Исследование физических процессов в P-I-N-гетероструктурах на основе органического полупроводника CuPc и неорганического полупроводника GaAs тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ
|
Штрекерт, Ольга Юрьевна
АВТОР
|
||||
|
кандидата физико-математических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Рязань
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
2005
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.04.10
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
На правах рукописи
Штрекерт Ольга Юрьевна
ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В Р-1-1М-ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКОГО ПОЛУПРОВОДНИКА СиРс И НЕОРГАНИЧЕСКОГО ПОЛУПРОВОДНИКА ваАя
Специальность: 01.04.10. - Физика полупроводников
АВТОРЕФЕРАТ диссертации иа соискание ученой степени кандидата физико-математических наук
Рязань 2005
Работа выполнена на кафедре электрооборудования Вологодского государственного технического университета
Научный руководитель:
Доктор физико-математических наук Федоров Михаил Иванович
Официальные оппоненты:
Доктор физико- математических наук, профессор
Волков Степан Степанович
Доктор физико-математических наук,
Бодягин Николай Викторович
Ведущая организация:
Ивановский государственный химико-технологический университет
Защита состоится " 20 " декабря 2005.. в 11.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.211.03 при ГОУВПО «Рязанская государственная радиотехническая академия» по адресу: 390005, г. Рязань, ул. Гагарина, 59/1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО «Рязанская государственная радиотехническая академия»
Автореферат разослан " 3 " /¿43^2005
г.
Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор
Б.ШСолотилин
1Я0Ч*>
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ
Актуальность проблемы. В последние годы многими учеными рассматриваются вопросы получения и исследования p-i-n-структур на основе только неорганических полупроводниковых материалов. На основе p-i-n-структур создаются фотоэлектрические преобразователи световой энергии. Данные структуры могут быть использованы также для измерителей интенсивности излучения. Они открывают принципиально новые возможности для построения приборов, применяемых в микро-и оптоэлектронике, интегральной оптике и других областях полупроводниковой техники, а также в экологии.
В p-i-n-сгруктурах в качестве исходных материалов для получения фотоэлементов используются в основном неорганические полупроводники (a-Si, мк-Si, пк-Si, ZnSe, GaAs). Хотя фотоприемники, изготовленные на основе неорганических полупроводников, дают коэффициент полезного действия (КПД) до 20%, не все из них обладают широким спектром поглощения и широкой спектральной характеристикой.
Органические - неорганические p-i-n-гетероструктуры потенциально открывают новые области исследований и развития в оптоэлектронных материалах и приборах путем использования оптических функций органических молекул, высокой подвижности и физической прочности неорганических материалов, а также приконтактных функций в одной системе.
Для расширения области спектральной чувствительности в данной работе были разработаны p-i-n-гетероструктуры p-CuPc/i-CuPc/n-GaAs. Чувствительность фотоэлементов на основе неорганических полупроводников примерно в 10 раз ниже, чем у фотоэлементов, изготовленных на основе органический - неорганический полупроводник. Получение тонких (до 10 нм) слоев для фотоэлементов на основе неорганических полупроводников затруднено.
В качестве неорганического полупроводника был выбран GaAs, а в качестве органического полупроводника - фталоцианин меди (СиРс). Выбор компонентов для p-i-n-гетероструктуры органический - неорганический полупроводник обусловлен, прежде всего, для органического полупроводника - присущей фталоцианину меди уникальной сочетаемости в себе широкого диапазона оптических, электрических и фотоэлектрических свойств, химической стойкости и термостабильности, достаточной технологичности, способности сублимироваться в вакууме, создавая тонкие слои; для неорганического полупроводника, арсенида галлия, -многосторонне изученного материала, обладающего высокой подвижностью носителей заряда, физической прочностью, область чувствительности которого, совместно с фталоцианином меди, позволили расширить спектральную чувствительность созданной p-i-n-гетероструктуры.
Применение p-i-n-гетероструктур органический - неорганический полупроводник позволяет получать фотоэлементы с высокой (в 10 раз
большей, чем у фотоэлементов с гетеропереходом) фоточувствительностью в интервале длин волн от 400 до 500 нм.
На основе таких высокочувствительных фотоэлементов можно изготовить измерители интенсивности излучения и устройства сенсорного типа для широкой спектральной области.
Таким образом, теоретическое обоснование физической природы рн-п-гетероструктуры, разработка способа изготовления фотоэлемента р-ьп-гетерострукгуры на основе органический - неорганический полупроводник, исследование его характеристик представляет собой направление, которому и посвящена данная работа.
Целью диссертационной работы является исследование физических процессов, протекающих в р-ьп-гетероструктурах органический -неорганический полупроводник.
Для достижения этой цели в работе поставлены следующие основные задачи:
1. Выбор компонентов для получения высокочувствительной р-ьп-гетероструктуры органический - неорганический полупроводник (р-СиРс/ь СиРс/п-ваАз);
2. Разработка способа изготовления рч-п-гетероструктуры органический - неорганический полупроводник;
3. Исследование оптических и фотоэлектрических характеристик фотоэлемента р-ьп-гетероструктуры р-СиРсЛ-СиРс/п-ОаАв;
4. Изучение фотоэлектрических свойств р-1-п-гетероструктуры органический - неорганический полупроводник;
5. Исследование влияния температуры на ток короткого замыкания и фото-э.д.с. фотоэлемента р-СиРс/ьСиРс/п-ОаАв.
Научная новизна
1. Впервые разработан способ получения р-ьп-гетероструктуры р-СиРсЛ-СиРс/п-ОаАБ, отличающийся введением органического ¡-слоя между полупроводниками п- и р-типа, что позволило повысить фоточувствительность р-ьп-гетероструктуры с 2 до 10 раз.
2. Впервые обоснована конструкция и технология получения р-ьп-гетеростру ктур ы р-СиРс/ьСиРс/п-ОаАв.
3. К новым результатам можно отнести полученные спектральные характеристики рч-п-гетероструктуры р-СиРсЛ-СиРс/п-СаАБ, позволяющие произвести расчет тока короткого замыкания в слое ¡-СиРс. Сделан вывод о том, что генерация носителей заряда происходит в ¡-слое вблизи границы с р-полу проводником.
4. Установлен механизм деградации параметров р-ьп-гетероструктуры р-СиРсЛ-СиРс/п-СаАв, состоящей в диффузии кислорода воздуха к границе
раздела полупроводников р- и ¡-типа и образованию поверхностных состояний и, как результат, смещение уровня Ферми к середине запрещенной зоны.
Практическая ценность работы
1. Впервые предложена технология получения р-1-п-гетероструктур, которая не требует сложного оборудования. Количество этапов, входящих в технологию получения р-ьп-гетерострукгуры р-СиРсЛ-СиРс/п-СаАв, в два раза меньше, чем для гетероструктур, изготавливаемых на основе только лишь неорганических полупроводников.
2. Разработана конструкция, на которую подана заявка, позволяющая получать газоанализаторы.
3. Показана возможность использования р-ьп-гетероструктуры р-СиРсЛ-СиРс/п-ОаАв в устройствах измерения интенсивности излучения в диапазоне от 400 нм до 950 нм.
Положения и результаты, выносимые на защиту
1. Физическая модель р-1-п-гетерострукгуры р-СиРсЛ-СиРс/п-СаАв, позволяющая произвести расчет плотности тока короткого замыкания с учетом влияния ¡-слоя.
2. Результаты исследования фотоэлектрических свойств р-|-п-гетероструктуры р-СиРс/ьСиРс/п-ОаАБ, в которых показаны условия достижения максимальной чувствительности рм-п-гетероструктур, максимальной фото-э.д.с. Результаты исследования зависимости тока короткого замыкания и фото-э.д.с. от температуры.
3. Способ получения р-ьп-гетероструктурьг р-СиРсЛ-СиРс/п-ОаАв. Введением ¡-слоя удалось увеличить фото-э.д.с. в 2-10 раз.
4. Механизм деградации параметров (напряжения холостого хода и тока короткого замыкания) рм-п-гетероструктуры заключается в смещении уровня Ферми к середине запрещенной зоны в р-слое.
Вклад автора
Все экспериментальные результаты получены автором. Обсуждение результатов проведено с научным руководителем Федоровым Михаилом Ивановичем.
Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждается:
доказательством корректности полученных теоретических результатов и хорошим их совпадением с результатами эксперимента;
- использованием общепринятых теорий и методов для построения зонных диаграмм и обработки экспериментальных результатов.
