ВАЖНЫЕ НОВОСТИ
На совещании, которое провел Денис Мантуров, обсудили развитие отечественной станкоинструментальной промышленности

В Координационном Центре Правительства Российской Федерации состоялось совещание о развитии станкоинструментальной промышленности под председательством заместителя Председателя Правительства Российской Федерации – Министра промышленности и торговли Российской Федерации Дениса Мантурова и заместителя Председателя Правительства Российской Федерации Дмитрия Чернышенко. В мероприятии приняли уча...

В Нижегородской области принята Стратегия развития кластера индустрии товаров для детей

В Нижегородской области запущен кластер индустрии детских товаров в соответствии с регламентом развития сектора на 2023–2024 годы, утвержденным решением Правительства этого региона. Основная цель стратегии заключается в формировании кластера индустрии детских товаров в Нижегородской области, в который входят малые и средние предприятия, крупные компании, научные и образовательные учрежден...

Во Владимирской области готовятся к созданию стекольного кластера с привлечением китайских партнеров

В Минпромторге России, при участии заместителя министра промышленности и торговли Российской Федерации Алексея Беспрозванных и академика Китайской Инженерной Академии, главного научного сотрудника и директора Научно-исследовательского института передовых стеклянных материалов Пэн Шоу, был подписан Меморандум о развитии стекольного кластера во Владимирской области. Документ подписали губернатор Вла...

Минпромторг Российской Федерации объявляет о проведении отбора получателей субсидий производителям станкоинструментальной продукции

Открыт отбор получателей субсидий производителям станкоинструментальной продукции в целях предоставления покупателям скидки при приобретении такой продукции на 2024 год. Министерство промышленности и торговли Российской Федерации объявляет о проведении отбора получателей субсидий производителям станкоинструментальной продукции в целях предоставления покупателям скидки при приобретении такой про...

Минцифры изменяет правила аккредитации информационно-технологических компаний

Ещё больше компаний смогут претендовать на ИТ-аккредитацию, а процесс её подтверждения станет удобнее. Минцифры подготовило соответствующий проект постановления. Большинство изменений вступят в силу с 1 мая 2024 года. Что мы предлагаем Для малых технологических компаний, созданных менее 3 лет назад, отменяется критерий по проверке доли дохода от ИТ-деятельности Если компания получила аккр...

Бизнесу представили инвестиционные возможности в Амурской области и инструменты для развития делового сотрудничества с Китаем

В Москве на площадке международной выставки-форума "Россия" состоялся круглый стол под названием "Амурская область — территория российско-китайского делового сотрудничества". В этом мероприятии приняли участие представители дочернего общества Корпорации развития Дальнего Востока и Арктики (КРДВ) - КРДВ Амурская, Минэкономразвития России, Российского экспортного центра, руководители региональ...

22 Декабря 2009

Полупроводниковый фотоэлектрический генератор

Полупроводниковый фотоэлектрический генератор

Автoры: Арбузoв Юрий Дмитриевич, Евдoкимoв Владимир Михайлoвич, Стребкoв Дмитрий Семёнoвич, Шепoвалoва Ольга Вячеcлавoвна

Пoлупрoвoдникoвый фoтoэлектричеcкий генератoр coдержит пoдлoжку, диодную cтруктуру из полупроводниковых cлоев, проcветляющее покрытие, металличеcкие контакты, cоcтоит из множеcтва оcажденных на подложке cлоев, образующих диодные планарные n+-p-p+ (р+-n-n+); n-р cтруктуры, cоединенные поcледовательно по направлению раcпроcтранения излучения. Слои одного типа cодержат металличеcкие наноклаcтеры размером 5?38 нм с концентрацией нанокластеров в указанных слоях не более (1?10)·10-2 объемных долей. Расстояние между нанокластерами и представляющими полупроводниковые нанокристаллы слоями другого типа не более 1200 нм. Один или два линейных размера каждой диодной структуры не превышают диффузионной длины неосновных носителей тока в базовой области, а толщина диодной структуры в направлении распространения излучения обратно пропорциональна максимальному коэффициенту поглощения излучения в полупроводниковом материале. Способ изготовления планарного полупроводникового фотоэлектрического генератора включает создание диодной структуры из полупроводниковых слоев на полупроводниковой подложке, нанесение просветляющего покрытия, металлизацию. Путем последовательного осаждения полупроводниковых слоев создают множество слоев толщиной 8 нм - 20 мкм, образующих диодные планарные n+-р-р+ (p+-n-n+); n-p структуры. В слои одного типа вводят металлические нанокластеры размером 5?38 нм с концентрацией нанокластеров в указанных слоях не более (1?10)·10-2 объемных долей, а слои другого типа выполняют в виде полупроводниковых нанокристаллов, при этом расстояние между нанокластерами и указанными нанокристаллами не более 1200 нм, при этом один или два линейных размера каждой диодной структуры не превышают диффузионной длины неосновных носителей тока в базовой области, а толщины диодных структур в направлении распространения излучения обратно-пропорциональны максимальному коэффициенту поглощения излучения в полупроводниковом материале, при этом устраняют запирающий эффект обратносмещенных переходов, образуя последовательное соединение структур по направлению распространения излучения. Запирающий эффект обратносмещенных переходов могут устранять тем, что на полученную многослойную планарную матрицу подают импульсное напряжение и пробивают обратносмещенные переходы, образуя последовательное соединение структур по направлению распространения излучения. Изобретение обеспечивает повышение эффективности преобразования электромагнитного излучения. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к электронной технике, а именно к приборам, преобразующим энергию электромагнитного излучения в электрическую, и технологии их изготовления, в частности к полупроводниковым фотоэлектрическим генераторам.

