Преобразование энергии бета-излучения структурами на основе гидрогенизированных слоев аморфного кремния тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

г * V

российская акадйкия наук физико-техничбжкий институт им. А.Ф.ИОФХ®

На прьвах рукописи

мориисний Владимир Юрьевич

преобразование энергии 0- излучения структурами на основе гидрогенизированлых слоев аморфного кршш

(01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков )

Автореферат диссертации на соискание ученой степени ~ кандидата физико- математических наук

Оанкт- Петербург 1994 Г.

Раб!'та выполнена в Фмзико- техническом институте им. А.Ф.Иоффе РАН.

Научный руководитель: доктор физико- математических

наук В.Г.Голубев.

Официальные оппоненты: доктор физико- математических

наук профессор Б.В.Новиков, кандидат Сизико- математических наук Н.А.Соболев.

Ведущая организация - Санкт-Петербургский государственный

технический университет.

Защита состоится ЧЬ- ноЩ Л_ 1994 г. в час. на

заседании специализированного совета К 003.23.01 при ({изико- техническом институте им.А.Ф.Иоффе РАН по адресу: 194021, Санкт- Петербург, Политехническая улица, д.26. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан 1994 г.

?

Ученый секретарь специализированного

совета кандидат физ.- мат. наук Г.С.Куликов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

_Актуальндсть_твмы. Существующие с конца 70 -х годов

технологические метода позволяют получать слои аморфного

гидрированного кремния (а-315Н) с низкой плотностью локали-

зовашшх состояний ( л.с.) в щели подвижности ( и. ~ Ю15-тс Т

10 эВ см ) и эф|)ективно легировать их. В практических целях широко применяются слои аморфного гидрированного карбида кремния (а-ЭххС:н). Например, в гетероструктурах они используются как полупроводники с большей относительно "чистого" аморфного кремния шириной запрещенной зоны. В настоящее время электрофизические свойства а- 81:н и а-31гС:Н пленок достаточно хорошо изучены. На основе этих материалов разработаны эффективные фотопреоОразователи, тон-копленочныа полевые транзисторы и др. приборы. Наибольшие успехи достигнуты в создании солнечных батарей, изготовление которых осуществляется в промышленном масштабе.

Базовым элементом фотопреобразователя является р-1-п или БШ (с барьром Шоттки) диод. Возможности практического использования структур данного типа не исчерпываются солнечной энергетикой. В последние года появились публикации, свидетельствующие о значительных усилиях различных групп . направленных на создание детекторов а-, (3-, 7- квантов, нейтронов, протонов, рентгеновского излучения на основе а— Я1:Н- ПЛеНОК Г I 1.

Разрабатываемые устройства предназначены для регистрации высокоэнергетинных частиц, в частности, электронов с энергией 1-3 МэВ. В этом плане энергетический диапазон от единиц до нескольких десятков кэВ ( т.н. кэВ- диапазон) изучен существенно меньше. Большинство работ посвящено исследованию изменений фотопроводящих свойств собственных слоев аморфного кремния под действием электронного пучка. В части публикаций рассматриваются проблемы создания устройств памяти, в которых запись информации осуществляется посредством облучения отдельных областей пленки -я* электронным пучком большой интенсивности.

Необходимо отметить недостаточную изученность ряда вопросов, связанных с детектированием ионизирующего облучения . Так, обращает на себя внимание большой разброс результатов измерений энергии образования электронно- дырочной пары беЬ в аморфном кремнии, приводимых разными авторами [2,3]. Практически не исследовалась возможность функционирования диодов на основе а-Бхгн пленок в режиме прямого преобразования энергии электронов кэВ- диапазона.

Введение углерода в пленку аморфного кремния позволяет получить более широкозонный материал. Можно ожидать, что структуры на основе а-81:С:н- слоев, преобразующие энергию электронного потока, позволят получить и большие ( по сравнению с безуглеродными) напряжения холостого хода. Влияние изменения содержания углерода в а-зж:С:н пленке на параметры преобразования энергии электронного штока структурами, в которых эти пленки используются в качестве базовых, до сих пор не изучалось.

