, кафедра полупроводников.Официальные оппоненты:Аронзон Борис Аронович, доктор физико-математических наук,начальник лаборатории магнитонаноэлектроники, Научно-исследовательский центр«Курчатовский институт»Хомич Александр Владимирович, кандидат физико-математических наук,Доцент, Фрязинский филиал Федерального государственного бюджетного учреждениянауки Института радиотехники и электроники им.

В.А. Котельникова Российскойакадемии наукВедущая организация:Физико-технический Институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук (ФТИ им. А.Ф.Иоффе)Защита диссертации состоится «__» _______ 2015 года в ____ на заседаниидиссертационного совета Д.501.001.70 при Московском государственном университетеим.

М.В.Ломоносова, по адресу: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинские горы, дом 1, стр. 35,конференц-зал Центра коллективного пользования.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова и в сети Internet по эл. адресу: http://phys.msu.ru/rus/research/disser/sovet-....../Автореферат разослан « » октября 2015 года.Ученый секретарь Диссертационного совета Д.501.001.70Кандидат физ.-мат. наук, доцентА.И. Ефимова3Общая характеристика работыАктуальность темы. Тонкие кремниевые пленки являются одним из широкоиспользуемых материалов современной оптоэлектроники.

В частности,использование гидрогенизированных кремниевых пленок, структура которыхсостоит из матрицы аморфного кремния (a-Si:H) и нанокристаллов кремния,в качестве активных слоев солнечных элементов позволяет добиться низкойстоимости ватта произведенной мощности. Интенсивные исследованияподобных двухфазных пленок с большой долей кристаллической фазы,названныхнанокристаллическимкремнием(nc-Si:H),привеликсущественному прогрессу в понимании структуры и электронных свойствматериала.Внастоящеевремяосновныеработывобластикремниевойтонкопленочной фотовольтаики ведутся в направлении поиска новыхматериалов, близких по характеристикам к a-Si:H, однако отличающихсяболее высокой стабильностью параметров по отношению к длительномуосвещению.

К таким материалам относятся пленки a-Si:H, содержащиемалую долю нанокристаллических кремниевых включений в аморфнойматрице.пленокВ зависимости от распределения нанокристаллов в структуреиособенностейпротокристаллическийпроцесса(pc-Si:H)ихиформированияполиморфныйвыделяют(pm-Si:H)гидрогенизированный кремний. В основе получения этих материалов лежитметод плазмохимического осаждения из газовой фазы (PECVD).

Несмотря наэффективность данных материалов для оптоэлектронных приложений,особенности их электрических, фотоэлектрических и оптических свойств,связанные с наличием нанокристаллов кремния в аморфной кремниевойматрице, остаются до конца неясными и требуют дальнейшего изучения.Среди различных методик формирования слоев двухфазного кремния вкачестве одного из наиболее технологичных методов рассматриваетсялазерный отжиг пленок a-Si:H.

Было показано, что при лазерном отжиге4происходит не только кристаллизация материала, но также изменениеморфологииповерхностипленок.Этоприводитксущественномуувеличению поглощения падающего на поверхность пленок света. Впоследние годы появились работы, в которых для кристаллизации a-Si:Hиспользуется интенсивное фемтосекундное лазерное излучение. В отличие отболее длительных импульсов, при фемтосекундной лазерной обработкевозможно многофотонное нелинейное оптическое поглощение в a-Si:H,приводящееквозникновениювполупроводникечрезвычайнонеравновесного состояния электронной подсистемы.

Это не только позволяетпроводить кристаллизацию однородно по всей толщине пленок, но такжеприводит к изменению механизмов модификации материала. В большинстверабот, посвященных фемтосекундной лазерной кристаллизации a-Si:H,изучалось изменение структуры модифицированных пленок. Однако внастоящее время практически отсутствуют данные об особенностяхизменения электрических и фотоэлектрических свойств пленок a-Si:H,модифицированных фемтосекундным лазерным излучением, а также данныеоб электронных процессах, определяющих эти свойства.Цель настоящей диссертационной работы состоит в установленииэлектронных процессов,определяющих оптические,электрическиеифотоэлектрические свойства двухфазных пленок гидрогенизированногокремния, а так же в выявлении влияния особенностей структуры пленок наданные процессы.Основные научные задачи работы:1) Проведениесистематическихисследованийспектральныхзависимостей коэффициента оптического поглощения, проводимости ифотопроводимостикристаллическихпленоквключений.a-Si:H,содержащихОпределениевлияниямалуюнадолюданныехарактеристики изменения структуры материала путем варьированияусловий его получения.52) Изучение влияния предварительного длительного освещения напроводимость,фотопроводимостьипоглощениепленокпротокристаллического и полиморфного гидрогенизированного кремния.3) Определение влияния нанокристаллических кремниевых включений вматрице аморфного кремния на механизмы генерации, переноса ирекомбинации неравновесных носителей заряда в пленках двухфазногогидрогенизированного кремния.4) Исследование механизмов модификации структуры пленок a-Si:Hфемтосекундными лазерными импульсами.