Известен матричный фотоэлектрический генератор (патент РФ 2265915, 2005, МПК Н01L 31/18), в котором на полупроводниковой подложке расположены эпитаксиальные слои n и р-типа, а запирающий эффект обратносмещенных переходов устранен путем импульсного пробоя.

Недостатком указанного преобразователя является недостаточно высокий КПД при однократной интенсивности освещения, невозможность их использования в стандартной технологии фотоэлектрических модулей на основе планарных фотопреобразователей.

Известен преобразователь солнечной энергии в электрическую (патент РФ 2217845, 2003 г., МПК Н01L 31/04) на основе фоточувствительного слоя на металлической пластине, содержащий металлические наночастицы в n-слое полупроводникового полимера и полупроводниковые нанокристаллы р-типа. Недостатком указанного преобразователя является нестабильность параметров из-за эффекта фотонной деградации и потери в n-области.

В качестве прототипа принята конструкция фотоэлектрического генератора (Васильев A.M., Ландсман А.П. Полупроводниковые фотопреобразователи. - М.: Советское радио, 1971), содержащего подложку, диодную структуру из полупроводниковых слоев, просветляющее покрытие, металлические контакты.

Недостатком указанного преобразователя является низкая эффективность преобразования электромагнитного излучения.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности преобразования электромагнитного излучения.

Вышеуказанный результат достигается тем, что полупроводниковый фотоэлектрический генератор, содержащий подложку, диодную структуру из полупроводниковых слоев, просветляющее покрытие, металлические контакты, состоит из множества осажденных на подложке слоев, образующих диодные планарные n+-p-p+ (р+-n-n+); n-р структуры, соединенные последовательно по направлению распространения излучения, при этом слои одного типа содержат металлические нанокластеры размером 5?38 нм с концентрацией нанокластеров в указанных слоях не более (1?10)·10-2 объемных долей, а расстояние между нанокластерами и представляющими полупроводниковые нанокристаллы слоями другого типа не более 1200 нм, при этом один или два линейных размера каждой диодной структуры не превышают диффузионной длины неосновных носителей тока в базовой области, а толщина диодной структуры в направлении распространения излучения обратно пропорциональна максимальному коэффициенту поглощения излучения в полупроводниковом материале.

В способе изготовления полупроводникового фотоэлектрического генератора, включающем создание диодной структуры из полупроводниковых слоев на полупроводниковой подложке, нанесение просветляющего покрытия, металлизацию, путем последовательного осаждения полупроводниковых слоев создают множество слоев толщиной 8 нм-20 мкм, образующих диодные планарные n+-p-p+ (р+-n-n+); n-р структуры, при этом в слои одного типа вводят металлические нанокластеры размером 5?38 нм с концентрацией нанокластеров в указанных слоях не более (1?10)·10-2 объемных долей, а слои другого типа выполняют в виде полупроводниковых нанокристаллов, при этом расстояние между нанокластерами и указанными нанокристаллами не более 1200 нм, при этом один или два линейных размера каждой диодной структуры не превышают диффузионной длины неосновных носителей тока в базовой области, а толщины диодных структур в направлении распространения излучения обратно пропорциональны максимальному коэффициенту поглощения излучения в полупроводниковом материале, при этом устраняют запирающий эффект обратносмещенных переходов, образуя последовательное соединение структур по направлению распространения излучения.

Также увеличение эффективности преобразования достигается тем, что проводится дополнительная термообработка. Запирающий эффект обратносмещенных переходов могут устранять тем, что на полученную многослойную планарную матрицу подают импульсное напряжение и пробивают обратносмещенные переходы, образуя последовательное соединение структур по направлению распространения излучения. А множество слоев могут создавать путем проведения последовательной эпитаксии.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

На чертеже показаны основные элементы конструкции планарных полупроводниковых фотоэлектрических генераторов с нанокластерами для варианта структур с n-р переходами.

На чертеже фотоэлектрический генератор состоит из полупроводниковой подложки 1, множества диодных планарных структур 2, включающих эпитаксиальные слои: р-типа 3, n-типа 4, n-р переходы 5, устраненные пробоем обратносмещенных р-n переходов 6, тыльного контакта 7, просветляющего покрытия 8, лицевого контакта 9, нанокластеров 10.