Вместе с тем, преимущества тонкопленочной технологии обусловливают перспективность создания эломентов, преобразующих в электрический ток энергию р- распада веществ, на базе слоев аморфного кремния. Во- первых, формирование многослойных структур дает принципиальную возможность достижения высокой удельной мощности преобразования ( мощности, отдаваемой в цепь нагрузки единицей преобразующего объема). Во-вторых, существование пленочных источников, испускающих низкоэнергетичные электроны ( например, насыщенная тритием пленка титана с максимумом спектра испускания, находящимся в области 5 кэВ с 4 ] ), позволяет надеяться на создание компактных, автономных источников тока, практически безопасных в радиационном отношении. Тонкопленочные приемники йизкоэнергетичных электронов, сформированные на гибкой подложке большой площади, могут успешно использоваться в медицинских целях. Таким образом, практические аспекты проблемы преобразования энергии р- излучения в электрический ток с помощью структур на основе аморфного кремния также свидетельствуют о необходимости экспериментальных работ в данном

направлении.

_Основная_цель настоящей работы заключалась в изучении возможности преобразования энергии потока низкоэнергетичных электронов ( диапазон 3- 35 кзВ) структурами на основе а~ si :н— и a-si.-с:н-. слоев и определении параметров преобразования; В моделировании работы a-Si:H и a-SisC:H- структур в условиях низкоэнергетичного электронного облучения малой интенсивности; в определении обеспечиваемого ими коэффициента размножения генерированных электронным пучком неравновесны к носителей заряда; в определении энергии образования электронно- дырочной пары в аморфном кремнии.

В результате проделанной работы были получены следующие Jíükh§_£03 хльтаты.

1. Определены параметры преобразования электронного потока ( энергетический диапазон 3-35 кэВ) барьерными структурами на основе гидрогенизированных пленок аморфного кремния. Установлены величины энергий падающих электронов, при которых поверхностная рекомбинация заметно влияет на работу преобразователей.

2. Установлено, что использование углеродосодержащих пленок аморфного гидрированного кремния в качестве собственного слоя p-i-n - диодов повышает устойчивость этих элементов к воздействию электронного облучения, не приводя к изменению к.п.д. преобразования электронного потока.

3. Определена энергия образования электронно-дырочной пары в аморфном гидрированном кремнии с плотностью локализованных состояний в щели подвижности ~ 8*10*°-

н величиной параметра |п для неосновных носителей (дырок), равной IU~B- ÍCT9 смА'7В.

_Положет1Яг_вшюсигл|_ю _нд _защ,иту_

1. Knpj epirno структуры на основе a-sxsH, работающие rt релглмо прямого преобразования энергии электронного потока кзВ- диапазон» i, сдаргия иодогшп электронов меняется от 3 до ЗЬ кэВ), функционируют шшзолро эфт*жт:шно при оолучотт их зд.жтрсирк;'. с эьоргкя!.".» 7-11 кой. D максимум'» спектральной чувствительности структуры коэффициент умножения досг;;-

гает величины ота>; е 600, к.п.д. преобразования составляет 1%. Использованные пленки аморфного кремния имели плотность локализованных состояний в щели подвижности ~ 8«1015-Тй г

2*10 эВ см и В9ЛИЧ1ШУ параметра ит для неосновных носителей (дырок), равную 10~8- Ю-9 см/В.

2. Использование углеродосодержащих пленок гидрированного аморфного кремния (а- а11_хс>.:И с х= О - 0,1) позволяет создавать преобразователи электронного потока ( ГШ ) с большими напряжениями холостого хода, возрастающими в 1,5 раза по мере увеличения относительной концентрации углерода в пленке. По к.п.д. карбидосодержащие структуры не уступают их безуглеродным аналогам.

3. Моделирование процесса собирания заряда, генерированного потоком кэВ- электронов низкой интенсивности (10 -

ТТ —2 —т

10 ЭЛ*СМ * с: А) В ТОНКОШЮНОЧНЫХ ¿>-51 :Н ИЛИ а-Зх:С:Н-

структурах, осуществленное на основе представлений, развитых при анализе работы а-Еин солнечных элементов, адекватно описывает функционирование преобразователей электронного потока. Для вычисления скорости генерации электронно- дырочных пар можно применять соотношения, использующиеся с этой целью в случае "кристаллических" преобразователей.

