Анотація до роботи:

Козинець О.В. Фізичні властивості кремнієвих фотоперетворювачів з вбудованими дельта- та псі- шарами. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.10 - фізика напівпровідників і діелектриків. - Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2007.

Теоретично показана можливість збільшення коефіцієнта корисної дії кремнієвого фотоперетворювача на основі p-n переходу з тонким шаром широкозонного напівпровідника, вбудованого в область просторового заряду, за рахунок поглинання квантів з енергією 0.5 еВ<h<1.12 еВ та зменшення темнового струму.

Досліджено фотовольтаїчний ефект в структурах метал-тонкий шар поруватого кремнію-кремній і показано, що поруватий кремній відіграє роль тунельно-прозорого діелектрика в означених структурах. Обгрунтовано методику визначення рекомбінаційних характеристик межі поділу поруватий кремній-кремній з аналізу спектральних залежностей фотоструму при освітленні тильної поверхні p-n переходу. Визначено швидкість рекомбінації на межі поділу в повітрі та вологій атмосфері.

Вперше експериментально показана можливість створення фотоперетворювача з інверсійним шаром, який виникає внаслідок вбудови іонів Сs⁺ в шар поруватого кремнію. Чисельним моделюванням отримані параметри фотоперетворення таких елементів. Запропонована технологія дозволяє уникнути фотолітографічного процесу при формуванні контактної гребінки на фронтальній поверхні елемента.

Експериментально показана “асиметрія” впливу полярності магнітного поля (яке прикладено паралельно поверхні) на фоточутливість кремнієвих гетероструктур із тонкими шарами поруватого кремнію. Зменшення фоточутливості при відхиленні надлишкових носіїв магнітним полем до освітлюваної поверхні поруватого кремнію пов’язується із зміною темпу рекомбінації на межі поділу поруватий кремній-кремній за моделлю Стівенсона-Кейса. Означені структури можна використати як функціональні елементи мікроелектроніки.

1. Аналітично розв’язані дифузійно-дрейфові рівняння в одновимірному випадку з відповідними крайовими умовами і отримані ВАХ кремнієвих фотоперетворювачів p-n типу з вбудованими в область просторового заряду -шарами. Проаналізовані ВАХ для надбар’єрного, тунельного та через поверхневі рівні струмопереносу. Показано можливість збільшення напруги холостого ходу та густини струму короткого замикання внаслідок зменшення темнових струмів та додатковій фотогенерації в області енергій квантів 0.5 еВ<h<1.12 еВ в -шарі. Ефект збільшення j_к.з. досягає 2%, а V_х.х.- близько 10 % (за умови незмінної величини густини струму короткого замикання). Визначені параметри -шару (висота потенціального бар’єра, ширина, положення, коефіцієнт поглинання), які можуть забезпечити зростання ефективності фотоперетворення.

2. Обгрунтовано методику аналізу впливу стану поверхні на рекомбінаційні характеристики гетерограниці ПК-кремній з аналізу спектральних залежностей j_к.з. в умовах тильного освітлення p-n переходу, який має тонкий шар ПК на тильній поверхні. Показано, що адсорбція вологи змінює величину швидкості рекомбінації на межі поділу ПК (наноструктурований кремній)-кремній. Отримані значення цього параметра на повітрі s~10⁶ см/c та вологій атмосфері s~10⁵ см/c.

3. Отримано фотовольтаїчний ефект в структурах Ti-надтонкий шар ПК (<10 нм)-р-Si. Характер залежностей напруги холостого ходу, струму короткого замикання, зовнішньої квантової ефективності від товщини шару ПК свідчить, що останній відіграє роль тунельно-прозорого діелектрика в МДН структурі.

4. Уперше експериментально показана можливість створення МДН сонячного елемента із інверсійним шаром, який виникає внаслідок вбудови іонів Сs⁺ у шар ПК. Запропонована технологія дозволяє уникнути фотолітографічного процесу при формуванні контактної гребінки на фронтальній поверхні елемента. Чисельним моделюванням показано, що такий елемент на підкладинці p-Si з =0.1 Омсм при концентрації N_cs >10¹² см^-2 в ПК може мати параметри j_к.з= 36 мА/см², V_х.х=0.69 В (для умов освітлення АМ 1.5, 0.1 Вт/см²).

5. Фоточутливість структур Au-ПК-n-Si у планарному та наскрізному режимах протікання струму демонструє різну поведінку в залежності від довжини хвилі освітлення, прикладання зовнішньої напруги та впливу газової атмосфери. Така поведінка обумовлена тим, що фотоелектричний сигнал у них формується за участю гетеропереходу ПК-n-Si і в самому шарі ПК. Причому форма спектральних залежностей суттєво залежить від рекомбінаційних характеристик межі поділу ПК-кремній, які можуть змінюватись у зовнішньому середовищі, зокрема при адсорбції парів води та ацетону.

6. Експериментально показана “асиметрія” впливу полярності магнітного поля (яке прикладене паралельно поверхні) на фоточутливість кремнієвих гетероструктур із тонкими шарами ПК. Зменшення фоточутливості при відхиленні надлишкових носіїв магнітним полем до освітлюваної поверхні ПК пов’язується із зміною темпу рекомбінації на межі поділу ПК-кремній за моделлю Стівенсона-Кейса. Означені структури можна використати як функціональні елементи мікроелектроніки (магніто-фотодіод з нелінійними тесла-амперними характеристиками).