Апробация работы
Основные результаты работы доложены на II международной научно-технической конференции, Вологда, ВоГТУ, 2003; на всероссийской научно-практической конференции "Энергетика, экология, экономика средних и малых городов. Проблемы и пути их решения", Великий Устюг, 2003; на всероссийской научной конференции студентов и аспирантов "Молодые исследователи - региону", Вологда, 2003; на международной научно-технической конференции "Современные проблемы строительства и реконструкции зданий и сооружений", Вологда, 2003; на всероссийском постоянно действующем научно-техническом семинаре "Экологическая
безопасность регионов России и риск от техногенных аварий и катастроф", Пенза, 2004; в журнале "Экология промышленного производства", 2005, №1,2; на III всероссийской научно-технической конференции "Вузовская наука - региону", Вологда, 2005; на V международной научной конференции "Химия твердого тела и современные микро - и нанотехнологии", Кисловодск, 2005; на III международной научно-технической конференции "Информатизация процессов формирования открытых систем на основе САПР, АСНИ, СУБД и систем искусственного интеллекта (ИНФОС-2005)", Вологда, 2005; на III научной конференции "Приоритетные направления развития науки, технологий и техники", Хургада (Египет), 2005.
Публикации
Основное содержание диссертации отражено в 6 печатных трудах. По смежным направлениям опубликовано 3 печатных труда. Две статьи в журнале "Экология промышленного производства". Получен приоритет в изобретении способа получения фотоприемника p-i-n-гетероструктуры на основе неорганического полупроводника GaAs и органического полупроводника СиРс. Заявка № 06-18/49 от 01.04.2005.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и изложена на 122 страницах машинописного текста, содержит 35 рисунков, 8 таблиц. Библиографический список содержит 120 наименований.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Во введении дана оценка актуальности темы диссертации, научной новизны и практической ценности работы. Сформулирована цель настоящего исследования, отражающая основные вопросы, решаемые в диссертации, указаны положения, выносимые на защиту.
В первой главе проанализированы наиболее существенные для постановки цели и трактовки результатов настоящего исследования литературные данные по гетероструктурам на основе органических и неорганических полупроводников, а также по рИ-п-структурам на основе неорганических полупроводников. Можно сделать вывод, что в качестве материала для изготовления рм-п-структур на основе неорганических полупроводников в большинстве случаев используется кремний (аморфный или поликристаллический).
Приведены основные характеристики металлфталоцианинов и, в частности, фталоцианина меди. Представлена молекулярная структура металлфталоцианина. Выявлены специфические свойства фталоцианинов: материалы с чистотой порядка 1014-1016 атомов примеси в 1см3, легко сублимируются и кристаллизуются, имеют две интенсивные полосы поглощения в области длин волн 400 нм и 700 нм, обладают термической и химической стойкостью, позволяют получать слои толщиной до 10 нм, имеют широкий спектр поглощения (200-1000 нм), устойчивы к радиоактивному излучению, под воздействием различных газов проявляют свойства р-или п-типа полупроводников. Среди полупроводниковых свойств металлфталоцианинов можно выделить возрастающую экспоненциальную зависимость их проводимости от температуры. Величина энергии активации проводимости является хорошим доказательством наличия или отсутствия примесей в полупроводнике (при легировании кислородом энергия активации проводимости для металлфталоцианинов уменьшается). Легирование металлфталоцианинов кислородом приводит к перемещению уровня Ферми к валентной зоне, а легирование водородом приводит к перемещению уровня Ферми к середине запрещенной зоны.
Систематизированы результаты исследований свойств пленочных и кристаллических гетероструктур на основе неорганических и органических полупроводников и р-ьп-структур на основе только неорганических структур.
Во второй главе представлены конструкция и технология изготовления рм-п-гетероструктуры на основе неорганического полупроводника СаАэ и органического полупроводника СиРс.
Выбор компонентов для р-ьп-гетероструктуры органический -неорганический полупроводник обусловлен, прежде всего, для органического полупроводника - присущей фталоцианину меди уникальной сочетаемости в себе широкого диапазона оптических, электрических и фотоэлектрических свойств, химической стойкости и термостабильности, достаточной технологичности, способности сублимироваться в вакууме,
создавая тонкие слои; для неорганического полупроводника - арсенида галлия - многосторонне изученного материала, обладающего высокой подвижностью носителей заряда, физической прочностью, область чувствительности которого, совместно с фталоцианином меди, позволили расширить спектральную чувствительность созданной рм-п-гетероструктуры.
Структурная схема СиРс представлена на рис 1.
Таблица 1
Полупроводниковые и оптические свойства СиРс и ваАв,
Полупроводник о, Ом'-м"1 см2/Вс п, м"3 Е8,ЭВ е Х> эВ X, нм Кх, м'1
СиРг. 1,2-10"6 2,25-10"5 3,3-10^ 2,0 4,0 Ч 11 600 1,4-10'
ваАБ 9,2-105 11500 5-10" 1,43 11,5 4,07 400500 10'
а - удельная проводимость, ц - подвижность носителей заряда, п -концентрация примесей, Е8 - ширина запрещенной зоны, е - диэлектрическая проницаемость, % ~ энергия сродства к электрону, X - длина волны, на которую приходится максимум спектра поглощения, К*. - максимальный коэффициент поглощения.
Органический слой получали термическим испарением в высоком вакууме, используя специальную технологическую оснастку. Она позволяет:
- провести дополнительную очистку СиРс, используемого при получении фотоэлементов;
- производить осаждение СиРс и верхнего электрода фотоэлементов без выноса пленки на воздух;
- осуществлять контроль температуры подложки и легирования слоя СиРс кислородом;
- осуществить нагрев подложки до необходимой температуры и
Из данных рентгеноструктурного исследования напыленного слоя СиРс на подложке ОаАв следует: в напыленном слое сохраняется кристаллическая фаза, присущая распыляемому веществу в макрообъеме.
ОаАв:
1 - нижний омический электрод из (ве+Аи);
2 - монокристаллическая пластинка п-СаАв, легированная донорной
примесью (с12);
3 - область собственной проводимости (¡-СиРс) (с!,);
4 - слой р-СиРс, легированный кислородом (ф);
5 - верхний полупрозрачный электрод из А§.
Перед напылением тылового электрода пластинка п-СаАв подвергалась травлению в течение 30 с в растворе Н202: МН4ОН: Н20 (1:1:3) с последующим промыванием в дистиллированной воде, подогретой до 70-80°С, и высушивалась в парах спирта. На подготовленную пластинку п-ваАв в вакууме (порядка 10"3 Па) при температуре пластинки 473 К напыляли омический электрод из Ag или ве+Аи (идеальный омический контакт). На другую сторону пластинки вакуумной сублимацией напыляли слой СиРс (толщина ё=с!1+(1,=46,5 нм, из них ё,=20 - 25 им - толщина ¡-слоя). В процессе напыления СиРс температура подложки (ОаАв) поддерживалась постоянной и равной 313 К. Испарение слоя органического полупроводника происходит со скоростью 0,1 - 0,2 нм/с. После напыления слой СиРс подвергался легированию очищенным медицинским кислородом в течение 18,5 мин (образование и р-областей). Концентрация легирующей примеси контролировалась по времени легирования при известном коэффициенте диффузии кислорода при данной температуре (313 К) и парциальном давлении 0,1 Па. Толщина пленки определялась по закону Бугера. Фронтальный контакт напылялся термическим испарением из Ag (коэффициент пропускания серебра т=10-15%, сопротивление 11=10 Ом-см2). На рис. 2 представлена структурная схема рм-п-гетероструктуры.
Измерение спектральных характеристик р-1-п-гетероструктуры проводили на однолучевом спектрофотометре СФ-26. Измерения фотоэлектрических свойств рЧ-п-гетеро структуры проводили по
традиционным схемам с использованием универсальных вольтметров В7-26, В7-27, микроамперметра М-Ф192, источника напряжения П4108.
Таблица 2
Основные характеристики р-ьп-гетерострукгуры
Способ 3 » ихх, Е, РР иххл>, Область
изготовления мА/м2 В Вт/м2 % В/Вт спектральной чувствительности, нм
Предлагаемый способ 48,8 0,338 2,55 33 106 400-950
- плотность тока короткого замыкания, ихх - напряжение холостого хода, Е - интенсивность падающего излучения, РР - фактор заполнения световой ВАХ, 11ХХ/Р - чувствительность р-1-п-гетероструктуры по фото-э.д.с.
Третья и четвертая главы содержат описание полученных результатов и основных закономерностей, выявленных экспериментально; проведено обсуждение их с привлечением необходимых литературных данных.
В работе рассчитана и построена энергетическая зонная диаграмма р-ьп-гетероструктуры р-СиРс/ьСиРс/п-СаАБ (рис.3), где основные параметры СаАБ и СиРс были взяты из литературных данных и эксперимента (табл.1).
Освещение р-ьп-гетероструктуры со стороны р-области приводит к тому, что излучение с незначительными потерями доходит до ¡-области, в <
которой поглощается с одновременной генерацией носителей заряда. При этом возможно доминирование одного из двух случаев: ионизация атомов самого полупроводника (межзонные переходы) или ионизация специально введенных в него примесей. Так как СиРс подвергался многократной возгонке в вакууме, то это достаточно чистый полупроводник (степень очистки до 10"*%) и случай ионизации примесных атомов можно исключить. Поэтому здесь говорят о так называемых фотоструктурах с собственным фотоэффектом.