4. Из сопоставления экспериментальных к теоретических результатов следует, что энергия образования электронно- дырочной пары в аморфном кремнии, качество которого позволяет изготавливать Г1ЭП с к.п.д. -1%, составляет 8 ± I эВ.

5. На основе а-Бг:Н ИЛИ а-31:С:Н - барьерных Структур возможно создание автономных источников питания , преобразующих энергию (3- излучения. Использование тонкопленочных (3-излучателэй, представляющих собой пленку титана, насыщенную тритием, позволяет получить к.п.д. преобразования электронного потока порядка одного процента.

1/ Определены толщины собственных и легированных областей барьерных структур на основе а-31гн, обеспечивающих эфрих-тиьное преобразование электрошюго потока. Показано, что для изготоалршь. проооразоватолвй элоктронжч-о пу.'ок*! но три -

буется внесения каких- либо принципиальных изменений в технологию производства солнечных элементов на основе аморфюго кремния.

2/ Показана возможность создания автономных источ1Шков питания на основе a-5i:H ИЛИ a-si:C:H - барьерных структур, преобразующих энергию р- излучения в диапазоне 3-35 кэВ. Проведено исследование характеристик преобразователей электронного потока в широком диапазоне энергий падащих электронов и уровней возбуждения.

_Апробация_работыд Результаты работы докладывались на I Всероссийской конференции по физике полупроводников (Н.Новгород, 1993), на межотраслевой конференции по разработке и освоению аморфных материалов ( Москва, 1992), на 4 мэкдународной конференций EPMS'93 ( Sheffield, ик, 1993 ).

_Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 научных работ, список которых приведен в конце автореферата.

_5^§м_работы^ Диссертация состоит из введения, четырех глав и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации равен 161 странице, из mix IOG страницы текста, 34 страницы рисунков.Список цитируемой литературы составляет 122 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ „Введение. Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована основная цель работы, приведены положения, выносимые на защиту.

_П§Евая_глава носит обзорный характер. И ней рассматриваются электрофизические свойства p-i-n -структур на основе

a-Si:H И a-Si:С:Н-ШЮНОК, ВОЗДОЙОТВИв Н8 НИХ И На СОбСТВЭН-

ные слои аморрного кремния ионизирующего облучения (с акцентом на плектроны, энергия которых не превышает нескольких десятков кэВ). Материал данной главы отражает основные экс-меримонтальнне и теоретические результаты по этой теме. Оп-[•.'Л»"мн круг вопросов, недостаточно изученный к моменту на-чалч исследования, п связи с чем ставятся основные задачи

p'i'i 'IN.

Итпрпя глова П"спя1!4)нп технологии изготовления и мето-

дам исследования барьерных структур, преобразующих энергию электронного потока в электрический ТОК. а-31:Н ( а-51:С:Н) пленки наносились путем ВЧ- разложения ( частота 13,66 МГц) силана бан. ( или газовой смеси силвиа и метана ванл + сн.)

4 4 4

в реакторе диодной конструкции.

Собственные и легированные слои наносились в необходимой последовательности в многокамерной установке. Разрядные камеры располагались радиальным образом, подложки перемещались с помощью роторного механизма. Легирование образцов осуществлялось путем добавления в газовую смесь диборана в2н6 или фосфина рнд. Процентное содержание в2н6 и рн3 в газовой смеси варьировалось от 0,1 до I X, а при изготовлении карбидо-содержащих слоев а-э1.:Н .определяющее содержание углерода в пленке отношение к= сн4 /( з±н4+сн4) менялось в диапазоне 0- 0,33.

Исследуемые р-1-п-структуры изготовлялись последовательным нанесением на кварцевую подложку слоев окисла индий-олово хто или титана толщиной ~1000Й ( тыльный электрод), р+ (или п+ ) слоев аморфного кремния толщиной 300- 400 8. Далее осаждались: собственный слой толщиной ■>•40003, верхний легированный слой п+(или р+)- типа (200- -400Й) и титановый фронтальный электрод толщиной ~ 100Й.