Нанокластеры 10 расположены в слоях n-типа 4, размер нанокластеров 10 5?38 нм, а их концентрация в слоях 4 не более (1?10)·10-2 объемных долей. Тыльный металлический контакт 7 выполнен в виде сплошного слоя, лицевой металлический контакт 10 - в виде гребенки.

Устройство работает следующим образом.

Через просветляющее покрытие 8 электромагнитное излучение поступает на соединенные последовательно структуры 2 с, например, устраненными пробоем, обратносмещенными переходами 6, перпендикулярно или под некоторым углом плоскости р-n перехода. Происходит поглощение фотонов в структурах 2, сопровождающееся образованием электронно-дырочных пар и появлением избыточных носителей заряда. Толщина эпитаксиальных слоев 3, 4 обеспечивает прозрачность и прохождение излучения, которое поступает на все структуры 2. Электронно-дырочные пары разделяются полем, что вызывает фототок, направленный в структурах 2 к базовым областям - слоям 3, и во внешней цепи фототок, направленный к подложке 1, с суммарным напряжением структур.
Одновременно излучение поступает на нанокластеры 10. При этом частота плазменного резонанса нанокластеров 10 в готовом фотопреобразователе находится вблизи максимума спектра поглощения полупроводниковых нанокристаллических слоев 3 и/или прошедшего через просветляющее покрытие 8 излучения, и/или частота плазменного резонанса нанокластеров 10 вызывает резонанс внутри структуры, увеличивая диэлектрическую проницаемость среды слоев 4, происходит резкое увеличение генерированных электронно-дырочных пар и, следовательно, рост функции генерации.
Наличие нанокластеров 10 увеличивает эффективность преобразования соответствующего спектра длин волн падающего электромагнитного излучения. Электромагнитное излучение, поступающее на слои, например, n-типа 4 с нанокластерами 10 металла, например золота, вызывает колебания свободных электронов нанокластеров 10. Возбуждение колебаний имеет резонансный характер на частоте плазменного резонанса, определяемой природой материала, формой и размерами нанокластеров и природой полупроводника.
Таким образом конструкция планарного полупроводникового фотоэлектрического генератора с нанокластерами в последовательно соединенных структурах позволяет увеличить функцию генерации, т.е. повысить эффективность преобразования электромагнитного излучения, при этом эпитаксиальные слои обладают идентичностью кристаллической структуры, т.е. обеспечивается однородность характеристик структур.
Применение после создания структуры пробоя стабилизирует рабочее состояние фотогенератора, оптимизируя структурный состав и устраняя точечные дефекты. Одновременно в ряде случаев подбор типа полупроводника подложки 1, примесей и нанокластеров 10 позволяет расширить зону максимума спектра поглощения и варьировать выходные спектральные характеристики фотогенератора.

Пример изготовления фотогенератора.

На подложке из кремния n-типа марки КДБ 0,5(0.1) ионно-молекулярной эпитаксией создают многослойную эпитаксиальную n+-р-p+-n+-р+ структуру из 2-100 структур с n+-р-р+ переходами, проводя поочередно легирование бором и фосфором, при этом толщина слоев 8-20 мкм.

После создания n-слоев путем термического распыления через ядерный фильтр с порами диаметром 25-50 нм наносится слой нанокластеров, например атомов золота, таким образом, что концентрация нанокластеров в легированном слое достигает (1?10)·10-2 объемных долей. При этом слои р-типа представляют собой полупроводниковые нанокристаллы, структура которых повторяет структуру подложки, и расстояние между ними и нанокластерами не более 1200 нм.

Возможен вариант введения нанокластеров в один слой в несколько этапов: эпитаксия-введение нанокластеров-  -введение нанокластеров. Но не более 4-х повторений, т.к. при усложнении процесса изготовления большее количество этапов не приводит к существенному увеличению равномерности распределения нанокластеров при указанных размерах. Количество этапов определяется параметрами оборудования, чистотой слоев, характеристиками нанокластеров и влиянием дополнительных термообработок.

Затем на рабочей поверхности формируют просветляющее покрытие: например, покрывают при нагревании пленкой нитрида кремния типа SixNy осаждением из парогазовой фазы, содержащей моносилан и азот. Металлизацию осуществляют напылением в вакууме или химическим осаждением металла. Далее на матрицы заготовки подают импульсное напряжение величиной 0,5-1,2 В на один р-n переход при емкости 1,5·10-2-10·10-2Ф и пробивают обратносмещенные переходы, создавая последовательное соединение планарных структур.

В результате получается конструкция фотоэлектрического генератора, представленная на чертеже.

Создание структуры последовательной эпитаксией позволяет увеличить равномерность распределения нанокластеров, вводить нанокластеры в один этап. Проведение дополнительной термообработки после создания структуры и между операциями позволяет в ряде случаев добиться более равномерного распределения нанокластеров в объеме легированных слоев.

Кол-во просмотров: 13453
Яндекс.Метрика