1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 4
Текст из файла (страница 4)
На рис. 1.7,а показана блок-схема установки для проведения измерений по данному методу. Синхронный усилитель периодически, в режиме импульсного напряжения смсщения, включает измеритель вольт-фарадных характеристик. Если в обедненной области образца, содержащего р — п-переход или барьер Шоттки, имеются глубокие примесные уровни, то при помощи синхронного усилителя обнаруживается переходный процесс, характеризующийся экспоненциальным изменением емкости. Амплитуда измерясмого сигнала пропорциональна концентрации примесей на глубоких уровнях, а постоянная времени переходного процесса зависит от вероятности опустошения ловушек в результате термоэмиссии. На рис.
1.7, б схематически изображены синхронизирующий сигнал и сигнал, поступающий на вход синхронного усилителя. Измерения проводятся на фиксированной частоте при температуре образца, изменяющейся от температуры жидкого азота (77 К) до комнатной и выше. Прн определенной температуре, когда скорость опустошения ловушек соответствующим образом согласуется с частотой измерений, амплитуда сигнала достигает максимального значения, которое пропорционально плотности ловушек. Таким образом, измерение температурной зависимости сигнала позволяет идентифицировать ловушки, обусловливающие переходный процесс. Спектр глубоких уровней, который соответствует температур- !в Глава 1 Импцпнс смещена и сына 1 МГн 1 1 0,5та 1 1 О,зтв 1 м + ~о1т, Рис.
1.7. Блок-схема установки для измерений по методу емкостной спектроскопии глубоких уровней Га) и схематическое изображение весовой фтт1кции и сигнала на входе синхронного усилителя [б) [26]. [1. 12) Здесь д — степень вырождения уровня; М, (или М,) — эффективная плотность состояний в зоне, с которой взаимодействуют носители, захваченные ловушками; о — сечение захвата; 1)!— ной зависимости выходного сигнала синхронного усилителя, регистрируется с помощью двухкоординатного графопостроителя. Типичные спектры глубоких уровней 1271 поликристаллических элементов с гетсропереходом Снз8 — СЖ показаны на рис. 1.8,а.
Участки, соответствующие ловушкам различного типа, обозначены символами В, 1) и В. Энергию активации ловушки можно определить исходя из того, что при изменении длительности импульса Ти положение максимума амплитуды выходного сигнала смещается в другую температурную область [26). Если сечение захвата ловушки не зависит от температуры, то скорость опустошения ловушки при температуре, соответствующей максимуму амплитуды, равна Ю с Е О (г)эч-( )Эс7 Ю„ н-" ю со" Ю О ндооохсд~ сгдсо ошооссонд й х о ах о хо О 3 о ос х о Ф а О' х а х со "О ого ОС О З о П О.х о х Б й хо о о со 0 х Ог О о х х ю >. йхо х о о =5 а о о с- х о х с хо с о р о~ХО О х ! о оно о х н.
Х х о ахХ х ,О сг Ю Ю Ю Ю донггг оонооссдо х ох ао ~О о*о то о о. х й о х с о о О Х'О а О о о х о о хор охо х ,с .с х о о о о Л 0 о -с ао хо о О х ог о " - Б-' 'О аю о аог 2 а Рог 2о Глава 1 тепловая скорость и ЛŠ— энергия активации ловушки.
Поскольку произведение №'г'! пропорционально Т', энергию активации ловушки можно найти, используя графики зависимости 1ц(е Т') от 1)Т. Зависимости е(То от 1[Т для нескольких типов ловушек, характерных для поликристаллического С65, представлены на рис. 1.8, б [27]. На практике величина е, равная 1!т, определяется с помощью соотношения [26] ЛС,ехр ( — ~ ) ~1 — ехр(-- )1 (1.13) Здесь Т. — выходной сигнал синхронного усилителя, 6,— коэффициент усиления измерителя емкости, Оь — коэффициент усиления усилителя.
