Влияние дефектов в области пространственного заряда на явления переноса в CdS-Cu2S фотопреобразователях тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

9>Ъ

ОДЕССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ.И.И.МЕЧНИКОВА '

На правах рукописи

БОРЩАК ВИТАЛИЙ АНАТОЛЬЕВИЧ

ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ ОБЛАСТИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ЗАРЯДА НА ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА В СйЗ-Си^ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ

01. 04. 10. Физика полупроводников и диэлектриков

Автореферат.

диссертации на соискание ученой степени кандидат физико>математмческих наук

Одесса - 1992

Работа выполнена на кафедре экспериментальной физики и НИЛ-З'Одесского гобуниьереитета им. И./..Мечникова

Научные руководители: доктор физико-математических наук, профессор В.В.Сердюк.

доктор физико-математических наук Д.Л.Василевский

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор А.Е.Кив

доктор физико-математических наук Я.О.Ройзин

Ведущая организация: Киевский университет им. Т.Г.Шевченко

Защита диссертации состоится ¡г 1992, г.

,в " " часов на заседании Специализированного сове-а. •шифр к.066.24.08 по физико-ма.ематическим наукам (физика) в Одесском госуниверситете им.И.И.Мечникова ( 270000, г.Одесса, ул. Петра Великого 2 )

р диссертацией можно ознакомится в научной библиотеке Одесского госуниверситета

. Автореферат разослан " //" 1992 г.

Ученый секретарь Специализированного совета

кандидат физико-математических наук

доцент, А.П.Федчук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Разработка и создание полупроводниковых фотоэлектрических устройств прямого преобразования энергии сеета в электрическую энергию является актуальной проблемой. В качестве основы фотоз.:емен^в долгое время использовались гомопереходн на ос не .л монокристаллического кремния, а также более эффективные, но и весьма дорогие гетеропереходы на основе монокристаллических СрЛз-.ЛСаАз. Поиски белее дешёвых технологий для изготовлени.. фотоэлементов привели к созданию фотоэлектрических преобразователей на основе аморфного кремния и кристаллических материалов группы А£Ве. Ив последних наиболее широкую известность получила гетеро-пара сй5-си2з и её модификации, такие как 0Л2пЗ-си2? и Сс12п5-Си1п5е2, позволяющие получить значения КПД — 12 % ( как и у аморфного кремния ).

Многочисленные исследования фотоэлектрических свойств этих гетеропереходов показали, что использование только термоэмиссионных моделей разработанных для гомо- и гетеропереходов, крайне затруднительно. Разнообразие процессов, протекающих, в этих структурах связано с такой характерной их особенностью как наличие высокой плотности состояний на границе раздела (из-за несоответствия постоянных кристаллических решёток материалов, составляющих гетеропа;:у) и в барьерной области. Создание модели,' позволяющей с единых позиций объяснить явления, связанные с токопереносом в таких структурах могло бы иметь как. теоретический, так и практический интерес.: Является важным объяснение таких особенностей фотопреобразователей на основе неидеальных гетеропереходов, как небольшие значение напряжения холостого хода (и^, большой коэффициент неидеальности вольтзмперной характеристики (В АХ), низкое, дифференциальное сопротивление при малых смещениях и другие явления. Все эти особенности говорят о недостаточно высокой эффективности работы фотоэлементов. Вместе с тем, нужно иметь ввиду, что некоторые" эффекты.снижающке КПД гетероструктуры, применяемой ь качества фотоэлемента (например,рекомбинация Нисителел на поверхностных центрах гетерограницы) могут быть использованы для создания приборов,не связанных - с. получением электроэнергии, однако, это требует глубокого понимания особегностей прочесеоз перекоса и рекомбинации носителей в барьерной области и на готб-регржице.

Целью настоящей раооты является разработка модели, позволяющей' с единых позиций объяснить явления, связанные с тскопереносом в области пространственного заряда гетероперехода CtiS-CiuS и разработка фотоэлектрических преобразователей на основе этого гетероперехода. ■ ;■;■"

Тля осуществления этой цели <5ыли изгоювлены тонкоплйночные . ;проеобрззо&атели на основе 0ds-cu2s, произведены детальные изме-' рения зависимость проводимости полученной структуры от параметров барьера, создана модель, позволяющая объяснить процессы токопере-. носа и рекомбинации ь области пространственного заряда и на гетз-рогранице, разработана методика получекип на основе гетерошрехо- ; да тонкоплбночной фотоэлектрической батареи, а также соьдан опыт' ный образец безьакуумного преобразовател я; оптического изображения в электрический сигнал. : , Научная новизна заключается в том, что вперзые:

1. Установ.'эно, что с рострм освещённости белым или короъ.со-волновым ( А < Е20 им ) светом, ширина барьера существенно умёнь-; шапгся, а проводимость увеличивается как на постоянное, так и на ■ переменном : токе. ■ Проводимость области: пространственного заряда увеличивается с ростом частоты и'мерительного сигнала.

. ; 2. Разработан метод определения диффузионной длины в сульфиде меди по спектральной зависимости фотоотьлика гетероперехода ;'cds-cu3s. Показано, что достоверный результат можно получить" только обеспечив независимость .коэффициент?, разделения носителей ка гетерогранице от длины волны возбуждающего света.

3. Экспериментально и теоретически показано, что проводимость гетероперехода cdSH3u2s обусловлена главным • обрезом • тун- . нельно-прыжковым переносом с переменной. длиной прынка ь области,;. пространственного заряда. гетероструктуры с последующей рекомбина- : 'цией ьа состояниях границы раздела, i : . '

1 4. Разработан численный метод расчёта вольтамиериых характеристик и температурных зависимостей тока в гетеропереходе Cds-Cu2s. Установленб.что существенная нелинейность ВАХ при омическом характере прыжковой проводимости объясняется особенностями про-"" цесса переноса,а ОП-3 и рекомбинации на гетерограницо.

; 5. Показано, что определение истинного хода- урог.ня Ферми в ' ОПЧ гетеропереход»; необходимо для точного расчёта ¡vo тем новой и спетоаой проводимости,. • особенно j в случае болылегг скорости рекам-

бингции на гетерогранице Предложен метод ьычис-ения хода уровня Ферми совместно с решением задачи о проводимости гетерострукгуры.

6. Предложен способ расчёта ЭДС холостого хода гетероф^то-■ элементов с болимми туннельно-рекомбинационными токами утечки. Установлено, что фото ЭДС существенно зависит от формы потенциального барьера и условий рекомбинации на' гетерогранице. Уменьшение поверхностной концентрации це :тров рекомбинации приводит к снижению потерь фото ЭДС. .

Практическое значение"работы.• :

1. На основе 'предложенной модели оазработан метод вычисления ¿АХ неидеальных гетеропереходов как темновых. так и прч освещении. ••

2. 'Предложенный способ определения диффузионной длины позео-ляет оперативно вносить изменения в технологию изготовления точ-коплйночных' гетерофотоэлемен: ов на основе с<13-си2з (определять оптимальную толщину Си2з).

3. Разработана безвакуумная технология получения тснкогогё- » ночной фотоэлектрической батареи на основе гетероперехода мгпз-сигз. . " . ' . .

4. На основе гетероперехода слз-си2з разработан, безвакуумный высокочувствительный преобразователь , оптического изображения , в электрический сигнал и изготовлен опытный экземпляр устройства, на которое имеется авторское свидетельство.

Положения, выносимые на защиту: ^

1. Токоперенос в гетеропереходе Сс13-Сиг3 зависит от протяжённости 0113. на которую, в свою очередь," существенно влияют условия освещения. -

2. Проводимость "етероструктуры саг-с^иг ■ Фориируется процессами ту ннельно-прыжксвого переноса в ,ОПЗ и рекомбинацией на гетерогранице. .

3. ВАХ неидеального гетероперехода определяется правде всего тунн£льно-рекомбинационкым переносом. Нелинейность ВАХ связана с особенностями. туньельно-прыжкового переноса в барьерной структуре и наблюдается при омическом характере прыжковой проводимости.

4. Для. расчёта ВАХ гетероперехода, обусловлено*! туинельно-

' рекомбинационными токами необходимо,,точно определять ход уровня " Ферми в ОПЗ при всех смещениях. Предложен способ тжих расчётов.

. 5. Туннел^но-рекомбинационкые тош-утечки, зависящие от фбр-'-мы-, 'потенциального, барьера, а также от условий рэкомби'м-чии нг по-

верхности раздела существенно влияют на напряжение холостого хода гетерофотоэлемента.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались не 12 Совещании по теории полупроводников (Ташкент. "355 г.), II Уральской конференции "Синтез и исследование халькогенидных плёнок" (Свердловск, .1966 г.), Девятом международном совещании пс (Фотоэлектрическим и оптическим явлениям в твёрдых телах (Болгария, Варна, 1969 г.;, Ьсесоюзной научной конференции "Фотоэлектрические явления в полупроводниках (Ташкент, 1969 г.), Ш Всесоюзной конференции по физике и технологии тонких полупроводниковых плёнок (Ивано-Франковск, 1990 г.), и Всесоюзной конференции по фотоэлектрическим явлениям в полупроводниках (Ашхабад, 1991 г.). .

Публикации: Основные результаты диссертационной работы отражены * 16 публикациях, имеется одно А.г.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения. пяти глав заключения и списка литературы. Общий объем работы составляет 159 страниц, вкпючая 116 страниц машинописного текста, 76 рисунков, и списка цитированной литературы, насчитывающего 141 наименование.

. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, ее новизна, практическая ценность и основные положения, выносимые на защиту. Кратко описана структура диссертации.

Первая глава носит обзорный характеров ней рассматривается современное состояние исследований процесса токопереноса в неидеальных гетеропереходах.

Вторая глава посвящена описанию исследования основных фотоэлектрических характеристик гетероперехода слз-сиаз для уточнения механизма переноса носителей через его ОПЗ.

Установлено, что ВАХ гетероперехода С<)3-Си25 условно могут быть разделены на два типа: с большим и малым дифференциальным сопротивлением при и=0, причем проведенные емкостные измерения показывают, что для последних характерна более высокая емкость, а; следовательно меньшая ширина барьера. Это согласуется с предположением о туннельном механизме переноса в ОПЗ. Туннельными то-

ками угечки может объя"няться и относительно низкое значение и

. х*

для тонкопленочных гетерофотоэлементов СйЭ~Сигз а также наблюдаемый различный для двух типов гетеропереходов характер зависимости ппряжения холосгзго хода от интенсивности белого свега.

Важнейшей характеристикой фотоэлемента, определяющей егс область применения, является спектральное, распределение чувствительности. Установлено,, что "¡г.рктральные .зависимости фото-о'гклика гетероструктуры Сс1ь-Си2з во многом определяются процессами, происходящими в ОПЗ, сосредоточенной почти полностью в ссй, хотя основное поглощение света и генерация носителей происходит а сульфиде меди. • ■

'.'.■: Параметром, определяющим эффективность собирания .носителей, а. следовательно, и эффрктиБнель работы фотопреобразо&ателк, является диффузионная длина к-¡основных носителей в материале, где происходит основное поглощение света.' Для гетероперехода сиз-Ои^ наиболее существенной является величина диффузионной длины для • электронов 1,п в Си2э. Для определения диффузионной д..лны неосновных носителей в сульфиде ме„л по зпектральной зави"имости фототека необходимо обеспечит^ постоянные условия их собирания независимо от Ду.ины волкы фотовозбувдения. Такие условия можно о5осп»~ чип» сильной дополнительной подсветкой из области собственного ; поглощения сульфида кадмия. Полученные величины 1п для разных об- 11 раздор. составляли 0.2 - 0.4 мкм. ч (

- В связи с предположением о туннельном хэрзкте"х> токоперенссз особенно интересным представляется исследование проводимости барьерной области от ез ширины. Установлено, чго как на постоянном, так и на переме»ном (г=20кГц) токе проводимое л> гетероструктуры Сйэ-Си^з растет по закону близкому к линейному при уменьшении ширины барьера (которую можно эффективно менять светом из области собственного поглощения сульфида кадмия) при неизгенной его высоте, то есть в режиме тока короткого замыкзния.

Для уточнения механизма переноса были подробно исследованы температурные и частотные зависимости проводимости .гетероперехода Саз-Си^з. Устаноэлено, что экспериментально измеренную температурную зависимость удельной проводимости о на постоянном токе •' можн^ удовлетворитольно описать формулой.-/

- б -

где ао и То - константы. Частотная зависимость вещественной части проводимости, измеренная в интервале 1 + 200 кГц хорошо гпрокси-, мкруется выражение?/;:

Re 0(!i)> = G(0) + Auf ( 2 )

где А - константа, a s=0.6. Формулы и (2) характерны для тун-нельно-прыжксь-Т проводимости Мотта.

Р третьей главе ..одробно рассматриваете. ¡ модель туннельно-рекомбинационной прыжкс^сй проводимости неидеалького гетероперехода CdS-CUgS, причем процессы переноса носителей через ОПЗ и их рекомбинация на гетерогранице описываются с позиций теории прыжковой проводимости Мот »а. Необходимо отметить, что для барьерных : структур концентрация свободных носителей, определяющая термоак-тивациоиный ток при небольших смещениях ( и<«ро), крг..,не мала, что делает прыжковую проводимость определяющей даже при достаточно высоких температурах. :' :

О туннельно-прыжковом характере проводимости ьеидеальной ге-тероструктуры C"S-Cu2S свидетельствует ряд описанных выше экс:е-риментальных фактов, однако, . этот гетеропереход составляют кристаллические материалы, а прыжковая проводимость реали?уется лишь при наличии значительной .-.онцентрации центров в запрещенной зоне, по. которым происходит перенос, "то характерно для некристз..личес-: куга веществ. Гем ке менее, существенное различие в постоянных .кристаллических решеток у материалов, составляющих этот гетеропереход приЕодит к образованию в значительном количестье дефектов переходной' области. Эти дефекты, имея особенно большую концентрацию в узком пржоктактном слое, образуют здесь область с нарушением дальнего порядка. При концентрации дефектов 1018-1021 см"8 нарушения трансляционной симметрии приводят к размыванию краев зон и к появлению отличной от нуля непрерывной плотное™ состояний м(Е) в ОПЗ, по которым может осуществляться токоперенос во всей запрещенной зоне так, как это происходит в аморфных полу-. проводниках. ; -V.