Генерация фотоносителей в ¡-слое приводит к нарушению концентрационного равновесия - начинается их перемещение: дырки движутся к р-области, электроны - к ¡-области. Так как в ¡-слое существует сильное практически однородное электрическое поле (Е>106 В/м), перемещение носителей заряда будет происходить вследствие дрейфа. Длина дрейфа дырок цтЕ=20 нм при цт=2,2510"14м2/В, то есть соизмерима с размерами области поглощения (¡-область). Наличие ¡-области обеспечивает поглощение света этой областью и, соответственно, эффективную работу элемента. Роль р-1-перехода, представляющего потенциальный барьер, удерживающий дырки в р-области, а электроны в ¡-области, состоит в максимальном разделении генерированных электронов и дырок, что приводит к изменению разности потенциалов между р- и ¡-областью, то есть имеет место фотовольтаический эффект. Во внешней цепи это проявляется двояко: при малых приложенных напряжениях (условно и=0) фотоэлемент сам генерирует некую фото-э.д.с.; при значительных внешних смещениях
перемещение носителей приводит к появлению фототока IL, добавочного к темновому току 1т, протекающему через p-i-n-гетероструктуру в отсутствие излучения (либо при очень низком излучении). Добавление фототока к темновому току происходит алгебраически. Оно заметно, так как собственный ток фотоэлемента мал (при обратном смещении).
pli п
5,11 эВ
2,0 эВ
0,14 эВр^
5,11 эВ
"Т ол<
эВ
w,
15км
L
\ 04 ЭВ
2,0 эВ
1_ ""^ЛЕс
1,43 эВ
1 АЕу
WrTP
4,07 эВ 1
0,02 эВ
а)
34 нн
5,11 эВ
0,14 эВ
5,11 эВ
-V.
2,0 эВ
„ -L ъ*
__________
-V1
\ 0,3 jB
t
ф% 1
Ef|
1,43 эВ
Л АЕ,
4,07 эВ
б)
Рис.3. Энергетические зонные диаграммы р-ьп-гетероструктуры р-СиРсЛ-СиРс/п-СаАв в состоянии теплового равновесия (а) и при освещении со стороны р-области (б)
На рис. 4 и 5 представлены спектральные характеристики рч-п-гетероструктуры р-СиРс/(ьСиРс)/п-СаАз. Освещение структуры сопровождается возникновением фотонапряжения, знак которого отвечает минусу на п-ваАБ, согласуется с направлением выпрямления и не чувствителен к интенсивности излучения. Размер светового окна составляет
1,2 мм. Максимум чувствительности по фото-э.д.с. смещен в сторону коротких длин волн (А.= 400 нм и ихх/Е-т= 20-105 В/Вт) по отношению к максимуму в спектре поглощения СиРс, что указывает на наличие {-области между слоями п-ОаАв и р-СиРс. Доверительный интервал: Д= ±1-105 В/Вт, Д= ±0,5-10"2 А/Вт.
(ихх/Е-т)-10'5, В/Вт
_
—N
ад гН
400 800 ООО 700 800 ООО 1000
Рис. 4. Спектральная характеристика р-ьп-гетероструктуры
р-СиРс/ьСиРс/п-СаАя: -^-(Я) Е-т
Исследуя спектральные характеристики рм-п-гетероструктуры р-СиРс /¡-СиРс/п-ОаАз в коротковолновой области (Х= 400-500 нм), можно показать, что чувствительность по фото-э.д.с. в гетероструктуре на основе тех же полупроводников (ОаАэ, СиРс) в 2-10 раз ниже, чем у данной р-ьп-гетероструктуры (см. табл. 3). Например, для длины волны Х= 420 нм: фоточувствительность гетероструктуры составляет ихх/Р= 10-104 В/Вт, а для р-ьп-гетероструктуры фоточувствительность ихх/Р= 100-104 В/Вт.
(^з/Е-тИО2, А/Вт
к
Л* гша
400 500 600 700 800 900 1000
Рис. 5. Спектральная характеристика р-ьп-гетероструктуры
р-СиРсЛ-СиРс/п-ОаАз: ^-(Л) Ет
13
Таблица 3
Чувствительность по фото-э.д.с. в диапазоне длин волн 400-500 нм
X, нм 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500
(ихх/Р)10_4,В/Вт (предлагаемый способ) 62 80 100 93 90 88 70 70 60 50 45
(и^/рую-гв/вт (по прототипу) 7 9 10 11 12 12 13 15 17 18 19
мкА/см1
Рис.6. Темновая и световая ВАХ р-ьп-гетероструктуры р-СиРсЛ-СиРс/ п-ваЛв
На рис.6 приведены темновая и световая ВАХ данного фотоэлемента. Вольтамперная характеристика типична для рч-п-гетеро структур и отличается от ВАХ структур с гетеропереходом. По характеристике рис.6 рассчитаем фил-фактор:
",* 'и* 100% , (1)
где 1ф и 11ф - фототок и фотонапряжение, соответственно; - ток короткого замыкания;
и« - напряжение холостого хода.
Здесь Лф= 17 мкА, иф= 0,15 В, Дкз= 32 мкА, им= 0,27 В. Тогда РР= 33%.
Доверительный интервал для темновой ВАХ А=±8 мкА/см2, для световой ВАХ Д= ±15 мкА/см2.
На рис. 7 приведены зависимости ВАХ от температуры в двойном логарифмическом масштабе. Характеристики подчиняются зависимости I оо 1Г, как и в случае неорганических полупроводников. Доверительный интервал А= ±0,5 А/м2.
1а«з, А/м2
-0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 ^и, В
Рис. 7. Стационарные ВАХ рм-п-гетероструктуры р-СиРсЛСиРс/ п-СтаЛв в двойном логарифмическом масштабе при различных температурах: 1 - 293 К, 2 - 308 К, 3 - 313 К, 4-323К
Таблица 4
Деградация параметров р-1-п-гетероструктуры р-СиРсЛ-СиРс/п-ОаАз_
Время, ч ии,мВ мкА
0 210 0,95
10 210 0,94
20 210 0,93
30 205 0,93
40 205 0,92
50 205 0,92
Исследование деградации параметров р-1-п-гетероструктуры проводилось при освещении лампой накаливания с интенсивностью Е= 450 Вт/м2 в течение 50 ч. Из приведенной таблицы 4 следует, что деградация рн-п-гетероструктуры по фототоку и фотонапряжению не значительна, а именно: фото-э.д.с. уменьшается с 210 В до 205 В (на 2,38%), а ток короткого замыкания с 0,95 мкА до 0,92 мкА (на 3,16%).
Деградация параметров р-ьп-гетероструктуры вызвана диффузией кислорода воздуха к границе раздела полупроводников р-и ¡-типа и образованием поверхностных состояний, что приводит к снижению ихх, а последнее уменьшает Это приводит к смещению уровня Ферми к середине запрещенной зоны. Таким образом, кислород играет двоякую роль в процессе легирования слоя р-типа. С одной стороны, снижает сопротивление слоя, то есть понижает уровень Ферми, а с другой стороны, образует поверхностные заряженные состояния.
Проведен расчет тока, протекающего через барьер р-ьп-гетероструктуры. Ток, протекающий через барьер рч-п-гетероструктуры,
1(и)=1ф(и)-1ь(и), (6)
где 1(11) - общий ток через барьер, 1ф (и) - фототок,
1Ци) - ток, зависящий от напряжения.
ШИ-з-^и), (7)
где 1кз - ток короткого замыкания,
г[(и) - коэффициент, зависящий от напряжения. В фотоэлементе с р-п-переходом не зависит от напряжения. Формула для напряжения холостого хода для р-п-перехода записывается в следующем виде
ихх=(АкТ/Ч)-1п(111Э/10).
Для нашего случая
Я К 'о
Коэффициент т|(ихх) можно определить по формуле:
- + ln Tj(uJ
(8)
(9)
(Ю)
где с= const;
Hi - подвижность носителей заряда, м2/В с; Ei - напряженность поля в слое СиРс, В/м; Snp- скорость поверхностной рекомбинации для электронов, м/с. Значения Uxx, рассчитанные по формуле (9), и экспериментальные значения Uxx представлены в таблице 5 и на рис. 8. Доверительный интервал Д= ±20 мВ.
Таблица 5
Сравнение теоретических и экспериментальных данных по U^
Е, лк j«, нА/см2 jo, нА/см2 ln(jJjo) IrniCU«) Uxx', мВ UxxT,MB
1 36 640 -2,88 14,26 115 113
4 74 640 -2,16 18,0 160 158
9,5 118 640 -1,69 21,48 200 198
21 162 640 -1,37 24,12 230 227,2
50 420 640 -0,42 26,14 260 257,2
300 250 О 200 Й 1» Э 100 50 0
0 10 20 30 40 50 60
Е, та
Рис. 8. Зависимость Ц^Е):!- эксперимент; 2- теория Предложена математическая модель, раскрывающая механизм фотогенерации носителей тока в исследуемой области спектра, которая состоит из нескольких стадий. На первой стадии фотогенерации после поглощения кванта света образуется возбужденный экситон. На второй стадии он рекомбинирует и участвует в создании свободных носителей заряда согласно механизмам генерации в органическом полупроводнике.