Определение влияния условийлазерной обработки пленок на объемную долю кристаллической фазы в ихструктуре и изменение морфологии их поверхности.5) Исследованиевлиянияструктурныхизменений,вызванныхфемтосекундной лазерной обработкой пленок a-Si:H, на электрические,фотоэлектрические и оптические свойства модифицированных пленок.6) Установление влияния процедуры пост-гидрогенизации пленок a-Si:H,кристаллизованных лазерными импульсами, на концентрацию водорода впленках и их фотоэлектрические характеристики.Методы исследования. Для решения поставленных задач использовалисьметоды структурного анализа (атомно-силовая, электронная и оптическаямикроскопия, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия), оптическиеметоды(спектроскопияфотолюминесценции),комбинационногоэлектрическиеирассеяниясвета,спектрыфотоэлектрическиеметоды(измерение темновой и фотопроводимости, их температурных зависимостей;измерение спектральных зависимостей коэффициента поглощения методомпостоянного фототока).Научная новизна.

В результате проведенных в диссертационной работеисследований получен ряд новых научных результатов по структурным,электрическим,фотоэлектрическимиоптическимдвухфазного гидрогенизированного кремния:свойствампленок61) Обнаружен эффект температурного гашения фотопроводимости приосвещении пленок pc-Si:H излучением с энергией кванта, меньшейшириныщелиподвижностиОбнаруженоa-Si:H.уменьшениекоэффициента поглощения, измеренного методом постоянного фототока, вобласти энергий квантов 1.2 - 1.5 эВ после освещения пленок pc-Si:Hмонохроматическим светом.2) Показано, что пленки pm-Si:H содержат кремниевые нанокристаллы,концентрация которых в аморфной матрице зависит от условий полученияpm-Si:H.Обнаружено,нанокристаллическихчтоналичиевключенийвиувеличениепленкахмалойдоливлияетpm-Si:H,нафотоэлектрические свойства пленок, в частности, вызывает увеличениекоэффициента поглощения, измеренного методом постоянного фототока, вобласти hν =1,2-1,5 эВ.3) Обнаружено, что увеличение температуры подложки при получении pmSi:H приводит к уменьшению эффекта фотоиндуцированного измененияэлектрическихифотоэлектрическихпараметровпленоки,соответственно, к увеличению стабильности их характеристик.4) Показано, что облучение пленок a-Si:H фемтосекундными лазернымиимпульсамипозволяетконтролируемымобразомпроводитькристаллизацию пленок.

Выбор условий лазерной обработки позволяетизменятьобъемнуюдолюкристаллическихвключенийиихраспределение по толщине пленки.5) Показано влияние условий фемтосекундного лазерного облучения наморфологию текстурированной поверхности, возникающей при лазернойкристаллизации a-Si:H. Продемонстрирована возможность формированияпериодических поверхностных наноструктур путем облучения a-Si:Hимпульсами с длительностью 300 фс и длиной волны в областипрозрачности материала.6) Показано,чтокристаллизацияпленокa-Si:Hфемтосекунднымилазерными импульсами приводит к существенному увеличению их7темновойпроводимостиислабомунемонотонномуизменениюфотопроводимости.

Показано, что малый вклад в фотопроводимостьмодифицированных пленок сформированных нанокристаллов связан с ихдегидрогенизацией в процессе модификации структуры материала.Продемонстрированаконцентрациивозможностьводородавчастичногооблученныхпленкахвосстановленияпутемихпост-гидрогенизации.Практическая ценность работы. Полученные в работе данные обэлектрическихифотоэлектрическихпараметрахпленокпротокристаллического и полиморфного кремния, их корреляции соструктурой пленок, а так же данные об их изменении под действиемдлительногоосвещения,могутбытьиспользованыдлясозданиятонкопленочных оптоэлектронных приборов, в частности, активных слоевсолнечных элементов. Полученные данные о влиянии условий полученияматериалов на их фотоэлектрические характеристики позволяют определитьоптимальные условия осаждения пленок для формирования эффективныхоптоэлектронныхструктур.Отмеченныевработеособенностифотопроводимости пленок pm-Si:H и pc-Si:H, связанные с присутствиемнанокристаллических включений в структуре этих материалов, могут бытьиспользованы для детектирования наличия малой доли нанокристаллов впленках.Полученные в работе данные об изменении структуры, проводимости,фотопроводимости и оптического поглощения пленок a-Si:H в результате егооблученияфемтосекунднымилазернымиимпульсамимогутбытьиспользованы при создании тонкопленочных полупроводниковых приборовна основе аморфного и нанокристаллического кремния и увеличенияэффективностиихработы.Обнаруженнаяполяризационнаячувствительность пленок с периодическими поверхностными структурами,сформированными в результате лазерной обработки пленок a-Si:H, может8быть использована для записи информации в данных полупроводниковыхматериалах.Основные положения, выносимые на защиту.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации