[
На правах рукописи
Экз №
ВИШНИКИН ЕВГЕНИЙ ВИКТОРОВИЧ
ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ И СВОЙСТВА
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ С
УЛЬТРАТОНКИМ ПОГЛОЩАЮЩИМ СЛОЕМ
05.27.06 – технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Москва – 2006 г.
Работа выполнена на кафедре «Материаловедения и физической химии»
Московского государственного института электронной техники (технического университета)
Научный руководитель: С.А. Гаврилов доктор технических наук,
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, Д.Г. Громов доктор физико-математических наук, А.И. Белогорохов
Ведущая организация – НИИ физических проблем им Ф.В. Лукина
Защита состоится “ ” 200_ г.
на заседании диссертационного Совета Д.212..134.03 при Московском государственном институте электронной техники (техническом университете) по адресу: 124498, Москва, г. Зеленоград, проезд № 4806, д.
С диссертацией можно ознакомится в библиотеке института Автореферат разослан “ ” 2006 г.
Соискатель Е.В. Вишникин
Ученый секретарь диссертационного Совета, д.т.н., профессор Л.А. Коледов
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
АКТУАЛЬНОСТЬ. Современное развитие физики и технологии материалов и приборов электронной техники сделало возможным качественный скачок данной области науки и техники от микро- к наноэлектронике. Уникальные приборы и техники научных исследований позволяют исследовать наноразмерные структуры, в которых размеры отдельных кристаллов влияют на их функциональные свойства. Характерные размеры таких структур не превышают 10-40 нм. Темпы развития этих направлений очень высоки. Развитие этого направления непосредственно связано с техническим уровнем применяемых технологий. Ведутся работы по исследованию возможностей молекулярно-лучевой эпитаксии, ионной бомбардировки, методов молекулярного наслаивания. Последний метод с точки зрения использования в масштабных промышленных процессах наиболее предпочтителен с точки зрения стоимости процессов изготовления. Немалую роль в тенденциях научных исследований играют и экологические проблемы, с которыми столкнулось человечество. Так законодательные акты многих государств заставляют при организации производства отдавать предпочтения технологиям и материалам, которые наносят минимальный вред окружающей среде. В последнее время в нашей стране и за рубежом интерес к наноматериалам возник со стороны разработчиков солнечных элементов, в частности активно развивается концепция фотоэлектрических преобразователей на основе гетеропереходов с ультратонким абсорбером. Актуальность этих исследований связана как с ростом стоимости традиционных источников энергии, так и с наметившимся дефицитом кремниевых пластин, которые традиционно являются основой для солнечных элементов.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Развитие физико-химических принципов технологии формирования солнечных элементов на основе гетеропереходов с контролируемыми и воспроизводимыми параметрами, основанное на установлении основных закономерностей процессов молекулярного наслаивания из водных растворов.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие конкретные задачи:
Провести исследование состава, электронных и оптических свойств гетеропереходов нанометровой толщины сформированных методом молекулярного наслаивания;
Провести исследование механизма и кинетики процессов, протекающих при формировании слоев методом молекулярного наслаивания;
Изучить свойства солнечных элементов на основе гетероперехода с ультратонким слоем абсорбера;
Определить возможности и направления дальнейшего усовершенствования технологии изготовления солнечных элементов на основе гетероперехода с ультратонким абсорбером.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА
Предложен механизм послойного осаждения халькогенидов из водных растворов для формирования ультратонких слоев, основанный на учете влияния рН анионных и катионных сред на состав осаждаемых пленок.Определено влияние состава осаждаемых пленок, а именно, содержания кислорода и водорода, на эффективность генерации неравновесных носителей заряда в поглощающем слое.
Доказана роль состава анионного раствора в достижении максимальной эффективности преобразования солнечной энергии. Установлено, что оптимальные растворы сульфида натрия должны иметь рН=7. При этом значении рН снижается концентрация кислорода в пленках и увеличивается суммарное содержание серы за счет адсорбции полисульфид-ионов.
Установлено, что основные рекомбинационные потери в разработанных солнечных элементах обусловлены состояниями на границе p-n гетероперехода. Снижение потерь в системе сульфид индия/сульфид свинца может быть достигнуто использованием в качестве слоя ртипа PbS, легированного индием.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ.
Разработаны оптимальные режимы формирования гетеропереходов для солнечных батарей с ультра тонким Разработана технология получения гетеропереходов в непрерывном цикле осаждения обеспечивающая минимальные рекомбинационные потери в структурах.Разработаны практические рекомендации к методам повышения эффективности солнечных элементов на основе ультратонкого абсорбера основанные на оптимизации структуры пористого оксидного носителя.
Продемонстрирована возможность формирования контакта p-типа к фоточувствительному гетеропереходу на Результаты диссертационной работы использованы в НИР, проводимых в рамках Федеральной целевой научно технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» № 2006-РИ-19.0/001/734 и по заданию министерства образования и науки РФ: № 471-ГБ-53-Б-МФХ.
Работы были поддержаны Грантами РФФИ № 06-02-16555-а, № 05-08-01508-а, № 05-03-32744-а, № 02-03-32223-а.
Результаты работы использованы в учебном процессе МИЭТ в курсе лекций «Электрохимические процессы в технологии микро- и наноэлектроники», «Материалы электронной техники».
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях и семинарах: III российскояпонский семинар «Оборудование и технологии для производства компонентов твердотельной электроники и наноматериалов», Москва, 2005;
12-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика – 2005», Москва, 2005; XIII Международная школа-семинар «Новые информационные технологии», Судак, 2005, Международная конференция «Микро- и наноэлектроника – 2005», Звенигород, 2005.
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертационной работы опубликованы 7 работ и 6 научно-технических отчетов по НИР.
НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:
1. Принципы выбора условий осаждения полупроводниковых гетероструктур методом молекулярного наслаивания из водных растворов, которые обеспечивают прецизионный контроль толщины (на нанометровом уровне) и состава пленок, состоящие в том, что:- Осаждаемое соединение должно быть нерастворимо или малорастворимо в катионном и анионном растворах.
- Поверхность подложки должна содержать высокую концентрацию активных центров, обеспечивающих адсорбцию первого слоя ионов.
- Концентрация растворов для осаждения должна обеспечивать отсутствие образования кластеров физически адсорбированных на поверхности.
- Значение рН-показателя анионного раствора должно лежать в
«