Учитывая, что время жизни экситона достаточно мало (т~10"*с), коэффициент диффузии экситона тоже незначителен (Г)~10"мм2-с). Оценив длину диффузии экситона (Ьзкс=210"пм), можно предположить, что при толщине пленки ¡-СиРс, равной 20 нм, экситон перемещается на незначительное расстояние, то есть где рождается, там и распадается. Учитывая вклад ¡-области в процесс разделения носителей заряда, в уравнение переноса внесен коэффициент Ая-
Решая уравнение переноса с учетом граничных условий для предлагаемой модели, получим выражение для плотности фототока:
) = еУ
С.е ц +С,е
(11)
где V - - скорость диффузии;
т - время диффузии;
<3| - квантовая эффективность;
а| - коэффициент поглощения при Х=420 нм;
(1, - толщина слоя ¡-СиРс;
Ь) - длина диффузии экситона;
II - интенсивность падающего света;
Э) - коэффициент диффузии.
Подставим в (11) экспериментальные данные для ¡-СиРс на длине волны Х=420 нм: 0]=10"14 м2/с, х=10'9 с, (1=15 нм, Аа=6,3, 1^=2-КГ8 м, (¿,=0,5, к,=0,М07м-1,11=3,3-Ю"2Вт/м2, ц=2,25-10"9м/В-с, и=38 мВ.
В результате плотность тока, рассчитанная в барьере ¡-СиРс, будет равна 1,07 мА/м2, а экспериментально полученное значение плотности тока .Ьия1=1,08 мА/м2. Таким образом, теоретическое и экспериментальное значения плотности тока, генерированного в слое ¡-СиРс, совпадают с точностью до 1%. Следовательно, формула (11) достаточно хорошо описывает процесс генерации тока в барьере слоя ¡-СиРс.
Заключение содержит следующие результаты и выводы.
1. Для получения р-ьп-гетероструктуры р-СиРс/^-СиРсУп-СаАв были выбраны следующие компоненты: арсенид галлия, так как он обладает высокой подвижностью электронов ((!„=11500 см2/В-с), большой шириной запрещенной зоны (Е8=1,43 эВ при 300 К); фталоцианин меди, обладающий следующими полупроводниковыми и оптическими свойствами - спектр поглощения от 400 до 800 нм, ширина запрещенной зоны Е6=2,0 эВ; данные полупроводники взаимно дополняют друг друга и имеют приконтактные функции в одной системе.
2. Предложен способ создания р-ьп-гетероструктуры органический -неорганический полупроводник, отличающийся тем, что в качестве неорганического полупроводника используют арсенид галлия п-типа (п-СаАБ), а в качестве органического полупроводника наносят тонкий слой
фталоцианина меди высокой степени чистоты (содержание остаточных примесей < 10"*%), р-типа (р-слой) нанометровой толщины ((1 < 20 нм), а между слоем п-типа и слоем р-типа создается слой собственного полупроводника (¡-слой толщиной <!,=20-25 нм).
3. Исследованы оптические и фотоэлектрические характеристики р-ьп-гетероструктуры. Изготовление р-ьп-гетероструктуры предлагаемым способом позволяет повысить чувствительность по фото-э.д.с. в 10 раз по сравнению с гетеропереходом р-СиРс/п-ваЛв (Х.=420нм). Чувствительность по фото-э.д.с. для фотоэлемента р-ьп-гетероструктуры составляет 8=100*104 В/Вт, а чувствительность по ихк для фотоэлемента с гетеропереходом составляет 8=10*104 В/Вт. В области длин волн 400-500 нм чувствительность у фотоэлемента р-ьп-гетероструктуры возрастает от 2 до 10 раз, по сравнению с чувствительностью фотоэлемента с гетеропереходом Спектр фоточувствительности смещен в сторону коротких длин волн, что указывает на наличие ¡-области между р- и п-слоями.
4. Предложена физическая модель р-ьп-гетероструктуры для расчета тока короткого замыкания в барьере слоя ¡-СиРс (с!=20 нм). Она отличается от физической модели для гетероперехода коэффициентом А^ который показывает вклад ¡-области при поглощении света в слое СиРс. Экспериментальное значение тока совпадет с теоретическим значением с точностью до 1%.
5. Изучена зависимость В АХ от температуры (Т изменяется от 293 К до 323 К). Главным свойством этих структур является наличие обычных для неорганических полупроводников степенных зависимостей тока от напряжения I оо Ц"1.
Основные положения и результаты диссертации опубликованы в следующих работах:
1. Смирнова, О.Ю (Штрекерт, О.Ю.) Исследование основных характеристик солнечных элементов с гетеропереходом на основе органических полупроводников / О.Ю. Смирнова (О.Ю. Штрекерт), М.И. Федоров// Молодые исследователи - региону: Тезисы докладов региональной научной студенческой конференции. - Вологда: ВоГТУ, 2001.-С. 17-18.
2. Федоров, М.И. Исследование солнечных элементов как альтернативных источников энергии / М.И. Федоров, О.Ю. Смирнова (О.Ю. Штрекерт)// II всероссийская научно-практическая конференция "Энергетика, экология, экономика средних и малых городов. Проблемы и пути их решения", г. Великий Устюг, 10-14 марта, 2003. - С. 44-47.
3. Смирнова, О.Ю (Штрекерт, О.Ю). Исследование основных характеристик солнечного элемента р-1-п-структуры на основе СиРс / О.Ю. Смирнова (О.Ю. Штрекерт)// Молодые исследователи - региону: Материалы Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов. -Вологда: ВоГТУ, 2003. - С.34-35.
4. Бабкин, А.Н. Исследование сенсора газа сероводорода на основе органического полупроводника/ А.Н. Бабкин, О.Ю. Смирнова
(О.Ю. Штрекерт), М.И. Федоров// Проблемы экологии на пути к устойчивому развитию регионов: Материалы II международной научно-технической конференции. - Вологда: ВоГТУ, 2003. - С.112-114.
5. Смирнова, О.Ю. (Штрекерт, О.Ю.). Перспективы использования солнечных батарей в Вологодской области и охрана окружающей среды/ О.Ю. Смирнова (О.Ю. Штрекерт), М.И. Федоров//Современные проблемы строительства и реконструкции зданий и сооружений: Материалы международной научно-технической конференции.- Вологда, 2003. - С. 260261.
6. Смирнова, О.Ю. (Штрекерт, О.Ю.). Экологически чистые нетрадиционные источники энергии/ О.Ю. Смирнова (О.Ю. Штрекерт), М.И. Федоров// Экологическая безопасность регионов России и риск от техногенных аварий и катастроф: Сборник материалов Всероссийского постоянно действующего научно-технического семинара. - Пенза, 2004. -С.139-141.
7. Смирнова, О.Ю. (Штрекерт, О.Ю). Фотоэлектрические характеристики солнечного элемента с р-ьп-структурой на основе п-ОаАв и р-СиРс / О.Ю. Смирнова (О.Ю. Штрекерт), М.И. Федоров//Экология промышленного производства.- 2005.- Вып. 1.- С.52-55.
8. Смирнова, О.Ю. (Штрекерт, О.Ю). Фотоэффект р-ьп-структуры на основе органического полупроводника СиРс / О.Ю. Смирнова
(О.Ю. Штрекерт)// Вузовская наука - региону: Материалы третьей у
всероссийской научно-технической конференции. В 3-х т.- Вологда: ВоГТУ, 2005. - Т.1. - С.261-263.
9. Смирнова, О.Ю. (Штрекерт, О.Ю). Исследование физической природы гетероперехода органический - неорганический полупроводник/ О.Ю. Смирнова (О.Ю. Штрекерт), М.И. Федоров, А.А, Абильдин// Экология промышленного производства. - 2005. - Вып. 2.- С.48-50.
Ш22012
РНБ Русским фонд
2006-4 18043
ЛР № 020717 от 2.02.1998 г.
Подписано в печать Формат 60x84 1/16. Бумага офисная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ № 377.
Отпечатано: РИО ВоГТУ 160000, г. Вологда, ул. Ленина, 15
- Введение.
глава 1.рбзор литературы.
1.1. Солнечные элементы с гетеропереходом на основе неорганических полупроводников.
1.2.Солнечные элементы с гетеропереходом на основе органических полупроводников.
1.3. Солнечные элементы р-1-п-структуры на основе неорганических полупроводников.
1.5.0сновные свойства металлфталоцианинов.
1.5.1 .Структура и оптические свойства металлфталоцианинов
1.5.2.Полупроводниковые свойства металлфталоцианинов.
1.5.3.Легирование металлфталоцианинов.
глава 2. методика эксперимента.
2.1.Электронная спектроскопия.
