Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
Открытие в 1976 г. [7] возможности легирования аморфного кремния (a-Si), полученного в тлеющем разряде, положило начало использованию его замечательных фотопроводящих свойств, связанных с сильным оптическим поглощением в области длин волн, соответствующих видимой части спектра. Открытие технологических путей получения тонких пленок a-Si дало толчок развитию новой, крайне необходимой технологии в области энергетики - технологии создания дешевых солнечных элементов.
Первый солнечный элемент из аморфного гидрогенизированного (содержащего большое количество водорода) кремния a-Si: Н на основе барьера Шоттки был получен [8] в 1977 г. Эффективность преобразования энергии в нем составляла 5,5 %. Столь большое значение к.п.д. воодушевило исследователей и дало толчок многочисленным разработкам солнечных элементов на основе барьера Шоттки. Следующим ключевым моментом в развитии технологии аморфных полупроводников было создание р i «-гетероперехода на основе оксидов индия - олова, продемонстрированного исследовательской группой Университета в Осаке весной 1978 г. Эффективность преобразования энергии, достигнутая в этом классе элементов, составила 4,4 % [ 9).
Эти достижения явились основанием, позволившим Комитету по солнечной
12
фото- э.д.с. стимулировать серьезные исследования возможности применения аморфного кремния как дешевого материала для солнечной энергетики. Был принят новый план развития солнечной энергетики, включающий разработку и производство солнечных элементов на основе a-Si. В ноябре 1979 г. началась реализация второго пятилетнего плана по использованию солнечной энергии. В 1981 г. сумма средств, выделенных восемью фирмами для технологических разработок и фундаментальных исследований в двух государственных институтах и шести университетах, составила ~60 млн. долл.
Кроме того, был принят специальный план исследований в области физики и технологии аморфных материалов. Этот план включал научные исследования по четырем основным направлениям: физика неупорядоченных материалов, технология аморфных металлов, технология аморфных магнитных материалов и технология аморфных полупроводников.
В последние годы достигнуты значительные успехи как в области физики приборов, так и в прикладных исследованиях. Опубликованы сообщения о создании первого интегрального фотоэлемента, работающего на излучении ламп дневного света [10], о создании на основе барьера Шоттки фотоэлементов большой площади (7X7 см2) [11]. В 1979 г. был продемонстрирован прибор с многослойным горизонтальным расположением p-z'-л-ячеек [ 12, 13, 14].
В 1983 г. к.п.д. достиг 9,38 % для солнечного элемента на основе гетероперехода a-SiC/a-Si [ 15] и 11,1 % для структур с двойным гетеропереходом л-мк-Si/a-Si/ поли-Si (Учида и др.) (здесь мк-Si и поли-Si-MHKpo- и поликристаллический кремний соответственно). К.п.д. пригодных для практического использования солнечных батарей большой площади также возрос от 4 до 8 % [ 16-18].
КОНТРОЛЬ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗОННЫХ СОСТОЯНИЙ В АМОРФНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ
Со времени изобретения транзистора в 1948 г. в полупроводниковой электронике наблюдается значительный прогресс. Для современной цивилизации электроника превратилась в необходимый атрибут повседневной жизни. Действительно, наша современная жизнь немыслима без таких завоеваний электроники в домашней обстановке как телефон, телевизор и видеомагнитофон. На работе нам помогают многочисленные средства электронной оргтехники, промышленные роботы, средства телесвязи и т.д. Все, что завоевала наука в XX в., включая исследования космоса, средства оптической связи и т.д., обязано рождению транзистора. Таким образом, твердотельная электроника играет важную роль в развитии и существовании современной цивилизации.
Ключевым вопросом в развитии электроники, на решение которого направлены усилия исследователей, является управление типом и концентрацией носителей заряда в полупроводнике. Доказательством этого может служить последовательность развития транзисторной технологии: сплавной транзистор -+ транзистор диффузионного типа -*¦ эпитаксиальный транзистор ->¦ транзистор, полученный с помощью ионной имплантации -> ~* МОП -транзистор, и т.д. Каждый тип транзистора получал свое название по технологии управления типом и концентрацией носителей. Конеч-HOf эта технология являлась ключевой в производстве не только транзисторов, но и других полупроводниковых приборов, таких как световые и светоиэлучательные диоды, солнечные батареи - всех приборов, важнейшие функции которых основаны на свойствах р-гс-переходов, а именно на возможности управления инжекцией неосновных носите-
13
лей заряда, силой протекающего тока или возникающей на р-и-перехо-де разностью потенциалов путем контроля приложенного напряжения или потока света.
Контроль концентрации носителей в технологии полупроводников занимает такое же место, как и технология красителей в текстильной промышленности. Наиболее важным условием достижения чистоты цвета тканей является тщательное отбеливание свежесотканного полотна. Аналогично, предшествующая легированию очистка полупроводников от электрически активных примесей является важнейшим этапом технологии для управления типом и концентрацией носителей заряда. Вот почему разработка технологии выращивания и очистки кристаллов германия методом горизонтальной зонной плавки в 1952 г. послужила основой для создания первого транзистора. Точно также планар-ная технология кремниевых приборов зародилась на основе выращиваемых методами Чохральского и зонной плавки ультрачистых и совершенных монокристаллов кремния.
