Введение к работе
Актуальность темы:
Исследования полупроводниковых материалов с использованием поверхностной *эдс позволяют определять значения целого ряда параметров, таких как. время жизни носителей заряда, диффузионная длина, распределение поверхностных потенциалов, глубина залегания р-п перехода, и.т.д. В то же время, формирование поверхностной с эдс в полупроводниковых кристаллах является тем процессом, на котором основана работа фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии (ФЭП). Диффузионная длина (Ld) является одним из основных параметров, определяющих эффективность работы солнечных элементов. Определение диффузионной длины из спектров поверхностной эдс интересно тем, что материал анализируется с помощью физических процессов, функционально близких к процессам лежащим в основе работы ФЭП, создаваемых из этих материалов.
С целью снижения стоимости удельной мощности ФЭП наибольшие перспективы представляет использование дешевых, а следовательно, несовершенных полупроводниковых материалов, содержащих высокую концентрацию структурных дефектов, в том числе дислокаций., при сохранении достаточно высоких характеристик для преобразователей световой энергии в электрическую. Однако, более глубокой проработки требуют такие вопросы материаловедения как; механизмы генерации дислокаций в материале, в ходе проведения тех или иных технологических операций; влияние дислокаций на характеристики материалов и приборов; использование различных механизмов нейтрализации дефектов для создания и совершенствования изделий микроэлектроники; изучение с помощью дефектов (в частности дислокаций) специфики физических явлений происходящих в одномерных системах и ряда других.
Цель» настоящей работы является исследование влияния дислокаций на величину поверхностной ЭДС, спектральное распределение фото-эдс в кремнии и решение на базе этих исследований задачи расчета диффузионной длины (Ld) в дислокационных кристаллах , в, также изучение влияния некоторых технологических операций, используемых при производстве фотопреобразователей, на электрическую и рекомбинационнуи активность дефектов в кремнии.
Научная новизна работы згключается в следующем:
1. Впервые обнаружено, что дислокации в кремнии обладают активностью, проявляющейся в спектра?: поверхностной фото - эдс как однородная полоса гашения в области спектра 0.6-1.0 мкм с минимумом в области 0.95 мкм и предложена схема энергетических уровней и оптических переходов для интерпретации этого результата.
2.Показано, что в пластически деформированных при температуре Та - 750 С монокристаллах кремния рекомбинационные процессы (параметр Ld) контролируются плотностью дислокаций» и зависимость диффузионной. длины от плотности дислокаций может быть описана в предположении, что дислокации являются основными невзаимодействующими друг с другом центрами рекомбинации в интервале плотности дислокаций от 105 до 108см-2 . Найдены численные аппроксимации зависимости Ld от Nd для различных материалов.
3. Показано, что в пластически деформированных кристаллах кремния исходное состояние поверхности материала определяет однородность распределения по глубине рекомбинационно-активных центров дислокационной природы и спектральное положение описанной выше полосы гашения.
4.Установлено, что при зарождении дислокаций в образцах, имеющих на поверхности слой окисла, эаряд встроенный в слой окисла, оказывает влияние на формирование дислокационных атмосфер.
.5.Впервые обнаружены и визуализированы с помощью эдс паве-1 денной электронным лучом, протяженные электрически активные дефекты на поверхности кремния р-тила, стимулированные операцией лазерного скрайбирования. Рассчитана теоретическая зависимость контраста изображения в режиме наведенного тока от высоты естественного потенциального барьера, на котором осуществляется разделение носителей заряда.
Практическая значимость настоящей диссертационной работы заключается в том, что полученные в работе данные о пространственном распределении рекомбинационно-активных центров дислокационной природы, результаты по анализу влияния некоторых технологических операций на активность дефектов в кремнии, а следовательно и назначения диффузионной длины (Ld) могут быть использованы в ходе совершенствования технологии производства фотоэлектрических преобразователей и других полупроводниковых приборов на основе кремния.
На защиту выносятся следующие положения:
1.Фотоэлектрическая активность дислокаций в приповерхностной области кристаллического Si проявляется в виде спектральной полосы гашения сигнала фото-эдс на границе кремний-электролит. Энергетическое положение и интенсивность полосы гашения существенно зависят от состояния поверхности кремния перед введением дислокаций пластической деформацией, с 2.Экспериментальное обнаружение и модель формирования поверхностной эдс наведенной электронным лучом в p-Si, за счет разделения электронов и дырок на естественном поверхностном потенциальном барьере.
Аппробация работы:
Основные результаты работы представлялись на V Всесоюзном совещании по материаловедению (Москва, 1990), на VIII координационном совещании по исследовангао и применению твердых растворов кремний-германий (Ташкент, 1991), EMRS Spring Meeting (Страсбург 1992), на Европейской конференции по физике твердого тела (Ре-генсбург, 1993), Республиканской научно-практической конференции "Метрология 94" (Минск,1994) и опубликованы в б печатных работах.
Структура.и объем диссертации:
Диссертация изложена на 124 страницах, включая 34 рисунка, 2 таблицы и список литературы на 132 наименования.