2.2.Выбор компонентов для получения р4-п-гетероструктуры р-СиРсД-СиРс/п-СаАБ.
2.3.Методика планирования эксперимента.
2.4.Экспериментальная установка.
2.5.Изготовление р4-п-гетероструктуры р-СиРсЛ-СиРс/п-СаАБ.
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБРАБОТКА ДАННЫХ
ЭКСПЕРИМЕНТА.
3.1.Энергетическая зонная диаграмма рЛ-п-гетероструктуры.
3.2.Методика обработки результатов эксперимента.
3.3. Спектральные характеристики р4-п-гетероструктуры.
3.4.Вольт-амперные характеристики р-1-п-гетероструктуры.
3.5.Люкс-амперные характеристики р-1-п-гетероструктуры.
3.6. Изучение деградации р-1-п-гетероструктуры.
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ ПО
ИССЛЕДОВАНИЮ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В Р-1-1\-ГЕТЕРОСТРУКТУРЕ р-СиРсЛ-СиРс/п-СаАБ
4.¡.Расчет тока, протекающего через барьер в р4-п-гетероструктуре.
4.2.Математическая модель природы фотоэффекта в р4-п-гетероструктуре.
4.3.Гибридная модель двойной инжекции в р4-п-гетероструктуре.
Актуальность проблемы. В последние годы многими учеными рассматриваются вопросы получения и исследования р-ьп-структур на основе только неорганических полупроводниковых материалов. На основе рч-п-структур создаются фотоэлектрические преобразователи световой энергии. Данные структуры могут быть использованы также для измерителей интенсивности излучения. Они открывают принципиально новые возможности для построения приборов, применяемых в микро-и оптоэлектронике, интегральной оптике и других областях полупроводниковой техники, а также в экологии.
В р-1-п-структурах в качестве исходных материалов для получения фотоэлементов используются в основном неорганические полупроводники (а-81, мк-81, пк-81, гп8е, ОаАз). Хотя фотоприемники, изготовленные на основе неорганических полупроводников, дают коэффициент полезного действия (КПД) до 20%, но не все из них обладают широким спектром поглощения и широкой спектральной характеристикой.
Органические - неорганические р-ьп-гетероструктуры потенциально открывают новые области- исследований и- развития в- оптоэлектронных материалах и приборах путем использования оптических функций органических молекул, высокой подвижности и физической прочности неорганических материалов, а также приконтактных функций в одной системе.
Поэтому для расширения области спектральной чувствительности в данной работе были разработаны р-1-п-гетероструктуры р-СиРсЯ-СиРс/п-СаАБ. Чувствительность фотоэлементов на основе неорганических полупроводников примерно в 10 раз ниже, чем у фотоэлементов, изготовленных на основе органический - неорганических полупроводник. Получение тонких (до 10 нм) слоев для фотоэлементов на основе неорганических полупроводников затруднено.
В качестве неорганического полупроводника был выбран ваАБ, а в качестве органического полупроводника - фталоцианин меди (СиРс). Выбор компонентов для рч-п-гетероструктуры органический - неорганический полупроводник обусловлен, прежде всего, для органического полупроводника — присущей фталоцианину меди уникальной сочетаемости в себе широкого диапазона оптических, электрических и фотоэлектрических свойств, химической стойкости и термостабильности, достаточной технологичности, способности сублимироваться в вакууме, создавая тонкие слои; для неорганического полупроводника - арсенида галлия - многосторонне изученного материала, обладающего высокой подвижностью носителей заряда, физической прочностью, область чувствительности которого, совместно с фталоцианином меди, позволили расширить спектральную чувствительность созданной р-ьп-гетероструктуры.
Применение рч-п-гетероструктур органический - неорганический полупроводник позволяет получать фотоэлементы с высокой (в 10 раз большей, чем у фотоэлементов с гетеропереходом) фоточувствительностью в интервале длин волн от 400 до 500 нм.
На основе таких высокочувствительных фотоэлементов можно изготовить измерители интенсивности излучения и устройства сенсорного типа для широкой спектральной области.
Таким образом, теоретическое обоснование физической природы р-ьп-гетероструктуры, разработка способа изготовления фотоэлемента р-ьп-гетероструктуры на основе органический - неорганический полупроводник, исследование его характеристик представляет собой направление, которому и посвящена данная работа.
Целью диссертационной работы является исследование физических процессов, протекающих в р-ьп-гетероструктурах органический -неорганический полупроводник.
Для достижения этой цели в работе поставлены следующие основные задачи:
1.Выбор компонентов для получения высокочувствительной р-ьп-гетероструктуры органический - неорганический полупроводник (р-СиРс/ь СиРс/п-ОаАз).
2.Разработка способа изготовления р-1-п-гетероструктуры органический — неорганический полупроводник.
3.Исследование оптических и фотоэлектрических характеристик фотоэлемента р-ьп-гетероструктуры р-СиРс/ьСиРс/п-ваАз.
4.Изучение фотоэлектрических свойств р-ьп-гетероструктуры органический — неорганический полупроводник.
5.Исследование влияния температуры на ток короткого замыкания и фото-э.д.с. фотоэлемента р-СиРсЛ-СиРс/п-ОаАБ.
Научная новизна.
1.Впервые разработан способ получения р-ьп-гетероструктуры р-СиРс/ь СиРс/п-ОаАэ, отличающийся введением органического ¡-слоя между полупроводниками п- и р-типа, что позволило повысить фоточувствительность рч-п-гетероструктуры от 2 до 10 раз.
2.Впервые обоснована конструкция и технология получения р-ьп-гетероструктуры р-СиРс/ьСиРс/п-ваАз.
3.К новым результатам можно отнести полученные спектральные характеристики р-ьп-гетероструктуры р-СиРсЛ-СиРс/п-СаАБ, позволяющие произвести расчет тока короткого замыкания в слое ьСиРс. Сделан вывод о том, что генерация носителей заряда происходит в ¡-слое вблизи границы с р-полупроводником.
4.Установлен механизм деградации параметров р-ьп-гетероструктуры р-СиРсЛ-СиРс/п-ваАз, состоящей в диффузии кислорода воздуха к границе
раздела полупроводников р- и ¡-типа и образованию поверхностных состояний и, как результат, смещение уровня Ферми к средине запрещенной зоны.
Практическая ценность работы
1 .Впервые предложена технология получения р-1-п-гетероструктур, которая не требует сложного оборудования. Количество этапов, входящих в технологию получения р-ьп-гетероструктуры р-СиРсЛ-СиРс/п-ваАз, в два раза меньше, чем для гетероструктур, изготавливаемых на основе только лишь неорганических полупроводников.
2.Разработана конструкция, на которую подана заявка, позволяющая получать газоанализаторы.
3.Показана возможность использования р-ьп-гетероструктуры р-СиРсЛ-СиРс/п-ОаАБ в устройствах измерения интенсивности излучения в диапазоне от 400 нм до 950 нм.
Положения, выносимые на защиту
1.Физическая модель р-ьп-гетероструктуры р-СиРсЛ-СиРс/п-ОаАз, позволяющая произвести расчет плотности тока короткого замыкания с учетом влияния 1-слоя.
2.Результаты исследования фотоэлектрических свойств рЧ-п-гетероструктуры р-СиРсЛ-СиРс/п-ваАз, в которых показаны услоя достижения максимальной чувствительности р-ьп-гетероструктур, максимальной фото-э.д.с. Исследование зависимости^ тока короткого замыкания^ и фото-э.д.с.- от-температуры.
3.Способ получения р-1-п-гетероструктуры р-СиРсЛ-СиРс/п-ОаАБ. Введением ¡-слоя удалось увеличить фото-э.д.с. в 2-10 раз.
4.Механизм деградации параметров (напряжения холостого хода и тока короткого замыкания) р-ьп-гетероструктуры заключается в смещении уровня Ферми к середине запрещенной зоны в р-слое.
Вклад автора
Все экспериментальные результаты получены автором. Обсуждение результатов проведено с научным руководителем Федоровым Михаилом Ивановичем.
Достоверность и обоснованность полученных результатов подтвериадается:
- доказательством корректности полученных теоретических результатов и хорошим их совпадением с результатами эксперимента;
- использованием общепринятых теорий и методов для построения зонных диаграмм и обработки экспериментальных результатов;
Апробация работы
Основные результаты работы доложены на Второй международной научно-технической конференции, Вологда, ВоГТУ, 2003; на Всероссийской научно-практической конференции "Энергетика, экология, экономика средних и малых городов. Проблемы и пути их решения", Великий Устюг," 2003; на Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов "Молодые исследователи - региону", Вологда, 2003; на Международной научно-технической конференции "Современные проблемы строительства и реконструкции зданий и сооружений", Вологда, 2003; на Всероссийском постоянно действующем научно-техническом семинаре "Экологическая безопасность регионов России и риск от техногенных аварий и катастроф", Пенза, 2004; в журнале "Экология промышленного производства", 2005, №1,2; на третьей Всероссийской научно-технической конференции "Вузовская наука- региону", Вологда, 2005; на пятой Международной научной конференции "Химия твердого тела и современные микро - и нанотехнологии", Кисловодск, 2005; на третьей Международной научно-технической конференции "Информатизация процессов формирования открытых систем на основе САПР, АСНИ, СУБД и систем искусственного интеллекта (ИНФОС-2005)", Вологда, 2005; на третьей научной конференции "Приоритетные направления развития науки, технологий и техники", Хургада (Египет), 2005.