Помимо р-1-п, изучались также каскадные структуры типа р-1-п-р-1-п и БШ- диода . В последнем случае на пленку 1ТО последовательно наносились: п+ , 1- слои а-Бх:н, а фронтальным электродом служила пленка рь или ра толщиной 100Й. Активная площадь структур составляла 0,03- 1,0 см2. Достоинством технологии изготовления преобразователей электронного потока (ПЭП) является то; что она, как оказалось, не требует внесения каких- либо принципиальных изменений в технологический процесс, посредством которого осуществляется изготовление солнечных батарей на основе аморфного кремния.

Исследование нагрузочных характеристик барьерных структур, активными СЛОЯМИ которых ЯВЛЯЮТСЯ а-Б1 :Н - или а-5х«с:н-пленки, осуществлялось при возбуждении образцов как моноэнергепг;9ским электронным пучком, так и источником

электронов со сплошным спектром ( Е3= О- 16 кэВ). В первом ;и основным) случае облучение ПЭП производилось в каморе объектов растрового электронного микроскопа РЭММА- 202М. Во втором исследуемая структура механически соединялась с' пленочным радиоактивным источником.

Для исключения влияния л о градации a-si:i<- слоев под действием кэВ- электронов на результаты измерений использовалась сильная расфокусировка пучка( при этом достигалась низкая, порядка I010 - Ю11эл*см~'2* с интенсивность

засветки ), а также импульсный режим облучения. Диаметр пятна менялся в случае необходимости дискретным образом в диапазоне 0,2- 5,3 мм2, его площадь определялась с точностью не менее 1%. Погрешность в определении плотности электронного потока составляла -10*.

Эксперименты показали влияние относительного размера зонда s3/sCTp ( s3 - площадь зонда, sCTp - площадь фронтального электрода) на ток короткого замыкания p-i-n- структуры. В случав генерации электронно - дырочных пар светом большая по сравнению с sCTp величина s3 приводит к значениям а® >1; завышенные значения эффективности собирания ШВ наблюдаются и при электронном возбуждении образца . Данный факт объяснен влиянием т.н. сопротивления растекания r т ( верхнего легированного слоя). Величина RpCT 10 Ом/ квадрат. В условиях низкого уровня возбуждения, реализуемого при "рабочих" плотностях электронного потока 3-5 нА/см2, имело место ухудшение формы вольт- амперных характеристик (ВАХ) исследовавшихся структур по мере уменьшения площади зонда, начиная со значений s^ 1,0 мм2.

Третья_глава_ посвящена исследованию процессов токопе-реноса в структурах на основе аморфного кремния, преобразующих энергию электронного потока в электрический ток. Выполненные намерения фотоэлектрических характеристик диодов МП ( барьером Шоттки) и pin -конфигураций позволили оп-poni.Miniii т.чкие параметры првобрпгюгятрлей, как диффузионная длина дырок i - 0, Г мкм, итхшппяденид иодрижности на время

г' - й ■ гл ?

:ш:ши эжктроноп =10 И) см /Н, длина экрянирова-

т /?

ния дебая 1д= 0,1 мкм ( 1э=( ее0 /чмлс) ), е- диэлектрическая проницаемость, ц- заряд электрона. Величина ылс определялась методом постоянного фототока, при этом использовались планарные структуры£ отсутствии углерода в пленке величина 1млс составляла 8*101Ь- 2*Ю16 эВ_1см"3.

Оптимизация толщин собственного слоя ( сг) и легированных областей ( <1п, ь ) преобразователя в сочетании с достаточно низкой мдс обеспечили практически полное собирание заряда. При этом величины а (с)п) и сг составили 200-400 8 и 0,4- 0,6 мкм,соответственно.

Исследование факторов, определяющих работу НЭП в низкоэнергетической области,показало, что поверхностная рекомбинация влияет на эффективность преобразования при Е3<~5кэВ. Выявлена зависимость положения максимума спектральной чувствительности элементов от типа структуры: отклик ИИ- диодов наибольший при облучении их электронами с энергией 6 -

7 КЭВ, ДЛЯ Т1 -п -1 -р - 1ТО -структур Едах « 10 кэВ. Под чувствительностью к электронному облучению о подразумевается коэффициент умножения структуры, равный отношению 1кз Л3, где 1кз- ток короткого замыкания структуры, I - ток зонда. Максимальная величина коэффициента умножения ( отак> барьерных структур на основе а-Ь1:н составила - 400 &00.