Публікації автора:

1. Козинець О.В., Ничипорук О.І., Момот М.М., Кислюк В.В., Скришевський В.А. Вплив магнітного поля на фотострум в гетероструктурах кремній-поруватий кремній// УФЖ.-2006.-Т.51,№6.- с.574-579.

2. Скришевський В.А., Літовченко В. Г, Клюй М І., Литвиненко С. В., Козинець О. В., Ничипорук О. І. МДН сонячний елемент із затвором з поруватого кремнію та інверсійним шаром // Вісник Київського університету, сер. Радіофізика і електроніка.- 2006.- № 2 .-c. 346 -352.

3. Козинець О.В., Іванов І.І., Гусак Н.М., Литвиненко С.В., Скришевський В.А. Особливості фотоелектричних процесів в контакті метал-поруватий кремній-кремній // Нові технології.-2004.-№3(6).-С.8-11.

4. Skryshevsky V.A., Kuznetsov G.V., Litvinenko S.V., Kozinetz A.V., Vikulov V.A., Kilchitskaya T.S., Tretiak O.V. Gas sensing properties of metal-nanocrystalline silicon-silicon heterostructures // Фотоэлектроника.-2004.-№13-С.25-29.

5. Литвиненко С.В., Козинець О.В., Скришевський В.А., Третяк O.В. Рекомбінаційні та адсорбційні властивості границі поділу між нанопористим кремнієм і кремнієвою підкладинкою // Вісник Київського університету, сер. Радіофізика і електроніка.- 2002.- № 4.-c. 314-319.

6. Cтріха В.І., Скришевський В.А., Козинець О.В., Петренко В.В. Вплив d-шарів на темнові вольт-амперні характеристики кремнієвих p-n переходів при проходженні струму через локальні рівні // УФЖ.- 2000.- T.45, N12.- C.1458-1461.

7. Козинець О.В., Кузницький З.Т., Скришевський В.А., Стріха В.І. Вплив d- шарів на темнові ВАХ кремнієвих p-n переходів // УФЖ.- 1999.- Т.44, № 8.- C.1003-1006.

8. Litvinenko S., Kozinetz A., Skryshevsky V., Tretyak O. Effect of gas environment on the recombination properties of nanostructured layer-silicon interface // Nanostructures: Synthesis, Functional Properties and Application. Edited by Thomas Tsakalakos, Ilya A. Ovid’ ko and Asuri K. Vasudevan, NATO Science Series: Kluwer.-2003. -vol.128.-P.649-653.

9. Литвиненко С.В., Козинець О.В. Газові та хімічні сенсори з фотоелектричним перетворенням // Тези доп. “ Сенсорна електроніка та матеріали електронної техніки СЕМСТ-2 ” Одеса,Україна 2005-С. 120.

10. Kozinetz A.V., Nichiporuk O.I., Vlasenko N. M., Kisluk V.V., Skryshevsky V.A. Influence of magnetic field on photocurrent of silicon-porous silicon heterostructures // International Conference ”Functional Materials ICFM’2005 ”, Partenit, Ukraine.- 2005.-P.305.

11. Козинець О.В., Іванов І.І., Гусак Н.М., Литвиненко С.В., Скришевський В.А. Особливості фотоелектричних процесів в контакті метал-поруватий кремній-кремній // Тези доп. “Матеріали електронної техніки та сучасні інформаційні технології МЕТІТ-1”, Кременчуг, 2004.- С.31-33.

12. Skryshevsky V.A., Litovchenko V.G., Klyui N.I., Litvinenko S.V., Kozinets A.V., Nichiporuk A.V. Porous silicon cells: a new possibilities for terrestrial application // Proc. 17th European Photovoltaic Solar Energy Conf.-Munich.-2001.-P.1858-1861.

13. Skryshevsky V.A, Kuznetsov G.V., Litvinenko S.V., Kozinetz A.V., Vikulov V.A., Kilchitskaya T.S., Tretiak O.V. Gas sensing properties of metal-nanocrystalline silicon-silicon heterostructures // Тези доп. 1-ої Української наукової конференції з фізики напівпровідників УКНФН-1, Одеса, 2002.-С.170.

14. Skryshevsky V., Litvinenko S., Kozinets A., Benilov A. I., Skryshevski Yu., Blonsky I.V. Analysis of surface recombination velocity in nanocrystalline silicon/ silicon heterostructures: new photovoltaic transducing prinsiple for sensor application// Тези доп. 1-ого Українсько-корейського семінару “Nanophotonic and Nanophysics”, Київ, 2005.-C. 21.

15. Strikha V.I., Kozinets A.V., Kuznicki Z.T., Skryshevsky V.A. Influence of a d-layer on light current-voltage characteristics of silicon solar cells // Proc. 2nd World Conf. Photovoltaic Solar Energy Conversion.- Wien.-1998.- P.198-200.

16. Skryshevsky V.A., Strikha V.I., Vikulov V.A., Kozinetc A.V., Mamikin A.V. Laugier A. Silicon solar cell with porous silicon layer // Proc. First Polish-Ukrainian Symposium “New Photovoltaic Materials for Solar Cells”.- Cracow.- 1996.- P.202-207.