Публикации
Основное содержание диссертации отражено в 6 печатных трудах. По смежным направлениям опубликовано 3 печатных труда. Две статьи в журнале "Экология промышленного производства". Получен приоритет в изобретении способа получения фотоприемника р-1-п-гетероструктуры на основе неорганического полупроводника ваАБ и органического полупроводника СиРс. Заявка № 06-18/49 от 01.04.2005.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и изложена на 122 страницах машинописного текста, содержит 35 рисунков, 8 таблиц. Библиографический список содержит 120 наименований.
Выводы:
Г.Из таблицы 4.1 и рисунка 4.1. видно, что формула (4.10) дает хорошее соответствие между экспериментальными и расчетными данными (погрешность результата около 1%).
2.Расчет тока короткого замыкания на длине волны к=420 нм по формуле (4.19) доказывает, что физическая природа рч-п-структуры, полученной по выше изложенному способу (см.гл.2), объясняется генерации носителей заряда в основном в слое СиРс, а именно в барьере ¡-р, а ОаАэ играет роль подложки п-типа.
3. Для описания процессов, происходящих в р-ьп-структуре, предложена гибридная модель двойной инжекции, которая охватывает две других модели инжекции носителей заряда: поледоминирующую и диффузионно-доминирующую модели.
4.Дано физическое обоснование модели двойной инжекции.
107
Заключение содержит следующие результаты и выводы.
1.Для получения р-ьп-гетероструктуры р-СиРс/(ьСиРс)/п-СаАз были выбраны следующие компоненты: арсенид галлия, так как он обладает высокой л подвижностью электронов (|д.п= 11500 см /В-с), большой шириной запрещенной зоны (Её=1,43 эВ при 300 К); фталоцианин меди, обладающий следующими полупроводниковыми и оптическими свойствами - спектр поглощения от 400 до 800 нм, ширина запрещенной зоны Её=2,0 эВ; данные полупроводники взаимно дополняют друг друга и имеют приконтактные функции в одной системе.
2.Предложен способ создания р-ьп-гетероструктуры органический -неорганический полупроводник, отличающийся тем, что в качестве неорганического полупроводника используют арсенид галлия п-типа (п-ваАз), а в качестве органического полупроводника наносят тонкий слой фталоцианина меди высокой степени чистоты (содержание остаточных примесей < 10"4%), р-типа (р-слой) нанометровой толщины (с! < 20 нм), а между слоем п-типа и слоем р-типа создается слой собственного полупроводника (ьслой толщиной с1,=20-25 нм).
3.Исследованы оптические и фотоэлектрические характеристики р-ьп-гетероструктуры. Изготовление р-ьп-гетероструктуры предлагаемым способом позволяет повысить чувствительность по фото-ЭДС в 10 раз по сравнению с гетеропереходом р-СиРс/п-ваАз (А,=420нм). Чувствительность по фото-э.д.с. для фотоэлемента р-1-п-гетероструктуры составляет 8=100*104 В/Вт, а чувствительность по Ихх для фотоэлемента с гетеропереходом составляет 8= 10*104 В/Вт. В области длин волн 400-500 нм чувствительность у фотоэлемента р-ьп-гетероструктуры возрастает от 2 до 10 раз, по сравнению с чувствительностью фотоэлемента с гетеропереходом. Спектр фоточувствительности смещен в сторону коротких длин волн, что указывает на наличие ьобласти между р- и п-слоями.
4.Предложена физическая модель p-i-n-гетероструктуры для расчета тока короткого замыкания в барьере слоя i-CuPc (d=20 нм). Она отличается от физической модели для гетероперехода коэффициентом Ar, который показывает вклад i-области при поглощении света в слое СиРс. Экспериментальное значение тока совпадет с теоретическим значением с точностью до 1%.
5.Изучена зависимость В АХ от температуры (Т изменяется от 293 К до 323 К). Главным свойством этих структур является наличие обычных для неорганических полупроводников степенных зависимостей тока от напряжения I со Um.
1. Шарма, Б.Д., Пурохит Р.К. Полупроводниковые гетеропереходы. М.: Сов. радио.-1979.-232с.
2. Kamoun, N. Cellules solaires CdS/CuInSe2, prepares par pulverization chemique sans air/ N. Kamoun, S. Belgacem, M. Dachraoui, R. Bennaceu// Rev. Phys. Appl.-1987.-Vol.22, № 9.-P. 991-998.
3. Reiß, J. Analysis of recombination losses im chalcohyrite solar cells/ J. Reiß, R. Klenk, M.C. Lux-Steiner// Ber. Hahn-Meitner-Inst.-2001, №587.-P.105.
4. Катеринчук, B.H. Гетеропереходы InSe-In4Se3 с полосой фоточувствительности 1.0-1.8 мкм/В.Н. Катеринчук, З.Д. Ковалюк, А.Д. Огородник// Инст. проблем материаловед. Академии наук Украины, Черновцы, Украина.-1994.-Вып.12, Т.28.-С.2096-2098.
5. Бондарь, И.В. Фотовольтаические свойства оптического гетероконтакта InSe/CuAlS2/ И.В. Бондарь, В.Ю. Рудь, Ю.В: Рудь// Физ.-тех. инст. им. Иоффе РАН, С-П6.-1994,- №12, Т.28.-С.2129-2133.
6. Kuroyanagi, А. Фотоэлектрические характеристики гетеропереходов CdS/Zn3P2 со слоем CdS, нанесенным в процессе вакуумного испарения с ионизацией/ A. Kuroyanagi, Т. Suda// Trans. Inst. Elec. Eng. Jap.-1988.-Vol.108, №ll.-P.891-895.
7. Basak, R.L. Photovoltaic properties of CdS/InP solar cells/ R.L. Basak, S. Chaundhuri, A.K. Pal// J. Mater. Sei. Lett.-1988.-Vol.9, №10.-P. 1048-1049.
8. Szatkowski, J. Solar energy conversion in Mg-Zn3P2 junction/ J. Szatkowski, K. Siezanski, J. Misiewicz, N. Mirowska, F. Krolicri// Opt. Appl.-1988.-Vol.18, №3.-P.231-236.
9. Chaundhuri, S. Electrical and optical properties of CdTe films and junction/ S. Chaundhuri, S.K. Das, A.K. Pal// Adv. Sol. Energy Technol.: Proc. Bien. Congr. Inf. Sol. Enegy Soc., Hamburg, 13-18 Sept., 1987. Vol.l-Oxford etc.-1988.-P. 175-179.
10. Rakhshani, A.E. Heterojunction properties of electrodeposited CdTe/CdS solar cells//J. Appl. Phys.-2001.-Vol.90, №8.-P.4265-4271.
11. Tsugami, M. GaAs solar cells by MOCVD/ M. Tsugami, K. Mistsui// Optoelec.=Devices and Technol.-1989.-Vol.4,№l.-P.59-66.
12. Torchynska, T.V. III-V material solar cells for space application/ T.V. Torchynska, G.P. Polupan// Semicond. Phys., Quantum Electron, and Optoelectron.-2002.-Vol.5, № 1 .-P.63-70.
13. Singh, M. Current-voltage characteristics of polar heterostructure junction/ M.Singh, J. Singh, U. Mishra// J. Appl. Phys.-2002.-Vol.91, №5.-P.2989-2993.
14. Haw., Dec.5-9, 1994., Conf. Rec. 24th IEEE Photovolt. Spec. Conf.-94.-Vol.2.-Piscataway (N. Y.), 1994.-P. 1295-1298.
15. Van Cleef, M.W.M. Significance of tunneling in p+amorphous silicon carbide/ n crystalline silicon heterojunction solar cells/ M.W.M. Van Cleef, R.E.I. Schropp// Appl. Phys. Lett.-1998.-Vol.73, №18.-P.2609-2611.
16. Froitzheim, A. Amorphous/crystalline-silicon heterojunction solar cells/ A. Froitzheim, R. Stange, H. Angermann, L. Elstner, W. Fuhs, K. Kliefoth, M. Schmidt// Ber. Hahn-Meitner-Inst.-2001, №587.-P.99.
17. Ultra-thin solar cells developed// Mod. Power Syst.-2003.-Vol.23, №5.-P.ll.
18. Федоров, М.И. Влияние легирования на фотопроводимость слоев фталоцианинов: Дис. .канд. физ.-мат. наук/ М.И. Федоров.-Черноголовка: ИХФ, 1972.-147с.
