1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Значение йз можно найти из графика зависимости !и Т от ! по положению точки ее пересечения с одной из осей координат или по ее наклону п. Если не учитывать интерференцию и многократное отражение света, то связь между коэффициентами пропускания Т и отражения тт выражается соотношением Т= (1 — )т) ехр ( — 4пйз(/Х). Если же отражение света на границе раздела пленка — подложка принимается во внимание, то Т= (! — )с)з ехр ( — 4пйФл) при ив<и~ и йо=О.
Поскольку коэффициент поглощения а равен 4пй)),, наиболее удобный способ определения а основан на измерении величин )т и Т для одной и той же пленки. При использовании спектрофотометра значения а могут быть найдены при различных длинах волн. Исходя из спектральной зависимости а, можно установить характер оптических переходов (прямые или непрямые) н определить оптическую ширину запрещенной зоны Ек, Определение плазменной частоты по результатам измерений коэффициента отражения сильно вырожденных полупроводниковых пленок позволяет найти значения либо концентрации носителей и, либо эффективной массы т* при условии, что одна нз этих величин известна [60).
Измерения спектрального положения экстремумов тс и Т вырожденных полупроводников, в частности Сп Я, могут быть положены в основу метода определения состава пленок, как это было предложено Раджкананом [6!), получившим семейство зависимостей 1.;пн и ).тахт от 1 для пленок сульфида меди различного состава. Состав пленки определяется однозначно по положению главных минимумов коэф- н Если значение и, не известно, то й, кожно определить только по ве.
личине отрезка, отсекаеиого указанной кривой на оси абсцисс. — Прил. перев. зг Глава 1 1,З х 0,9 . 0,7 Е 0,5 0,9 ,ч 0,7 1.3.4 Электрические и оптоэлектронные характеристики Изучение электронных свойств полупроводников включает определение удельного сопротивления р, подвижности носителей (]х или Рл), концентРации насителей (и ипи Р), постоЯнной Холла (гхн), диффузионной длины нсосповных носителей Ып или ~л), времени жизни неосновных носителей (тп или тр) и температурных зависимостей этих параметров. Методы измерения р, ]х и п хорошо известны и описаны в литературе [63, 64).
Поэтому мы не будем обсуждать их подробно, а только отметим, что к широко применяемым методам относятся: 1) двухзондовый метод измерения удельного сопротивления; 2) четырехзондовый метод измерения удельного сопротивления с линейным расположением зондов; 3) метод измерения распределенного сопротивления для определения удельного сопротивления; 4) четырехзондовый метод измерения 0,5 75 95 115 155 155 175 Толщина слоя Сц 5, нм 0,5 70 90 110 150 150 Тслщннп слоя Сц 5, нм Рис.
!.!2. Положение главных минимумов коэффициента отражеаия (Хвлчн] и макснмумол коэффициента пропускания (Хмч*т) а залиснмостп от толщины плевок Спхз прн различных значениях х 16!]. фи циента отражения и главных максимумов коэф ф ициента и ропуска нн я. На ри с. 1. 1 2 представ- ЛЕНЫ ЗаВИСИМОСтИ ]. 1л Н и ) щах т от 1 для пленок Снхб, где величина х является параметром.
Указанные оптические методы позволяют исследовать образцы с гладкой поверхностью, отражающие и частично пропускающие излучение. Однако для изучения оптических потерь важно уметь определять потери, вызываемые отражением и поглощением света в различных слоях солнечного элемента и во всем элементе. Для этого обычно проводят измерения (62] интегральных значений коэффициентов отражения и пропускания, применяя интегрирующую сферу, снабженную спектрофотометром.
Анализ свойств полупроводнниовыл материалов удельного сопротивления при нелинейном расположении зондов; 5) метод Ван-дер-Пау, позволяющий определять удельное сопротивление, постоянную Холла и холловскую подвижность; 6) измерения эффекта Холла; 7) метод Хайнса — Шокли, применяемый для измерения подвижности носителей. По характеру температурной зависимости подвижности можно установить механизм переноса носителей заряда. Используя температурную зависимость концентрации носителей, определяют энергетическое положение уровня Ферми и примесных уровней. Измерения освещенных образцов позволяют получить значения фотопроводимости и постоянной Холла, исходя из которых можно вычислить подвижность и концентрацию носителей при освещении. Измерения фотопроводимости, включающие измерения временных характеристик или термостимулированной проводимости, могут оказаться полезными для определения параметров переноса носителей заряда в полупроводниковых пленках [65, 66].
Данные о ловушках получают на основе анализа зависимости фототока от интенсивности излучения и кривых релаксации фототока. Эффекты теплового или оптического гашения фотопроводимости дают информацию об энергии ионнзацни примесей. Для изучения ловушечных уровней используют также спектральные зависимости фототока.
Одно из наиболее важных приложений методов измерения фотопроводимости связано с определением времени жизни неосновных носителей по затуханию фотопроводимости. Генерация избыточных носителей заряда происходит при облучении образца светом с энергией фотонов, превышающей ширину запрещенной зоны, Проводимость образца прямо пропорциональна концентрации носителей, и изменение проводимости Ла вследствие оптического возбуждения пропорционально количеству избыточных носителей, т. е.
