Фотоприймач n-tin/p-cdte

Реферат: Фотоприймач n-TiN/p-CdTe містить поглинач оптичного випромінювання з p-CdTe та нанесену на поглинач плівку і омічні контакти до них. Поглинач оптичного випромінювання виконаний у вигляді свіжотравленої монокристалічної підкладки p-CdTe, на яку нанесена плівка n-TiN, що має щільну структуру. UA 92086 U (54) ФОТОПРИЙМАЧ n-TiN/p-CdTe UA 92086 U UA 92086 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі напівпровідникового приладобудування, зокрема до напівпровідникових фотоелектричних перетворювачів. Гетеропереходи, одним з компонентів яких є телурид кадмію, перспективні для створення детекторів різного типу випромінювань. Це обумовлено цілим рядом причин. По-перше, ширина забороненої зони Eg телуриду кадмію є оптимальною для перетворення сонячної енергії в електричну. По-друге, висока густина і атомний номер елементів, з яких складається CdTe, сприяють значному підвищенню ефективності детектування частинок великих енергій. І нарешті висока радіаційна стійкість широкозонних II-VI сполук в порівнянні з іншими комерційно доступними напівпровідниками (Ge, Si, III-V з'єднання) допускає експлуатацію приладів на їх основі в жорстких радіаційних умовах. Незважаючи на перелічені переваги фотоприймачів на основі телуриду кадмію, головними проблемами при їх виготовленні є зведення до мінімуму концентрації поверхневих дефектів (що еквівалентно зменшенню швидкості поверхневої рекомбінації) та досягнення максимального коефіцієнта заповнення ВАХ. У зв'язку з цим актуальною задачею є розробка фотоприймачів на основі гетероструктур, які б забезпечували досягнення зазначених вище параметрів. Найбільш близьким до запропонованого технічного рішення є сонячний елемент на основі анізотипної гетероструктури n-TiCVp-CdTe (К. Ernst, A. Belaidi and R. Konenkamp Solar cell with extremely thin absorber on highly structured substrate, Semic. Sci. Technol., 18 (2003) 475-479), який містить поглинач сонячного випромінювання та нанесену на поглинач плівку n-ТіО2. Плівка n-ТіО2 виконана пористою та напилена методом спрей-піролізу, а як поглинач сонячного випромінювання використовується наноструктурований шар p-CdTe товщиною 150 нм, нанесений за допомогою електрохімічного осадження для заповнення пор плівки n-ТіО2. На шарі p-CdTe розташований золотий тиловий контакт, який формується методом термічного випаровування на шар телуриду кадмію. При освітленні цього сонячного елемента (100 мВт/см) він володіє наступними параметрами: напруга холостого ходу Uxx=0,67 В, густина струму короткого замикання Ікз=8,9 мА/см, коефіцієнт заповнення вольт-амперної характеристики FF=0,3. Основним недоліком такого технічного рішення є мале значення коефіцієнта заповнення вольт-амперної характеристики, яке обумовлене великим розривом зон провідності 0,7 еВ для гетероструктури n-TiCVp-CdTe, виготовленої за описаною технологією. Також на межі поділу пористого ТіО2 та наноструктурованої плівки CdTe утворюється велика кількість поверхневих електрично-активних станів, які негативно впливають на ефективність фотоперетворювача та низька хімічна стійкість фронтального шару ТіО2. В основу запропонованого рішення поставлена задача підвищити хімічну стійкість та коефіцієнт заповнення ВАХ фотоприймача на основі гетероструктури n-TiCVp-CdTe шляхом заміни фронтального шару ТіО2 на TiN (який має більшу хімічну стійкість) та зменшення кількості поверхневих електрично-активних станів на границі поділу гетеропереходу. Поставлена задача вирішується тим, що в фотоприймачі на основі анізотипної гетероструктури, який містить поглинач оптичного випромінювання та нанесену на поглинач плівку, згідно з корисною моделлю, поглинач оптичного випромінювання виконаний у вигляді свіжотравленної монокристалічної підкладки p-CdTe, а нанесена на підкладку плівка n-TiN має щільну структуру. При цьому фронтальний контакт фотоприймача виконаний у вигляді прошарку індію, напиленого на плівку n-TiN. В запропонованому фотоприймачі тонка плівка TiN виконує роль фронтального широкозонного вікна та просвітлюючого покриття. Завдяки хорошій структурній досконалості хімічно травленої поверхні монокристалічної підкладки телуриду кадмію та щільної структури тонкої плівки TiN на межі поділу тонка плівка TiN/монокристалічна підкладка CdTe утворюється менше поверхневих електрично-активних станів у порівнянні з межею поділу пористий ТіО2/наноструктурна плівка CdTe. Це призводить до збільшення значення коефіцієнта заповнення вольт-амперної характеристики майже вдвічі. Запропоноване