Солнечные элементы: Теория и эксперимент - Фаренбрух А.
Скачать (прямая ссылка):
(возможно для полупроводников с ковалентной связью при фиксированном уровне Ферми) до 5 » 1, характерного для сильно полярных полупроводников с тетраэдрической координацией атомов и для ионных соединений.
На графике зависимости S от разности АХ =ХА - Хв значений злек-троотрицательности полупроводников1 обнаружено резкое изменение характера этой зависимости при ДХ ~ 0,8. На рис. 2.35 параметр S изображен в виде функции теплоты образования Д Нр полупроводниковых
1 Теплота образования полупроводникового соединения пропорциональна АХ.
93
соединений. Этот параметр (связанный с ДЛ") более удобен при рассмотрении вопросов, касающихся химических свойств границы раздела.
Заслуживают внимания и две другие особенности Фь. Во-первых, при измерении параметров материалов, содержащих носители заряда обоих типов, с целью определения как ФЬп, так и ФЬр установлено, что ФЬп + + ФЬр Eg/q для разнообразных сочетаний полупроводников и металлов (если только один из контактов не является омическим, когда невозможно измерить эквивалентное значение Фь). Этот результат согласуется как с (2.71), так и с (2.72). Таким образом, можно приближенно считать, что высота барьера не зависит от уровня легирования.
Во-вторых, показано, что при формировании барьеров на основе Аи и различных полупроводниковых соединений III - V и II - VI групп периодической системы максимальная энергия края валентной зоны на границе раздела зависит лишь от анионной составляющей соединения [McCaldin е. а., 1976]. Выбор Аи обусловлен его низкой химической активностью. Так, разность значений высоты барьера ФЬп в структурах Аи —я-CdS и Аи-я-ZnS равна разности ширины запрещенной зоны CdS и ZnS. Величина же изгиба зон в каждом случае такова, что независимо от природы катионной составляющей энергия края валентной зоны данного полупроводникового соединения на контакте с Аи приблизительно одинакова. Эти результаты справедливы для ряда соединений Ga, In, Cd и Zn с Sb, As:, Р, Те, Se и S.
2.6.3. Происхождение состояний на поверхности и границе раздела
В предыдущем параграфе мы рассмотрели несколько эмпирических закономерностей, определяющих свойства барьера Шоттки:
1) правило двух третей для барьеров на основе полупроводников с ковалентной химической связью;
2) изображенную на рис. 2.35 зависимость параметра, характеризующего состояние поверхности, от степени ионности химической связи в полупроводнике;
3) закономерность, связанную с влиянием природы анионной составляющей на свойства контакта на основе золота, обладающего низкой химической активностью;
4) правило суммирования: ФЬп + ФЬр &Eg/q.
Важно отметить, что все это следует рассматривать как упрощенное описание сложных процессов. В действительности можно поставить под сомнение даже линейный характер зависимостей (2.74) и (2.75) для Фд [Schluter, 1978]. Если же принять во внимание химическую активность металла по отношению к полупроводнику (причем различную для разных кристаллографических направлений), наличие инородных веществ (таких, как кислород) и возможность самокомпенсации дефектов на границе раздела, то описание поверхностных явлений чрезвычайно усложняется.
Подробное рассмотрение свойств границы раздела на микроскопическом уровне представляет собой лишь одну сторону проблемы. Выбирая
94
различные исходные посылки, можно установить взаимосвязь между макроскопическими свойствами границы раздела и плотностью поверхностных состояний или дипольными слоями, а также их зарядом и рекомбинационными эффектами. При очень упрощенном подходе поверхностные состояния и диполи можно считать легирующими добавками по отношению к границе раздела подобно тому, как рассматриваются массивные кристаллы. Далее возникает вопрос: какова природа этих легирующих примесей?
Эксперименты (например, Линдау [Lindau е. а., 1978]), выполнявшиеся в течение последних нескольких лет, показали, что на сверхчистых1 свободных поверхностях с высокой степенью совершенства структуры собственные состояния отсутствуют, что не соответствует рассматривавшимся ранее теоретическим представлениям. Этот вывод справедлив для поверхностей большого количества исследованных соединений.
Данные эксперименты свидетельствуют о том, что фиксированное положение Ер обусловлено явлениями, связанными с наличием на поверхности металла. Эти явления носят, несомненно, микроскопический характер, при этом свойства поверхности раздела металл—полупроводник меняются под влиянием незначительного количества металла, который образует слой тоньше моноатомного. Легко понять, в чем заключается сложность проблемы — идеальную поверхность получить невозможно.
Наблюдаемые поверхностные состояния считаются собственными при высоком качестве обработки поверхности, когда можно полагать, что все причины образования несобственных состояний устранены. Отмечается [Spicer е. а., 1976], что прежнее представление о фиксации уровня Ферми на поверхности (100) GaAs вблизи середины запрещенной зоны под влиянием собственных состояний не всегда справедливо. Это явление может быть вызвано, скорее всего, внешними факторами, а не собственными свойствами поверхности.