Моделирование спектрального отклика ПЭП осуществлялось в предположении постоянства времен жизни электронов и дырок и отсутствия влияния неравновесных носителей заряда (ННЗ) на распределение электрического поля в структуре. При расчете числа генерированных электронным пучком носителей заряда диссипация энергии электрона в пленке (йЕ/йх) вычислялась в соответствии с [ 5 т.е.- использовалась нормализованная функция потерь ь Су)= 0,б0+6,21у-12,40у2+5,б9у3 . Здесь у=х/я ; пробег электрона в мишени ( я ) рассчитывался по эмпирической формуле я = (4,28»ю~6/ р)*Е3'75, р - плотность аморфного кремния сг/см3:, [Е3з= кэВ, см. Сопоставление экспериментальных данных с результатами моделирования позволило определить энергию образования пары носителей е . равну 8 ♦ 1эВ.

Нагрузочные характеристики БШ- и р-г-п - диодов на основе аморфного кремния изучались в диапазоне энергий пада-щего пучка от 3 до 35 кэВ и интенсивностей засветки от 2 до

п

80нА/см . Коэффициент неидеальности нагрузочной ВАХ для всех

диодов составил ~ 1,30; плотность токов насыщения л для БШ-

-ГП ? 3

структур ~ 5*10 А/см , для р 1 п структур ~ (1,3-

7,5)*Ю_11Л/см2. Исследование формы ВАХ как функции е3 показало, что в низкоэнергетической часта спектра (е3<5кэВ) характер взаимосвязи фактора заполнения гг и е3 зависит от типа структуры (знак производной пп:/прч меняется! для БШ- диодов г^г/ст,, О, для п-1-р- конфигурации с!гг/с1е^> О ). Здесь I »11 / / 1„_»и„, , где х * и - максимальная

шах мдх КЗ xx та>' шах

мощность, отдаваемая элементом в цепь нагрузки, ин- напряжение холостого хода. Ухудшение формы ВАХ р-1-п - диодов, облучаемых сильно поглощающимися электронами, объясняется рекомбинационными потерями в приповерхностной области образца, связанными с наличием верхнего легированного слоя. В области как слабого, так и сильного поглощения с увеличением л3 выше - 5нА/см2 для БШ и р-1-п-структур наблюдается уменьшение величины рр.

Максимальный коэффициент полезного действии (т|) ПЭП достигался при е3, соответствующих максимуму спектральной чувствительности элементов.и составил ~ 1% . Увеличение интенсивности потока первичных электронов ( лд) в диапазоне Ь - 80нА/см^ не приводит к возрастанию т|, что связано с уменьшением рр по мере роста Такой характер зависимости рр(Е3) объясняется влиянием внешнего положительного смещения на ширину области сильного поля .

Оптимизированные одинарные р 1-п- структуры площадью

2

в 1см , механически соединенные с тонкопленочным источником (З-излучения, позволили получить ток к.з., равный 30-40 нА и ихх=0.25-0.35 В. Оценка удельной мощности преобразователя дает значение РуД ■< 70 мкВт/ см^ ( без подложки ).

Иссл°дованнне в настоящей работе каскадные преооразо-взтели ( т-. п-1-р- <- г- по) показали наличие следующих ооботоаюй по ср;:ыютго с одинарными« I. Смешение максиму -

ма зависимости о(е3 ) в сторону больших е3 и возрастание его интегральной ширины,- 2. Возрастание напряжения холостого хода структур (ип) - с ~ 0,4 до 0,8-0,9В в максимуме спектральной чувствительности( 3. Увеличение к.п.д. преобразования в высокоэнергетической области.

возможности ГОП на основе а-81:С!Н- пленок изучались на примере тл-п-1-р-1то - структур. С возрастанием к (к= О! 0,12; 0,25; 0,33) наблюдалось снижение величины а. Вместе с тем,увеличивается величина иы , достигающая 0,'б-0,7В при к= 0,33. Необходимо отметить незначительное ухудшение формы ВАХ структур с введением углерода - величина ы- менялась от 0,55 (к= О) до 0,49 (к= 0,33). Значение т)тах оказалось практически не зависящим от содержания углерода в пленке.