* Ь рассматриваемой структуре проводимость', обусловлена преимущественно движением электронов вдоль уровня Ферми, то есть реализуется токоперонос с переменной; длиной прыжка, причем проводимость при не слишком резко меняющемся уровне Ферми носит омический -характер. Показано, что при таком токопервкосе' в существенно неоднородной структуре удельная проводимость есть функция коорди-

наты х. Тогда ток. через барьер- определяется интегралом:

где и - падение напряжения в ОПЗ гетероперехода, ш - ширина 0Г13, а о(х) - удельная проводимость зависящая от таких параметров, как ■ концентрация и локализация состояний по которым происходит перенос и наиболее вероятная длина прыжка ¿близи уровня Ферми в точке х, Яля. каждой точки ОПЗ эти параметры определяются энергетическим расстоянием от дна С-зоны до у розня Ферми..

3 работе приведены семейства ВАК гетероперехода расчгтзнные для различных температур и разных концентрации локализованных состояний в запрещенной зоне. Расчеты показывают, что ,.ри изменении температуры наклон БАХ не меняется. Эта характерная особенность наблюдалась при экспериментальном исследовании гетероперехода • CdS-oügS и представляла собой существенное' затруднение при описании ЕАХ этой структуры с помощью моделей, предполагающих'в ней термоэмиссионный механизм переноса. Вольтамперкые характеристики, построенные в полулогарифгкческ.ом масштабе хорошо спрямляются на достаточно большом учалке (O.S+O.t/ В), следовательно, их моино' характеризовать таким параметром как коэффициент неидеальности, который для KpHLJX, расчитанных при разных значениях концентрации локализованных .состояний остается приблизительно одинаковым и составляет т]~16 (для "=300 К). В то же время, абсолютное значение тока С1"!ыю зг'-исит от концентрации состояний по которым происходит перенос и при !М0" м'9 составляет 0.5 мА при u-0.2 В. Как и высокий коеффициент неидеальност!: такое значение весьма характерно для некоторых гетеропереходов Ccis-Cu2s.

Расчетные температурные зависимости, как и экспериментальные, спрямляются в характерных Мсттозсккх координатах, а построенные в координатах Аррениуса при аппроксимации на небольших уча^ стках прямыми линиями дают энергию активации 0.012+0.063 эБ (при разных концентрациях локализованный состояний), что очень характерно для исследуемого гетероперехода.

Показано,что при туннельном- переносе' в барьерной етруктерэ на протекающий тол может существенно влиять процесс рекомбинации носителей (движущихся . по локализованным состояниям) на границе раздела. Действительно, скорость поверхностной рекомбинации на гетерогранице определяется выражением s=<rMrS" Ку* !'г~ сечение

.. захвата и поверхностная концентрация центров рекомбинации на границе, раздела, V - средняя скорость теплового движения электронов;. Б нашем случае имеет место перемешение носителей 1 границе раздела за счет прыжков между локализованными состояниями с вероятностью ЛУ и о качестве Т> следует использовать величину ^' -н /х • (а»1Л. - время нахождения носителя на центре,К - наиболее веро- -ятная длина прыжка). Расчеты показывают, что обычно скорость . составляет величину порядка 10 см/с, в то время как для свободных электронов см/с. В таких условиях граница раздела сущест-

венно ограничивает протекающий через гетеропереход туннельно-прыжковый ток и здесь падает часть приложенного напряжения иг.

Нами были рззчитаны БАХ,, определяемые исключительно процес-.сом рекомбинации на границе раздела (то есть в предположении, что и=иг). Лля них характерна линейная зави~имость тока от поерхност-ной иокцектрац"'.и центров рекомбинации и существенно меньший кооф-фициент неидеа„,оности.чем для рассмотренного ранее случая огр^»1И— ; чзнмя тока только процессом ту; че льно-прыжкового перекоса в ОПЗ.