Ло = С ехр( — 1(т). (1 29) Здесь т — время жизни носителей, С вЂ” постоянная величина. Для того чтобы определить т, выключают освещение и регистрируют процесс затухания проводимости. Пространственное распределение времени жизни носителей можно измерить с помощью лазерного луча, сканирующего поверхность образца [67[. Для определения диффузионной длины неосновных носителей проводят измерения поверхностной фото-э.д.с.
[68 — 70[, Поверхностная фото-э.д.с. появляется при освещении независимо от наличия р — и-перехода и может быть измерена с помощью метода, использующего емкостную связь. Поверхностная рекомбинация не влияет на измеряемое значение времени жизни. Интенсивность света тр, выраженная через поверхностный потенф= г (Р,) К(1+ 1/сто). (1.30) 2 ззвзз № №зз Глава 1 Здесь г (Ув) — функция поверхностного потенциала У., К вЂ” постоянная величина, а — коэффициент поглощения света, Е— диффузионная длина неосновных носителей. При проведении измерений коэффициент поглощения а варьируют, изменяя длину волны света, а интенсивность света прн каждой длине волны регулируют таким образом, чтобы сохранялось прежнее значение У, и величина г'(У.) оставалась постоянной. Полученную зависимость ~р от 1/а экстраполируют к !р=0 и определяют эффективное значение Е, которое затем используют для вычисления т.
Зависимость напряжения холостого хода У,. солнечного элемента от Г может иметь три характерные области, соответствующие условиям высокого, промежуточного и низкого уровней инжекцни. Уравнения, описывающие затухание У„ в этих трех областях, имеют вид ]71, 72] АМИТ ЫУвв (1.31) д Ж для высокого уровня инжекции, (1.32) для промежуточного уровня инжекции и — — ~ехр ~ ~ ) ~ — 1~ехр( — — ) (1.33) для низко~о уровня инжекцни.
Здесь т — время жизни неосновных носителей, ! — продолжительность процесса. Величина У(0) равна У„ в момент прекращения оптического возбуждения. Данный анализ основан на предположении, что вклад сильно легированного слоя в У„ пренебрежимо мал. Затухание У„ можно также наблюдать при резком прерывании прямого тока, проходящего через солнечный элемент [71]. Все три указанных выше метода измерения диффузионной длины и времени жизни иеосновных носителей применимы, если значения диффузионной длины составляют не менее 10 мкм, а значения времени жизни — не менее 0,1 мкс.
Однако в поликристаллических тонких пленках диффузионная длина неосновных носителей очень мала, и ее значения, как правило, не превышают 1 мкм. Поэтому обычными методами, которые были здесь рассмотрены, измерить диффузионную длину довольно трудно. Применение растрового электронного микро- Анализ свойств полупроводниковых материалов скопа с пучком электронов диаметром от 5 до 10 нм позволяет проводить измерения со значительно более высокой разрешающей способностью. Диффузионную длину можно теперь определить в условиях генерации неосновных носителей заряда электронами.
На рис. 1.13, а показана схема экспериментальной установки для этого метода измерений, известного под названием «метод наведения тока электронным лучом>. На боковой поверхности солнечного элемента создают скол, позволяющий определить положение перехода, после чего элемент устанавливают в растровом электронном микроскопе таким образом, чтобы плоскость перехода была расположена параллельно направлению распространения электронного луча, Сканирование осуществляется в направлении нормали к плоскости перехода. Если базовую область элемента считать полубесконечной, то зависимость между током 1, наведенным электронным лучом, и расстоянием х от оси пучка до плоскости перехода имеет вид (73) 1,0 ~ 0,6 з а,г а,а а,г а а,г а,а х, мкм 0 Рис.
1.13. Схема экспериментальной установки для измерения диффузионной длины неосновных носителей заряда по методу наведения тока электронным лучом (а) и зависимость 1(х)1!(О) от расстояния до перехода в тонкопленочном солнечном элементе на основе Сптз — С05 (б). 1 = 1, ехр ( — хЧ о). (1.34) Здесь 1е — значение 1 в плоскости перехода (х=0), а Ьо — диффузионная длина неосновных носителей в той области элемента, на которую направлен электронный луч. Диффузионная длина выражается через тангенс угла наклона зависимости !и1 от х.
На рис. 1.13,6 приведена зависимость 1/1е от х. Оукс и др. [73) отмечают, что при использовании метбда наведения тока электронным лучом точные измерения диффузионной длины могут быть проведены при Ео))0,25)со, где йо — длина пробега первичных электронов в материале. При 1.о«0,25100 наведенный ток не зависит от 1.о, но в то же время сильно зависит от энер- Глава 1 ес м е 0,15 Не,мам Рис. 1.14. Зависимости нормированного тока, наведенного электронным лучом, от средней глубины генерации носителей н слое Сп,з солнечных элементов на основе Сн,5 †С, подвергнутых обработке в различных условиях [741.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