Четвевтая_глава_ посвящена исследованию деградации барьерных структур на основе а-Б1:Н или а-Б^СЖ- слоев под действием электронного пучка. Анализ зависимостей 1кз(0 показывает, что спад сигнала со временем носит не экспоненциальный характер, причем в области значений 0,1< 1кзи)ЛКЗ(0) < 0,40±0,05 , изменение тока к.з. структуры со временем облучения хорошо описывается выражением

»кз^- »КЗ*0* < 1 )

Здэсь 1кз(0)- ток к.з. структуры в начальный моыэнт времени.

Величина а варьировалась в диапазоне {0,42-0,615 в зависимости от энергии электронного потока. Наблюдалось возрастание величины а в указанных пределах при уменьшении е3от 30 до 5 кэВ. Плотность потока электронов не влияла на достигаемые значения а при изменении л3 от 10 до 520 нА/см2.

Спад тока к.з. связывается с уменьшением ширины области собирания НЮ (ыс). Возрастание плотности л.с. вследствие электронной бомбардировки образца и имеющее место соотношение ы^- ( ( приемлимость которого показали, в частности, фотоэлектрические измерения) позволяют объяснить наблюдавшееся значение а ~ 0,5.

Измерения величины ылс исследованных a-si.su- пленок показали, что облучение электронами (е3= 5 кэВ) дозой i

Дк/см^ увеличивает плотность л.с. состояний в щели до воли-

17 -Т -Т

чины - 10 эВ см . При этом происходит деградация объема р-1-п-структуры, прояаляпцаяся, в частности , в ухудшении формы спектральной характеристики в области слабого

поглощения. Отжиг при температуре Тотя в 170°С в точение 90 мин восстанавливал исходные значения млс- В этих же условиях наблюдалось и восстановление параметров} деградировавших а- Б1:Н - ПЭП.

Выполнены исследования зависимости скорости деградации структур от энергии пучка. Показано, что доза облучения, при которой величина о снижается вдвое (о^у^) для е3 = 30 кэВ составляет - 1-2 Дж/см, почти в 70 раз превосходя значения °1/2' имеюп*ие М9СТ0 в случае малых е3 (при е3=5 кзВ "половинная" доза о^ составляет ~ (3-4)*10~2 Дж/см2). Зависимость °1/2^3^ объясняется изменением с е3 числа образующихся в пленке индуцированных дефектов.

Исследования структур, параметры которых различались вследствие неодинакового качества а-слоя ( результат предварительной "электронной" обработки), показали, что при заданной е3 время полуспада тока к.з. позволяет судить о начальном уровне дефектности собственного слоя структуры. Проведенные в этой связи измерения кинетики деградации карбидосо-держащих структур ( к=0,12 , 0,25 и 0,33 ) показали в последнем случае "затягивание" кинетики спада 1кз. Полученное значение превышает наблюдавшееся при к=0 время полуспада ~ на 50% .

Эксперименты с р-1-п-и п-х-р-диодами, выполненные при р.3= 5кэВ, показали возрастание вромени полуспада сигнала для Т1-р+-1-гЛ-1Т0 - диода по сравнению со случаем обратного расположения а-э^гн-слоев . Соответствующие значения ь ^ различаются в 2 раза. Причина заключается в пространственном распределении электрического поля структуры, определяющим особенности собирания !ШЗ при "фронтальном" и "тыльном"осве-щении диодов.

Деградация нагрузочных характеристик Р-1-п— структур изучалась как под моноэнергетическим пучком(е3= 5 и 15 кэВ), так и при использовании источника со сплошным спектром излу-

чения ( эмитируются электроны с энергиями 0-16 кэВ, максимум спектра испускания находится в области Е3» 5 кэВ). Измерение дозошх зависимостей 1кз(о). рр(о), ч^ф) (моноэнергетический источник) показало доминирующую роль спада тока к.з. в деградации к.п.д. ПЭП. Форма нагрузочной характеристики быстро ухудшается в области малых поглощенных образцом доз. При дозах( о), больших ~ 4*10-1 Дж/см2, уменьшение величины ^ с о происходит медленнее, чем уменьшение ид. Необходимо подчеркнуть, однако, что для исследованных образцов величина ря до деградации была достаточно низкой и не превышала значений 0,38- 0,40. Таким образом, коэффициент заполнения нагрузочной характеристики исследованных ПЭП не является параметром преобразования, наиболее чувствительным к облучению потоком кэВ- электронов.