19. Федоров, М.И. Исследование спектральной фоточувствительности двухслойных солнечных элементов на основе органических полупроводников/ М.И. Федоров, С.В. Масленников, В.А. Шорин, Ш.Р. Мелконян.- М.: 1989.-20с.- Деп. В ВИНИТИ 05.10.89, № 6129-В89.
20. Федоров, М.И. Физико-химические, оптические и фотоэлектрические свойства органического полупроводника бордо периленового/ М.И.Федоров, С.В. Масленников, В.А. Шорин, Ш.Р. Мелконян// Журнал физической химии.- 1989.- Т. 63, Вып. 11.- С. 3081-3084.
21. Федоров, М.И.Исследование физической природы гетеропереходов органический неорганический полупроводник и их применение: Дис. .докт. физ.-мат. наук/ М.И. Федоров.- Рязань, 2004.-229с.
22. Масленников, C.B. Солнечные элементы с гетеропереходом на основе органических полупроводников/ C.B. Масленников, М.И, Федоров// Изв. вузов. Физика.- 1997.-Т.40,№1.-С.69-72.
23. Пат. №2071148 РФ. Способ изготовления твердотельного фотогальванического элемента для преобразования энергии света в электрическую энергию/ М.И. Федоров, В.А. Шорин, C.B. Масленников, С.К. Корнейчук,ВоПИ. Опубл. 27.12.1997. Бюлл. №36.
24. Пат. №2206148 Кл H01L 31/18. Способ увеличения фоточувствительности фотоприемника с гетеропереходом/ М.И. Федоров, A.M. Чередник, В.К. Максимов, С.К. Корнейчук, ВГТУ.Опубл. 10.06.2003. Бюлл. №16.
25. Корнейчук, С.К. Фотоэлектрические характеристики фотоприемника на основе GaAs/CuPc/ С.К. Корнейчук, М.И. Федоров// Известия вузов. Физика.-1996.- №7.-С.41-45.
26. Пат. №2111461 Кл G01 J 1/48. Измеритель интенсивности светового излучения/ М.И. Федоров, В.А. Шорин, C.B. Масленников,. С.К.Корнейчук, ВоПИ. Опубл. 20.05.98. Бюлл. №14.
27. Федоров, М.И. Измерители интенсивности излучения в широкой области спектра на основе n+-GaAs/n-ClInPc/ М.И.Федоров, М.Н. Смирнова // Научно-методический журнал Саранского университета. -1999.-№2-с. 55-65.
28. Breeze, A J. Polymer-perylene diimide heterojunction solar cells/ A.J. Breeze, A. Salomon, D.S. Ginley, B.A. Gregg, H. Tillmann// Appl. Phys. Lett.-2002.-Vol.81, № 16.-P.3 085-3087.
29. Winder, C. Towards increasing the photon harvesting in bulk heterojunction polymer solar cells/ C. Winder, M.A. Loi, N.S. Saricifici and et.// 3 Conference on "Organic photovoltaic" , Seattle, Wash., 10-11 July, 2002. Proc. SPIE. 2002. - P.22-23.
30. Yakimov, A. High photovoltage multiple-heterojunction organic solar cells incorporating interfacial metallic nanoclusters/ A. Yakimov, S.R. Forrest// Appl. Phys. Lett.-2002.-Vol.80, №9.-P. 1667-1669.
31. Vertsimakha, Ya.I. Photoelectrical properties of interfaces between organic films and CdSSe// Mol. Cryst. and Liq. Cryst. Sci. and Technol. A.-2001.-Vol.355.-P.275-288.
32. Podinger, F. Effects.of postproduction treatment . on plastic solar cells/. F. Podinger, R.S. Rittberger, N.S. Saricifici// Adv. Funct. Mater.-2003.-Vol.13, №l.-P.85-88.
33. Peumans, P. Small molecular weight organic thin-film photodetectors and solar cells/ P. Peumans, A. Yakimov, S.R. Forrest// J. Appl. Phys.-2003.-Vol.93, №7.-P.3693-3723.
34. Chirvase, D. Temperature dependent characteristics of poly (3hexyethiophene)-fullerene based heterojunction organic solar cells/ D. Chirvase, Z. Chiquvase, M. Knipper, J. Parisi, V. Dyakonov, J.C. Hummelen//J. Appl. Phys.-2003.-Vol.93, №6.-P.3376-3383.
35. Shaheen, S.E. Fabrication of bulk heterojunction plastic solar cells by screen printing/ S.E. Shaheen, R. Radspinner, N. Peyghambarian, G.E. Yabbour// Appl. Phys. Lett.-2001.-Vol.59, №18.-P.2996-2998.
36. Carlson, D.E.// IEEE Trans, on Electron Devices, ED-24.-1977.-P.499.46.0kamoto, H.// Surf. Sci.-1979.-Vol.86.-P.486.
37. Хамакава, И. Аморфные полупроводники и приборы на их основе/ Под. ред. Й. Хамакавы. Пер. с англ. А.Н. Морозова. М.: Металлургия, 1986.-376с.
38. Hamakawa, Y.: Amorphous Semiconductors Technologies and Devices, ed. Y. Hamakawa (Ohm * North Holland, 1982) p. 134.
39. Yamaguchi, T. et al. Jpn. J. Appl. Phys.- 1981.- Vol.20 Suppl 20 - 2 .-p.195.
40. Williamson, P.A. Failure analysis of amorphous silicon solar cells/ P.A. Williamson, J.W. Lathrop// IEEE SOUTHEASTCON 87, Tampa, Fla, Apr.5-8., 19$7. Conf. Proc. Vol.1, N.Y., 1987.-P.182-185.
41. Fang, P.H. Excimer laser induced silicon amorphous-microcrystalline transformation and its solar cells applications// Sol. Cells.-1988.-Vol.25, №l.-P.27-29.
42. Sazuki, К. Influence of oxides at metal electrode-amorphous silicon interface on solar cells characteristics/ K. Sazuki, M. Hirasaka, K. Nakatahi, H. Okaniwa//Thin. Solid Films.-1988.-Vol.l67.-P.85-93.
43. Fukuda, N. Солнечный элемент с высоким КПД, изготовленный с использованием дисилана/ N. Fukuda, К. Miyachi, Н. Tanaka, Y. Ashida, Y. Ohashi// Trans. Inst. Elec. Eng. Jap. Cr.-1988.-Vol.102, №8.-P.539-546.
44. Van Veen, M.K. Beneficial effect of a low deposition temperature of hotwire deposited intrinsic amorphous silicon for solar cells/ M.K. van Veen, R.E.I. Schropp// J. Appl. Phys. 2003.- Vol.93,№1.- P.121-125.
45. Nevin, W.A. Light-induced changes in hydrogenated and deuterated amorphous silicon films and solar cells/ W.A. Nevin, H. Yamagishi, K. Asaoka, H. Nishio, Y. Tawada// Appl. Phys. Lett.-1991.-Vol.59, №25.-P.3294-3296.
46. Garikepati, P. Charge transport in a-Si:H pin. solar cells under AC excitation/ P. Garikepati, T. Xue// Sol. Energy Mater, and Sol. Cells.-1992.-Vol.27, №l.-P.69-77.
47. Lips, K. Transport and recombination in amorphous p-i-n-type solar cells studied by electrically detected magnetic resonance/ K. Lips, W. Fuhs//J. Appl. Phys.-1993.-Vol.74, №6.-P.3993-3999.
48. Wang, K. Electroluminescence and forward bias current in p-i-n and p-b-i-n a-Si:H solar cells/ K. Wang, M. Silver, D. Han// J. Appl. Phys.-1993.-Vol.73, №9.-P.4567-4570.
49. Chatterjee, P. Effect of a wide bandgapemitter layer and its pattering on the performance of a-Si:H based heterojunction solar cells// IEEE 1st World Conf. Photovolt. Energy Convers., Waikoloa, Haw, Dec.5-9, 1994: Conf.
50. Rec.24th IEEE Photovolt. Spec. Conf.94.-Vol. 1 .-Piscataway (N.Y.), 1994.-P.595-598.
51. Asensi, J.M. Collection asymmetry in a drift-driven p-i-n solar cell/ J.M. Asensi, D. Soler, M. Fonrodona, J. Bertomeu, J. Andreu// J. Non-Cryst. Solids.-2002.-Vol.299-302.-P:i 142-1146.
52. Caputo, D. Degradation and annealing of amorphous by current injection experiment and modeling// Sol. Energy Mater, and Sol. Cells.-1999.-Vol.59, №3.-P.289-298.
53. Fujioka, H. Characteristics of field effect a-Si:H solar cells/ H. Fujioka, M. Oshima, C. Hu// J. Non-Cryst. Solids.-1998.-Vol.227-230.-P.1287-1290.
54. Wen, L. The relationship between the performance of a-Si:H p-i-n- solar cells and their structural parameters/ L. Wen, C. Ji, F. Zwang, J. Zhao// J. Beijing Norm. Univ. Natur. Sci.-1999.-Vol.35, №3.-P.361-365.
