Солнечные элементы: Теория и эксперимент - Фаренбрух А.
Скачать (прямая ссылка):
67
L ииеньшается L не изменяется L именьшвется
-i-io~* -з-ю'3-i-ю'3 -i-ю'* 1-ю'3 z-w3
_______$1~cmf_______________ | [ ______si~?mf
Сжатие область Растяжение
малых Si
,__________cel /?mf ~ 0,3-0,7_______
Рис. 2.21. Критические деформации и напряжения и их взаимосвязь с механическими и электрическими свойствами гетеропереходов на основе соединений III-V групп периодической системы [Oisen е. а., 1978]:
L - диффузионная длина неосновных носителей заряда; ее[ - упругая деформация; еmf - деформация вследствие несоответствия параметров решеток; 5;-скорость рекомбинации носителей на границе раздела; 1 - образование дислокаций несоответствия; 2 - рост несовершенного кристалла; 3 — критическая упругая деформация, вызывающая размножение дислокаций; 4 - дислокации несоответствия у границы раздела; 5 — дислокации несоответствия отсутствуют; 6 — критическая деформация несоответствия, вызывающая образование трещин; 7 -трещины
с механическими и электрическими свойствами соединений III-V групп периодической системы элементов.
Бели гетеропереходы изготовляют при повышенных температурах, то действие механических напряжений, безусловно, связано и с различием коэффициентов теплового расширения.
Дислокации аналогичного типа могут образоваться на границе раздела в результате повреждения поверхности при резке или полировке перед осаждением второго слоя, образующего гетеропереход.
Вопросы, связанные с наличием в гетеропереходе несовершенств собственного характера и возникших при формировании структуры, обсуждаются в [Fahrenbruch, Aranovich, 1979].
2.4.2. Влияние поверхностных состояний на электрические свойства гетеропереходов
Существование на границе раздела гетероперехода большого количества электрически активных состояний вызывает следующие эффекты.
1. Под влиянием заряда, содержащегося в этих состояниях, зона проводимости на границе раздела поднимается или опускается по отношению к уровню Ферми, соответствующему состоянию равновесия, что приводит к изменению энергетической зонной диаграммы. Значение поверхностной плотности этого заряда можно измерить емкостными методами.
2. Энергетические состояния образуют большое количество рекомбинационных центров, существованием которых объясняются большие значения /о- Рекомбинационные характеристики поверхностных состояний можно описать количественно с помощью эффективной скорости реком-
68
Рис. 2.22. Энергетическая зонная диаграмма изотопного гетероперехода Ge-GaP, иллюстрирующая влияние заряженных состояний на границе раздела (степень несоответствия параметров кристаллических решеток 3,8%) [Van Ruyven е. а., 1965]
бинации S( носителей заряда на поверхности раздела. Для простых структур значение Sf определяют исходя из модели Шокли-Рида [Many е. а., 1971].
Полагают, что при изменениях облученности и напряжения смещения меняются как Qss, так и S/.
Во многих случаях вследствие очень высокой плотности заряженных состояний, которым отвечает определенный уровень энергии на поверхности, уровень Ферми занимает строго фиксированное положение, соответствующее этой энергии. Данный эффект, ранее наблюдавшийся на дислокациях и границах зерен, иногда вызывал даже инверсию типа проводимости и образование р — п - р-структуры на границах зерен в Si [Weinreich е. а., 1960]. Значительная часть монографии [Matere, 1971] посвящена рассмотрению этих явлений в бикристаллах Ge.
Наиболее убедительное подтверждение наличия фиксированного уровня Ферми было получено при исследовании изотипных гетеропереходов Ge —Si [Van Opdrop, Vrakking, 1967], Ge —GaP [Van Ruyven e. a., 1965; Van Ruyven, 1964] и Ge-Si [Donnelly, Milnes, 1966]. Анализ измеренных вольт-фарадных и вольт-амперных характеристик с учетом того обстоятельства, что при изменениях длины волны света фототок несколько раз меняет направление, позволил построить [Van Ruyven е. a., 196S] зонную диаграмму гетероперехода Ge - GaP (рис. 2.22), согласно которой вследствие фиксированного положения уровня Ферми в области границы раздела энергетические зоны изгибаются вверх и в результате увеличивается высота пика, представляющего собой барьер, который служит препятствием для перемещения электронов в зоне проводимости.
Эффект фиксации уровня Ферми Ер в определенном положении для свободных поверхностей и изотипных гетеропереходов изучен довольно подробно в отличие от анизотипных гетеропереходов, где он проявляется значительно слабее. В последнем случае следствия этого эффекта могут быть совершенно иными, поскольку свойства состояний, обусловливающих фиксированное положение уровня Ферми, существенно отличаются от их свойств на свободной поверхности в зависимости от типа основных носителей (обычно это состояния акцепторного типа в электронных полупроводниках и донорного типа в дырочных материалах), при этом возможна частичная нейтрализация заряда. Существует, однако, и другое мнение [Van Ruyven, 1964], согласно которому уровни Ферми сохраняют свое фиксированное положение на каждой из двух соединяемых поверхностей, что приводит к образованию диполей на границе раздела.