Основные_рез^льтаты_и_выводы_

1. Эффективное преобразование низкоэнергетичного электронного потока ( энергетический диапазон 3-35 кэВ) в электрический ток можно осуществить, используя тонкопленочные барьерные структуры различных конфигураций ( р-х-п — диоды, диоды с барьером Шоттки) на основе гидрогенезированных слоев аморфного кремния (а-Б1:н). Использование пленок аморфного кремния с достаточно нктгэй плотностью локализованных состояний в щели подвижности ( м„„« 8*10^5-

ТС Т О «Н^

2*10 эВ см ), обеспечивающих для неосновных носителей заряда (дырок), величину диффузионной длины не менее 0,1 мкм, позволяет получить коэффициент полезного дей«. вия (к.п.д.) преобразователей электронного потока (ПЭП) порядка 1% .

2. Коэффициент умножения первичного потока, обеспечиваемый а-Б1:Н- ПЭП, достигает величины о = 500. Различия в

* та>:

порядке чередования слоев (р-х-п-или п-ч- р структуры) не оказывают заметного влияния на значения а

та>:

3. Толщина собственного слоя ПЭП, при которое, достигается максимальный к.п.д. преобразования энергии электронного потока в электрическую энергию, составляет 0,4-0,6 мкм. Толщину верхнего легированного слоя рч-п -диода можно менять от 100 до 400 й бп:з существенного и:'м«*1кмшя пк'ктртчь

ной чувствительности элемента.

4. Положение максимума спектральной чувствительности,

:Н -ГШ зэеисит от тжш структуры ( ЕШ, р--1-п или

п-1-р диод) и варьируется в пределах 6-11 кэВ. Каскадный ПЭП, по отношению к соответствующему одинарному, обладает большей эффективностью в области высоких энергий. Величина Ешах "доойцой" п_1_р структуры составляет 12-14 кэВ.

5. При энергиях падающего потока, меньших ~ 5 кэВ, спектральная зависимость коэффициента заполнения нагрузочной ВАХ ( рр(Е3) ) определяется рекомбинэционными потерями в приповерхностной области структуры.

6. На основе углеродосодержащих слоев аморфного 1срэмния (а-31:С:Н) могут быть созданы ПЭП с большими по сравнению с а-51:н- ПЭП напряжениями холостого хода ( ии). Изменение относительной концентрации мотана в гэзоеой смеси ( задаваемое соотношением 0 < к= сн / (сн4 + бш^ ) <0,33 ) приводит к возрастанию и^ в 1,5 раза. При этом к.п.д. карбидоссдер-жащих элементов не уступает к.п.д. а-э^н- ПЭП.

7. Моделирование работы ПЭП, базовыми слоями которых являются пленки аморфного кремния, в условиях облучения

электронным потоком низкой интенсивности ( Е,. = 3 - 35 кэВ,

ТП ТТ -2 -Т л3=10 -10 эл*см »сек ) еозможно на основе "фотоэлектрических" представлений; для этого необходаю осуществить модификацию функции генерации электронно-дырочных пар ( б';х)) и учесть отражение от тыльной области образца. Соотношения , с помощью которых о(х) определяется в случае генерации ННЗ электрошшм пучком в кристаллических, полупрсводашках, пркме-Ш1мы для описания этого процесса в аморфных материалах.

8. Энергия образования электронно-дырочной пары б аморфном кремнии, качество которого позволяет создавать ПЭП с эффоктиг,ясстьп , составляет 8+1 эВ.

У. об изменении уровня дефектности ссбстпопного слон структуры М-1331Э судать по величине времени полу спада тскч к.;;. I г _,,.)/ I (О)--- 0,5 ). При возрастании п.пот-но':-;!! . осл.лн'лИ и щч »олритиости величина увеличи-

яр''т. :-н.тИ'Н:1.1 »,кпрслдосодорзоцих структур с большой

концентрацией углерода в пленке ( к=0,33) выше полученного ДЛЯ a Si:H - диодов (к=0) ~ на ВОЖ.

10. Возмояиости ПЭП на основе слоев аморфного кремния реализуются при использовании в качестве р- источника пленки титана, насыщенной тритием. Для одинарных структур площадью 1смл оценка величшш к.п.д. дает значение IX, j„_ = 30- 40

о Ко

на/ см, ij =0,25- 0,35 в.