- , ; В реальной системе, очевидно реализуется наиболее общий . слу'-чй, когда протекающий ток одновременно ограничивают туннель-.но-прыжковая проводимость -а ..5ласти пространственного '.заряда и '..эффективная' 'рекомбинационная проводимость вг гетерограпицы В ; этом случае хах в области пространственного зьряда, тал и на границе раздела будет падать только часть (ив и иг; соответственно) .приложенного к гетеропереходу внешнего смещения и, причем соотно-; шение' и/у^ может существенно зависеть от величины и и от других •> параметров. В силу закона непрерывности должно выполняться равенство туннельно-прыжкового ". ц рекомбинационного токов. Сделанные . для этого случая расчеты дают хорошее согласие (при подборе соот- . ветствующих параметров, определяющих перенос и рекомбинацию) практически со ,всеми экспериментально наблюдаемыми на гетеропереходе саз-с^и^ БАХ и температурными, зависимостями тока.

• Все'приведенные расчеты были сдёланЦ для предположения, о линейном; ходе уровня Ферг;л в ОПЗ. .В то же время следует иметь в виду,; что его истинное положение зависит от . величины туннельно-прыжкоаой проводимости а барьерной области, которая, в свою оче-1 редь, определяется ходом уровня Ферми. Поэтому, задача-отыскания Проводимости гетероперехода и точного положения уровня Ферми в его ОПЗ сводится к решению интегрального1 уравнения, Решение, как

- и -

и ранее, было найдено мя двух случаев - бесконечно большой и конечной. скорости рекомбинации на гетерогранчце. Получышые "АХ: свидетеглтвуют о-хорошем их согласии с экспериментальными кривы- • ,ми. Показано, что точный учет хода уровня Ферми особенно важен ' при рассмотрении предельного случая ограничения тока исключительно процессам., переноса в СПЗ.

'..' В четвертой главе подробно рь^смат;:ивались процессы, определяющие перенос в освещенном гетеропереходе СбЗ-Си^э. Поскольку : целью работы являлось исследование механизма токопереноса в 'гетеропереходах, используемых в качестве фотоэлементов, то учет влия- : кия света на их туньельно-прыжковую проводимость представлял большой интерес. Поскольку от проводимости гетероперехода существенно зависит ЭДС, генерируемая фотоэлементзми, вопрос о воздействии света на ОПЗ, а значит, и на проводимость, представляется-еесьма важным.

Для определения проводимости ОПЗ гетероперехода необходимо задать; ход потенциального барьера <р(х) и затем решит- инг.гграль-: ное уравнение для определения хода уровня Ферми в ОПЗ и протекающего тока. Для неосвещенного гетероперехода <р(х) задавалась из. вестной квадратичной формулой. При освещении гетероперехода .—;ке-рированяые. в широкозонном слэ неосновные носители (дырки) захватываются в ОПЗ на присутствующие та.л ловушки, причем показано, ; : что концентрация захваченного заряда непостоянна вдоль оси х и. максимальна вблизи гетерограницы. Это приводит к уме" ьшению ширины барьера и отклонению формы <р(х) от квадратичной, что существенно влияет на туннельный токопереренос.

• ' При вычислении БАХ освещенного гетероперехода вначале был . рассмотрен случай ограничения тока только процессом перекоса в ОПЗ.; Для таких вольтзмперных характеристик характерны сильная зависимость от освещенности дифференциального сопротивления (особенно при и=0), коэффициента выпрямления и коэффициента неидеальности. Световые вольтамперные характеристики такого типа наблюдаются экспериментально у многих тонкопленочных сетерофотозлементоь

МБ-Си-.З.

■ ■ • •

Если скорость поверхностной рекомбинации вносит ограничения в протекающий ток, то для ВАХ характерны более высокое дифференциальное сопротивление при ь:алых смещениях (и<0.3 В), его слабая1 зависимость от фотоемкости и относительно малый коэффициент не- -

идеальности, гораздо слабее зависящий от освещенности. Коэффициент ьыпрнмлениг, здесь значительно выше, чем для случая н ог-*ю, и слабо зависит о г условий освещения.. Это связано с тем, что для малых смещений (и<0.3 В) при различных зна<"?ниях освещенности ток к-|.гролируется, в основном, процессом рекомбинации на гетерогра-нице, скорость которой от профиля барьера, непосредственно не зависит. .;'

Таким образом, вольтамперные характеристики неидеального гетероперехода ос13-си25 при разных уровнях освещения существенно отличаются от темиоьой ВАХ, однако ограничение тока процессами рекомб..нации на границе раздела может сильно уменьшал это отличие и существенно снизить потери в Сотоэлектрических преобразователях. Оба эти случая характерны для тонкопленочных гетерофото-Елементов различного качества на основе Ссй-Си^.