55. Merten, J. Improved equivalent circuit and analytical model for amorphous silicon cells and modules/ J. Merten, J.M. Asensi, C. VozII IEEE Trans. Electron Devices.-1998.-Vol.45, №2.-P.423-429.
56. Lu, В. Исследование и изготовление солнечных элементов из аморфного кремния, предназначенных для работы при низкой освещенности/ В. Lu, J. Zheng, В. Zou, X. Wang, Z. Jia// Bandaoti guangdian= Semiconduct. Optoelectron.-2002.-Vol.23, №5.-P.317-319.
57. Takahama, Т. Новый тип солнечного элемента на основе кристаллического кремния/ Т. Takahama, Т. Nakai, Т. Sawada, М. Taguchi, S. Tsuge// San уо denki giho= Sanyo Techn. Rev.-1996.-Vol.28, №1.-P.98-104.
58. К. Duan// Bandaoti guangdian= Semiconduct. Optoelectron.-2002.-Vol.23, №2.-P.92-95.
59. Matsui, T. Microstructural dependence of electron and hole transport in low-temperature-grown polycrystalline silicon thin-film solar cells/ T. Matsui, P. Muhida and et.// Appl. Phys. Lett.-2002.-Vol.81, №25.-P.4751-4753.
60. Пат. 6521826 СШАб МПК7 H01L31/036. Thin film solar cell and fabrication method therefore/ K.K. Sharp, K. Wada/Юпубл. 18.02.2003, Бюлл. №11-340283.
61. Wyrsch, N. Microcrystalline p-i-n-cells: a drift-controlled device?/ N. Wyrsch, P. Torres, J. Meier, A. Shah// J. Non-Ciyst. Solids.-1998.-Vol.227-230.-P.1272-1276.
62. Meier, J. Recent progress in micromorphous solar cells/ J. Meier, S. Dubail, J. Coperus, N.H. Kroll// J.^Non-Cryst. Solids.-1998.-Vol.227-230.-P.1250-1256.
63. Fantoni, A. Transport properties im microcrystalline silicon solar cells under AM 1,5 illumination analysed by two-dimensional numerical simulation/ A. Fantoni, M. Vieira, R. Martins// Solid-State Electron.-1999,-Vol.43, №9.-P. 1709-1714.
64. Lord, K. Light-induced increase in the open-circuit voltage of thin-film heterogeneous silicon solar cells/ K. Lord, B. Yan, J. Yang, S. Guha// Appl. Phys. Lett.-2001.-Vol.79, №23 .-P.3 800-3 805.
65. Пат.6380479 США, МПК7 H01L25/00. Photovoltaic element and method for manufacture thereof T. Nakai, H. Taniguchi, T. Ienada, Y. KadonadaII Опубл. 30.04.2002, Бюлл. №9-67690.
66. Пат.6566596 США, МПК7 H01L31/04, H 01L31/0352. Solar cell and process of manufacturing the same/ K.K. Sharp, Y. Suzuki. 0публ.20.05.2003, Бюлл. №2000-334752.
67. Pusu, M. Contribution of the ZnSe/CuGaSe2 heterojunction in photovoltaic performances of chalcopyrite-based solar cells/ M. Pusu, S. Sadewasser, Th. Glatsel and et.// Thin Solid Films.-2002.-Vol.403-404.-P.344-348.
68. Fritsche, J. Band energy diagram of CdTe thin film solar cells/ J. Fritsche, D. Kraft, A. Thi{3en, T. Mayer, A. Klein, W. Jaegermann// Thin Solid Films.-2002.-Vol.403-404.-P.252-257.
69. Шур, M. Современные приборы на основе арсенида галлия/ М.Шур.-М.: Мир, 1991.-632с.
70. Арсенид галлия. Получение, свойства, применение/ Под ред. Ф.М. Кесаманлы, Д.Н. Наследова.- JL: Наука, 1973.-472с.
71. Оптические свойства полупроводников (полупроводниковые соединения А3В5 типа)/ Под ред. Р. Уиллардсона, А. Вира.- М.: Мир,1970.-488с.
72. Мосс, Т. Полупроводниковая оптоэлектроника/ Т. Мосс, А.Б. Вербицкий, Я.И. Верцимаха, В.И. Трофимов.- М.: Мир', 1976.-431с.
73. Алферов, Ж.И. Солнечные преобразователи на основе гетеропереходов p-AlxGai.xAs-n-GaAs/ Ж.И. Алферов, В.М. Андреев// ФТП.-1970.-Т.4, Вып. 12.-С.2378-2379.
74. Андреев, В.М. Каскадные СЭ на основе соединений А3В5/ В.М. Андреев, В. Д. Румянцев, Л.Б. Карлина, В.П. Хвостиков// Теплоэнергетика.-1997.-№4.-С. 16-20.
75. Симон, Ж. Молекулярные полупроводники. Фотоэлектрические свойства и солнечные элементы: Пер. с англ. / Ж. Симон, Ж.-Ж. Андре.- М: Мир,1988.-344с.
76. Гутман,Ф. Органические полупроводники: Пер.с англ./ Ф. Гутман, Л. Лайонс.- М.: Мир,1970.-696с.
77. Акопов, А.С. Термоокислительная деструкция металлфталоцианинов на воздухе/ А.С. Акопов, Б.Д. Березин, В.Н. Клюев, Г.Г. Морозова// Журнал неорганической химии.-1975.- Т.20,№5.- С.1264-1265.
78. Yusunaga, Н. Effect oxygen on electrical properties of lead phthalocyanine/ H. Yusunaga, K. Kjima, H. Yahda// J. Phys. Soc. Japan.-1974.-Vol.37,№4.-P. 1024-1030.
79. Fan, F.R. Photovoltaic effects of metal free and zinc phthalocyanine properties of illuminated thin-film cells/ F.R. Fan, L.R. Faulkner// J. Chem. Phys.-1978.-Vol.69.-P.3341-3349.
80. Amal, K.G. Merocyanine organic solar cells/ K.G. Amal, T. Fend// J. Appl. Phys.-1978.-Vol.49.-P.5982-5989.
81. Kanicki, T. Photovoltaic propertiesof pb/trans (CH)X Schottky barriers/ T. Kanicki, E.V. Donoct, S. Bauc// Solar cells.-1983 .-Vol.9.-P.281-288.
82. Силинын, Э.А. Органические полупроводники/ Э.А. Силинын, Л.И, Тауре.- М.: Знание, 1980.-64с.
83. Lever, А.В.Р. // Adv. Inorg. and Radiochem.-1965.-Vol.7.-P.27.
84. Moser, F.H. Phthatocyanines, A.C.S.// F.H. Moser, A.L. Thomas Monograph 157, N.Y., Reinhold Publishing Corp., 163.1 lO.Berezin, B.D. Coordination Compounds of Porphyris and Phthatocyanines, N.Y., J. Wiley & Sons, 1981.
85. Ш.Вербицкий, А.Б. Влияние кислорода на фото-э.д.с. пленок фталоцианина свинца в ближней ИК области/ А.Б. Вербицкий, Я.И. Верцимаха, В.И. Трофимов// Укр. журнал.-1994.-Т.39.-№7,8.-С.894-895.
86. Фотоника органических полупроводников. Сборник статей института физики АН Укр. ССР/ Под ред. М.В. Курик.- Киев: Наукова думка.-1977.-188с.
87. ИЗ.Курик, М.В. Молекулярные солнечные элементы/ М.В. Курик// Зарубежная радиотехника.- 1988.- №10.-С.80-87.
88. М.Смирнова, О.Ю. Фотоэлектрические характеристики солнечного элемента с p-i-n-структурой на основе n-GaAs и р-СиРс/ О.Ю. Смирнова, М.И. Федоров// Экология промышленного произволства.-2005.- Вып.1.-С.52-55.
89. Пб.Смирнова, О.Ю. Исследование основных характеристик солнечного элемента p-i-n-структуры на основе СиРс/ Молодые исследователи — региону: Материалы Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов,- Вологда: ВоГТУ, 2003.- С.34-35.
90. Смирнова, О.Ю. Фотоэффект p-i-n-структуры на основе органического полупроводника СиРс/ Вузовская наука региону: Материалы третьей всероссийской научно-технической конференции. В 3-х т.- Вологда: ВоГТУ, 2005.- Т.1.- С.261-263.
91. Смирнова, О.Ю. Исследование физической природы гетероперехода органический неорганический полупроводник/ О.Ю. Смирнова, М.И. Федоров, А.А, Абильдин// Экология промышленного производства.-2005.- Вып.2.-С.48-50.
92. Rose, A. Comparative Anatomy of Models for Double Injection of Electrons and Holes into Solids/ J. Appl. Phys. -1964.- Vol. 35,№ 9.-P.2664-2678.
93. Hocob, Ю.Р. Оптоэлектроника/ 2-е изд., перераб. и доп.-М.: Радио и связь, 1989.-360с.