_9°нсшшв ^ез£льтага_^ссерта

с I з А.А.Андреев, Б.И.Гильман, Н.А.Феоктистов, В.Ю. Фло-ринский, Е.К.'Геруков. Особенности спектральной чувствительности БШ на основе гидрированного аморфного кремния. ФГП.- IS33, T.I7, В.Ю, 1869-1871 с 2 ] А.А.Андреев, В.О.Абрамов, А.И.Косарев, М.М.Мездро-гияа, Е.И.Теруков, Н.А.Феоктистов, В.Ю.Флоринский. О влиянии температурного, отжиги на характеристики солнечных элементов с барьером Шоттки на основе аморфного гидрированного кремния. Пис.ма в ЖТФ.-1985, т.II, B.I, 28-31 t 3 ] Е.Герман, В.Е.Лучинин, В.А.Ильин, А.Б.Ловцов, Н.А. Феоктистов, В.Ю.Флоринский. Деградация структур на основе *-Sí:H И a~Si:C:H При Облучений ИХ КЭЕ- НИМИ электронами. Труда кон<Ь. "Разработка и освоение аморфных материалов", г.Москва, 1992, сЛЗ i л j Л.Б.Певцов, Н.А.Феоктистов, В.Ю.Флоринс.;иЛ. Тонкопленочные преобразователи потока коВ- электронов на основе a-Si-: Н И a-b¡i:C:H.I ГОСС.КОНф. 'Г: фИЗИКО ПО-лупроводннков, г.Н.Новгород, Тописы, т.!, [993,с. I0'r, [ 5 í V.Yu.Plorinakil, N.A.Feoktiotcv, к. В.Fevt.nc,-

Amorphoiis tiilieon- carbon Ъааей p-i-n ütruoture ль keV- eleotron flux converter , F!'MÜ'93, l.hu 4 - tl; Intern.Workshop, JSbstr:iot,p.94 (Shi.iri-.tlt),'it , 19931 [ S ] В.Ю.Флоринский, Н.А.Фюктистов, А.Б.Певцов, Л.И.Косарев, А.Я.Виноградов, | АТГТШлатов! , Л.К.Морозоиг!, П.П.Голокоз, В.И.Чорвинский, В.Н.Гришин, H.O.II-vr-ренко. особенности сшктралышх н нагрузочных характеристик p-1-n преобразователей :iH«pn«'. ti аулу

чения на основа a- Si:H. Письма в Ж*ГФ.- 1993 т.19, B.I6, с.23-27.

С 7 з В.Г.Голубев, Л.Е.Морозова, А.Б.Певцов, Н.А.Феоктистов, В.Ю.Флоривский. Особенности собирания неравновесных носителей заряда, генерированных электронным потоком в структурах, на основе a-Si:H и a-Si:C:H. ФТП - 1994, т.28, в.З, с. 449- 455.

цитируемая литература [ I 1 V.A.Perez-Mendenz, G.Cho, J.Drewery, T.Jlng,

S.N.Kaplan, S.Qureshi, D.Wildermuth, J.Fujieda, R.A.Street. Amorphous silioon radiation deteotors J.Non-Cryet.Sol.- I991, v.I37&I38, p.I29I- 1296. [ 2 ] S.Najar, B.Equer, N.Lakhoua, Eleotronio transport analysis by eleotron-induoed ourrent at variable of thin- film amorphous semiconductors. J.Appl.Phys. - I991, v.69(7), p.3975-3985. С 3 ] Tochet Т., Dubeau J., Hatnel L., Modeling of signal induced in a-Si:H partiole deteotors by protons. J.Non- Cryst.So].- 1989, v.115, p. 72-74. t 4 ] А.А.Ключников, Н.Ф.Коломиец, Т.Я.Минчук, В.Н.Чер-вицкий. Принципы построения и применения металло-тритиевых структур, Киев, Наукова Думка,1992, 215с. [ 5 ] T.E.Everhart and P.H.Hoff. Determination on kilovolt electron energy dissipation vs penetration distance in solid materials. J.Appl.Phys.-I97I,v.42 (13) , p. 5837-5846.