В это" главе такя"> было Подробно рассмотрено влияние ту н-нельно- ;рыжкового переносз на ЭДС холостого хода неидеального ге-терофотоэлемента. Это достигалось введением в уравнение опись'ьаю-щее для освещенного образца поток фотогенермрованиых носите/.эй из. Си2з в С(15 и обратный поток из саз в Си£5 через потенциальный барьер (при отсутствии-тока во внешней цепи) дополнительных тун-нельно-рекомбинационных токов, зависящих от ширимы и профиля барьера. Это позволило ■найти гетероперехода при разных чнтен-сивностях двух подсветок (длинноволновой, генерирующей носители только в Сигз и не влияющей, на фо^му барьера и коротковолновой, поглощающейся б сульфиде кадмия и определяющей вид <р(х)). Также был приведен расчет ихх для белого света, генерирующе- о носители в-сей.и Си2з одновременно. Показано, что. зависимость ихха) (ь -интенсивность белого света) может иметь небольшой. максимум, который возникает только при очень большой скорости рекомбинации на гетерогрзнице (ток контролирует только ОПЗ). Такие зависимости наблюдались экспериментально, и до "сих пор ке. находили удовлетворительного количественного. описания. Для меньшей скорости поверхностной рекомбинации влияние ширины барьера на прыжковый перенос в ОПЗ мзньше и в этом случае участок падения и " не наблюдается. Змест« с тем, имеет место существенное ограничение роста ЭДС холостого хода и стремление этой величины к нась.дению, что и наблюдается экспериментально.

: В пятой гла^е рассмотрены вопросы технологии . изготовления

гетероперехода Cds-Cu2s * возможности его практического использования. В настоящее р.р^мя перспективы применения структуры CdS-CupS в качестве фотопреобразователей, ь первую очеред>, связываются снижением стоимости получаемых фотоэлементов. Поэтому разработке не дорогостоящих технологий базовых слоев Cds уаеляется большое внимание. ■

В ос.юву " ЭХ..ОЛОГИИ получения базового слоя сульфида кадмия нами по лож. h известный метод пульве1изацим водного раствора хлорида кадмия (CdCi2) и тиомочовины на разогретую подложку, представляющую собой стеклянную пластину с предварительно нанесенным на нее прозрачным проводящим слоем 3п02. .'При температуре Т>250 С на подложке происходит следующая химическая реакция:

CdCl2t SC(NH2)+ 2Н20 - CdS + ?.NH4C1 + С02 ( 4 )

В настоящее время фотоэлементы .содержащие гетеропереход cds-cu2s, с наиболее высоким^ КПД получены с помощью режима замещения, при котором слой. CUgS формируется непосредственно из базового слоя Cds. При такой реакции подрешетка серы в слое Cds остается практически без изменений, а один ион кадмия замещается двумя ночами меди.-

CdS + 2CuCl - CiuS + CdCl ( 5 )

Реакция замещения ионов кадмия ионами меди протекает ь твердей фазе при термообработке базового слоя CdS с предварительно нанесенной на него пленкой CuCi.

Показано, что гетерофотоэлементы Cds-Cuas обладают рядом преимуществ для питания микроваттной техники при низкоq освещенности и . могут успешно конкурировать с-фотоэлектрическими источниками питания на основе монокристаллического и аморфного кремния. Была разработана и изготовлена батарея небольших размеров, достаточно - эффективная для питания микрокалькулятора "Электроникэ-МК-61" при освещенности не ниже 100 лкс. Батарея выполнена на одной подложке и содержит 10 последовательно соединенных элементов, число которых было ! найдено с помощью разработанного нами эффективного метода оптимизации количества элементов для батареи заданной общей площади и заданной минимальной освещенности.

Использс }ание эффекта рекомбинации генерированных в cu2s носителей на гетерогранице делает возможным применение гетероперехода cdS-ciigS для получения преобразователя оптического изображения в электрический сигнал с внутренним усилением.

Если со стороны слоя ад», на поверхности фотоприемника создать оптическое изображение, тс- величина рекомбинэционных потерь на гетерограниц* :<удет обратно пропорциональна освещенности в данной точке. Рекомбинзционные потери электронов, движущихся из Сиаз :через гетерограницу уменьшаются, так как возрастает напряжение -ль. контактного (встроенного) поля и электроны быстрее про-' ходят границу, не усгевая рекомбинировать на ней. Если: теперь сканировать поверхность фотоприемника длинново.-човым светом, то ток короткого ? смыкания будет пропорционален освещенно-ти той точки, куда попадает длинноьолноь^й се^товой зонд. Таким образом может бьгь сформирован видеосигнал. ■■'..' ■

Изготовленный преобразователь' оптического изображения в электрический сигнал имел размеры 5x5 см, достаточно высокую чув-; ствительность и, благодаря оригинальному конструктивному решению (на которое имеется АС), жесткий растр. Проведенные испытания свидетельствуют, что преооразо^атель обеспечивает передачу изображения. Устройство может* быть использовано для регистрации'' ела- '' бых оптических изображений с последующей записью их элементов в ; память ЭВМ с возможней коррекцией фотоуьствительносш.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной раОоты и обсуждается ее практическая значимость.