рішення пояснюється кресленням. На кресленні схематично показано запропонований фотоприймач n-TiN/p-CdTe. Конструкція містить поглинач оптичного випромінювання, виконаний у вигляді монокристалічної підкладки телуриду кадмію р-типу провідності 1, на яку нанесена тонка щільна плівка TiN n-типу провідності 2. На плівці 2 розташований фронтальний електричний індієвий + контакт 3. На тиловій стороні підкладки 1 утворена р область 4, на яку послідовно нанесені шари золота 5, міді 6 та індію 7, які формують тиловий електричний контакт. Принцип дії запропонованого фотоприймача полягає у наступному. При падінні оптичного випромінювання зі сторони поглинача 1 на межі поділу анізотипного гетеропереходу n-TiN/p-CdTe відбувається генерація електронно-діркових пар. Під дією 1 UA 92086 U 5 10 15 20 25 30 35 вбудованого електричного поля в області просторового заряду відбувається розділення генерованих неосновних носіїв заряду. Електрони з р-області рухаються в n-область, а дірки з n-області рухаються в р-область. Внаслідок розділення неосновних носіїв заряду виникає фотоЕРС. При замиканні фронтального 3 та тилового 5,6,7 контактів через зовнішнє коло протікає фотострум, який виконує корисну роботу. Крім цього при прикладанні зворотного зовнішнього зміщення до фотоприймача при падінні на нього оптичного випромінювання внаслідок генерації елекронно-діркових пар збільшується величина зворотного струму. Зменшення концентрації поверхневих електричних станів на межі поділу n-TiN/p-CdTe, в запропонованому фотоприймачі, призводить до зменшення інтенсивності рекомбінації генерованих носіїв заряду, що, в свою чергу, підвищує ефективність його роботи. Для виготовлення запропонованого сонячного елемента монокристалічний p-CdTe з . 15 3 концентрацією дірок р=7,2 10 см вирощувався методом Бріджмена. Підкладки телуриду кадмію 1 з дзеркальною поверхнею формувалися шляхом сколювання монокристалічних злитків без додаткової механічної чи хімічної обробки, що забезпечує високу чистоту поверхні. Перед процесом напилення проводили хімічне травлення підкладок CdTe (110) для зменшення дефектного шару (очищення поверхні від забруднень і оксиду, видалення порушеного шару) в 8 % розчині брому в метанолі протягом декількох секунд. . 22 -3 Напилення тонкої плівки n-ТіО2 2 з концентрацією електронів n=2,9 10 см , товщиною 0,1 мкм, проводилося на свіжотравлену поверхню монокристалічної підкладки p-CdTe 1 методом реактивного магнетронного розпилення мішені чистого титану в суміші газів аргону та азоту при постійній напрузі. Парціальні тиски аргону та азоту складають 0,35 Па та 0,7 Па, відповідно, при постійній потужності магнетрона - 120 Вт. Протягом процесу напилення температура підкладки підтримується на рівні 300 °C. Фронтальний електричний контакт 3 до тонкої плівки нітриду титану 2 формується методом термічного осадження індію при температурі підкладки 150 °C. При формуванні електричного контакта до тилової сторони монокристалічної підкладки p-CdTe 1 поверхня опромінюється + лазерним випромінювання з довжиною хвилі λ=646 нм протягом 1 мс для формування р області 4 внаслідок утворення вакансій кадмію. Після обробки поверхні іскровим методом на неї послідовно осаджують шар золота 5 шляхом відновлення з водного розчину хлориду золота, шар міді 6 шляхом відновлення з водного розчину мідного купоросу і шар індію 7 методом термічного випаровування. Формування тилового електричного контакту закінчується короткочасним впалюванням шару індію 7 при температурі 200 °C. 2 При інтенсивності освітлення 80 мВт/см вихідні параметри запропонованого фотоприймача: напруга холостого ходу Uxx=0,35 В, густина струму короткого замикання Ікз=1,88 мА/см коефіцієнт заповнення вольт-амперної характеристики FF=0,51. Запропонована конструкція передбачає підвищення хімічної та механічної стійкості фотоприймача та збільшення його коефіцієнта заповнення вольт-амперної характеристики. Це досягається завдяки тому, що в запропонованому фотоприймачі використовується хімічно та механічно стійкіший фронтальний шар (TiN) в порівнянні з прототипом. 40 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 Фотоприймач n-TiN/p-CdTe, який містить поглинач оптичного випромінювання з p-CdTe та нанесену на поглинач плівку і омічні контакти до них, який відрізняється тим, що поглинач оптичного випромінювання виконаний у вигляді свіжотравленої монокристалічної підкладки pCdTe, на яку нанесена плівка n-TiN, що має щільну структуру. 2 UA 92086 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3