Физический смысл величин Те, Та и ЛСо поясняет рис. 1.7, б. Постоянная времени тр переходного процесса, соответствующего максимальной амплитуде выходного сигнала синхронного усилителя, входит в соотношение [26] (1+ Те) — ехр( Те )~ е (1 , .Те )1 (1.14) Из (1.13) и (1.14) следует, что величина е (или тр переходного процесса) при температуре, характерной для максимума амплитуды, определяется значениями Те и Тж Если длительность импульса достаточна для заполнения всех ловушек, распределение концентрации ловушек и легирующих примесей пространственно-однородно и для концентрации ловушек Л~т выполняется соотношение Мт<<Л!л — Уш то (1.15) Н т =- 2 (ЛСо!С) (Мл — Жо) Здесь ЛСо — изменение емкости к моменту прекращения подачи импульса напряжения смещения, С вЂ” емкость при обратном напряжении смещения, (Л'„— Жп) — результирующая концентрация легирующих примесей.
Величину ЛСо можно определить по измеренной высоте пика Т.таа [25] путем подстановки в уравнение (1.13) значения тр, найденного из уравнения (1.14). Скорость заполнения ловушки входит в уравнение [26] (!.16) М (Г) = У~ [1 — ехр ( — с!)!. Здесь Ф(Г) — концентрация ловушек, заполненных при подаче импульса напряжения длительностью 1, (о*т — суммарная концентрация ловушек. Значения %(Г) находятся по результатам измерения высоты пиков при различной длительности импульса напряжения; при этом Ю(1) соответствует длительности импульса, обеспечивающей насьпцение всех ловушек.
График за- 21 Анализ свойств полупроводниковых материалов висимости Ят †(т'Яз))у'г от т' позволяет определить значение с, которое используется затем для нахождения сечения захвата и ловушек, .входящего в соотношение с=азЧ)Ут. На рис. 1.8, и представлены гт'т и ту (г), выраженные через изменения емкости ЛС(ее) и ЛС(1). При подаче импульса напряжения, сопровождающегося инжекцией основных носителей, концентрация Ж инжектированных носителей равна концентрации легирующей примеси.
Если импульс напряжения вызывает инжекцию неосновных носителей, величину Ю определить трудно. В том случае, когда под действием соответствующего импульса напряжения инжектируются только основные носители, обратное напряжение смещения и толщина обедненной области уменьшаются. Если (при инжекции под действием света или прямого напряжения смещения) вводятся как основные, так и неосновные носители, то отношение их концентраций определяется величиной проходящего тока. В условиях высокого уровня инжекции это отношение стремится к единице и концентрация захваченных ловушками неосиовных носителей приближается к о"веси./(алвеса.+о"".) Следует отметить, что измерения сечения захвата неосновных носителей обычно связаны с большими трудностями, а получаемые результаты менее достоверны (26].
1.3 Исследование характеристик материалов В этом разделе мы познакомимся с различными современными экспериментальными методами изучения структуры, состава, а также электронных, оптических и оптоэлектронных свойств материалов, применяемых для изготовления солнечных элементов. Поскольку в своем большинстве эти методы являются стандартными и широко используются уже на протяжении ряда лет, мы не будем рассматривать экспериментальные установки и приборы, а сосредоточим внимание только на том, какого рода информацию можно получить с их помощью. 1.3.1. Структурные характеристики Значительное влияние на оптические и электронные свойства тонких пленок оказывают строение их кристаллической решетки н микроструктура, Аналогичным образом особенности структуры на границе раздела р- и и-областей определяют электронные свойства электронно-дырочного перехода.
Разработан ряд методов исследования морфологии, кристаллической структуры и дефектов в различных областях объема солнечных элементов и на границе раздела слоев, обеспечивающих очень высокую разрешающую способность, вплоть до атомных размеров, хотя это достигается за счет уменьшения обшей плошади или объема исследуемой области материала.
В большинстве гг Глава 1 случаев необходимую информацию о свойствах материала можно получить при использовании методов, обладающих низкой разрешающей способностью, но позволяющих изучать области большого размера, в сочетании с методами, обеспечиваю- шими высокую разрешающую способность при изучении микро- объектов. 1.3.1.1 Исследования кристаллической структуры Методы рентгенографии [33 — 37] относятся к наиболее точным методам исследования кристаллической структуры твердых гел, не требующим, как правило, тщательной подготовки образца, и, что особенно важно, являются неразрушающими. Тонкие поверхностные пленки толщиной до 100 нм могут изучаться с применением электронографии [38 — 40], однако процесс подготовки образца оказывается довольно сложным, так как пленку необходимо отделить от подложки и укрепить на сетчатом держателе электронного микроскопа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