вы воды:

1.' Характер зависимости проводимости гетероструктуры Сй5--Си2з как на постоянном, так и на переменном токе от параметров барьера (которые могут меняться под действием осьещения) свидетельствует о преобладании туинельно-рекомбинационных. механизмов переноса. Температурные и частотные зависимости проводимости фотоэлементов Сс13-0и2з имеют вид, характерней для туннельно-прыжкового механизма переноса.

3. Прорэдимость в ОПЗ неидеального гетероперехода осуществляется туннельно-прыжковым механизмом с переменной длиной прыжка. Процесс рекомбинации носителей на; границе раздела также определяет ток, текущий ь кеидеальном гетеропереходе, наряду 'с туннельно--прыжковей проводимостью ОПЗ.

3. БАХ :: гидеалького гзтеропервдеода определяется ходом уровня Ферми б области'Пространственного наряда. °азработан способ одноьре-

менного вычислений хода уровня Ферми и проводимости гетероперехода в процессе вычисления ВАХ.

4. Нелинейность вольтампериой характеристики определяется перераспределением падения потенциала между ОПЗ и гетерогран,"цей при изменении подаваемого смещения, а также изменением траектории пересечения уровнем Ферми запрещенной зоны в ОПЗ при разных смещениях. Сам'же прыжковый перенос имеет омический характер.

5. Б гетеропереходе (МЗ-Си-З температурная зависимость тока определяется изменением вероятности прыжка между двумя локализованными состояниями при—изменении зависящей от температуры наиболее вероятной длины прыжка.

6. Освещение неидеального гетероперехода сЛ5-си2^ приводит к су-ществен"ому сокращении ширины ОПЗ и изменению формы потенциального барьера. Это связгчо с захватом неравновесного заряда на присутствующие в ОПЗ локальные центры. Рассчитана ВАХ освещенного гетероперехода с учетом изменения ширины и формы потенциального барьера при освещении фотоэлемента.

7. ЭДС холостого хода неидеального гетероперехода пределяется прежде всего туннельно-рекомбинациснными токами утечки, зависящими от формы потенциального барьера и скорости рекомбинации на ге-терогранице.

6. Потери фотоЭДС максимальны, если поверхностная рекомбинация на тетерогранице 1.-з ограничивает протекающий ток. Снижение поверхностной концентрации центров рекомбинации приводит к снижению потерь фотоЭДС.

9.; Использование эффекта рекомбинации генерированных в Си2з носителей на гетерогранице делает возможным применение гетероперехода Сй5-Сиг5 для получения преобразователя оптического изображения в электрический сигнал с внутренним усилением. Изготовлено устройство для регистрации оптических изображений малой интенсивности с датчиком большой площади, который имеет жёсткий растр. Вероятная область его применения - регистрация изображений, создаваемых крупными телескопами.

10. Изготовленная методом безвакуумной технологии фотоэлектрическая батарея на основе гетероперехода Сйз-Си з м<"кет быть применена для электропитания микроваттной бытовой техники (например, микрокалькуляторов).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ:

1. Виноградов 4*., Борщак В.А., .Василевский Д.Л., Сердюк В.В. Влияние туннельных эффектов на неравновесные процессы в гетеропереходе Cd.s-Cu2s//Двенадцатое совещание по теории полу-'

, лЬоводников.-тез.докл.-Ташкент, 1965.-Т.1.-С. 149-150. •.

2. Виноградов Ы.С.,. Борщак В.А., Василевский Д.Л., Сердюк. В.В. ' Влияние тунгельных эффектов на кинетику фотоёмкости гетеро-

струк~уры Cd3-Cu2S// Деп.ЦНИИ "Электроника".- P-4093/öf«. ft. Виноградов M.С., Борщак В.А Василевский Д.Л. Влш..ме туннельных эффектов на кинетику фотоёмкости неидеальных структур с барьером Шоттки// Физ. и техн. полупроводников.- 19S5.-Т.20.- С.1764-1765.

4. Виноградов U.C., Бсрщэк Б.А., Василевский Д.Л. Туннельный механизм потерь в гетерофотоэлементах// Электромнгт техника. Серия 2. Полупроводниковые гоиборы.-5907.--№ K1ÖS).- С. 48-50.

5. Борщак. Ь,А., Василевский Д.Л., Виноградов . М.С., Сердюк В.В. Определение. диффузионной дл1"ны неосновных носителей в неидэ-зльных гетеропереходах// Физ.и техн.полупроводников.- 1.966.-т.-гг, в.з.- с. 561-56?..

. б. Виноградов U.C., Борщак В.А., Василевский Д.Л., Сердюк В.В. Туннельный механизм .потерь в гетерофотоэлементах// : Деп. УкрНИИНТИ, а 520-УК06. V. Борщак В.А.,Василевский Д.Л.,Виноградов М.С ,Затовская Н.П. Слои сульфида, меди для тенкопленочиых фотоэлементов// II . .. Уральская конференция 'Синтез и исследование халькогенидных пл0но:<".12-14 октября 19ЙЗ г.,Свердловск, 1988.- С. 50. :

6. Борщак В.А., Василег-жий Д.Л., Виноградов М.С. Особенности вольт-фарадной зависимое»/ ' барьерной ёмкости неидеальных ге- ;. теропереходов'7 Фстоэ^пектроника.- 3.3.- 19Ô9.- С'.. 12-17.

д.- Борщак В.А., Василевский Д.Л. Влияние хода уровня Ферми На

расчёт ■ туннельно-рекомбинационного тока в гетеропереходе.- .. . .. Физ.и техн.полупроводников.-1989. -Т. 23, в. 23. -С.2076-20ÖÜ. ' л 10. ' Василевский Д.Л., Борщак В.А. , Сердюк В.В,: Механизм проводимости в дефектных гетероетруктурах// Девятое Между на- ■ po.ijioe совещание по фотоэлектрическим и оптическим явлениям : ,, в твёрдых телах, София, 1989.- С. Р7. ,

il; Василевский Д.Л., Борщак Б.А., Сердюк В.В. Влияние света,;на.

ту ннельно-рекомбинзщ. энный токоперенос в освещёнком неиде-:альном гетеропереходе// Всесоюн.коаф."Фотоэдекгоимескив

' явлеиия э полупроводниках".-тез.докл., 24-26 октября 1969 г. Ташкент, 1«89.- С.225-227.

12. Борщак В.Л.,Василевский Д.Л. Полупроводниковый преобразова-. тел- изобразиния.- A.C. СССР'» 1454177.

13. Борщ В.А., Василевский Д.Л. Токоперенос по локализ. ванным состояниям в неидеэльных i етероструктурах// Оптоэлектроника и,полупроводниковая техника.- 1990.- В.17,-С. 24-29.

14. Борщак В.А., Василевский Д.Л., Сердюк В.В. Влияние туннель-но-рекомбинзционного токоперзноса на ЭДС холостого хода ге-терофотоэлементов// Электронная техника.Серия 2.Полупровод-т,

. . пиковые приборы.- 1990.- № 1(204).

15. Борщак В.А., Виноградов М.С., Затовская Н.П., Куталова М.И.. . Василевский Д.Л. Формирование тонких плёнок сложных соединений// III Всесоюзная конференция по физике и технологии тон-

■. ких полупроводниковых плёнок,9-12 октября 1990 г., Ивано-' Франковск, 1990.- Т.1.- С. 96. . 16,- Борщак В.А.,Виноградов М.С., Василевский Д.Л. Эффект нбадди-' тивной генерации фототока в неидеальных гетеропереходах//1 и Всесоюзная конференция. по фотоэлектрическим явлениям в полупроводниках: тез.докл.,23 окт~0ря 1991 г..Ашхабад,С.."5.

17. Борщак В.А., Виноградов М.С., Василевский Д.Л., Куркмаз Т.. Теория токопереносэ в тонкоплёночных неидеэльных . фотоэлементах// II Всесоюзня конференция по фотоэлектрическим явлениям в полу проводниках, 23 октября 1991г., Ашхабад,1991.-С.27.

15. Виноградов М.С., Затовская Н.П., Борщак В.А., Куркмаз Т.. Куталова М.И.. Василевский Д.Л., Сердюк В.В. Батарея тонко' плёночных фотоэлементов// II Всесоюзная конференция по фотоэлектрическим явлениям в полупроводниках, 23-25 октября 1991 :. • г., Ашхабад, 1991.- С. 123. ■ • •

' 19". Василевский Д.Л.; Борщак Ъ.к., Сердюк В.В. Влияние туннель-. ,но-рекомбинационного токопереноса на ЭДС холостого хода ге-

' терофо -озлементов// Фогоэлектроника;- 1991.--№ 4.- С, 7-Ю. Г.

Подл л; печати 8.12.92г. Формат 60x84 1/16. . 0б"ем 0,7уч.изд.л. 1,0л.л. Заказ «' 3115. Тираж ГООэкз. Горткпография Одесского управления по печати ,цехК?. Ленина 49.