Разработана физико-математическая модель массопереноса при ионно-лучевой кристаллизации. Рассмотрено получение фотоактивных структур Si(n+)/Si(p)/Si(p+) на подложках 100 мм методом ионно-лучевой кристаллизации. Определены оптимальные условия этого процесса: остаточное давление в ростовой камере — 10−4 Па; температура подложки — 550 °C; плотность ионного тока — 2 мА/см2; ускоряющее напряжение пучка — 400 В; расстояние «мишень — подложка» — 150 мм. Данные сканирующей электронной микроскопии показывают, что выращенные фотоструктуры имеют практически бездефектную поверхность. Установлено, что фотоструктуры Si(n+)/Si(p)/Si(p+) характеризуются внешним квантовым выходом более 90 % в диапазоне длин волн 550—900 нм (спектр AM 1,5) при следующих условиях: толщина фронтального слоя Si(n+) 100 нм, уровень легирования n+ = 5·1018 см−3, толщина слоя Si(p) 130 мкм, уровень легирования p = 2·1016 см−3, толщина слоя Si(p+) 500 нм, уровень легирования p+ = 1·1018 см−3.
The physical and mathematical mass-transfer model of the ion-beam crystallization method is developed. The derivatization of photoactive structures Si(n+)/Si(p)/Si(p+) on 100 mm substrates through ion-beam crystallization is considered. The optimum conditions for the process: residual pressure in the growth chamber — 10−4 Pa; the substrate temperature — 550 °C; ion current density — 2 mA/cm2; acceleration voltage — 400 V; target — substrate distance — 150 mm are determined. The scanning electron microscopy data show that the grown photoactive structures have closely a faultless surface. The results demonstrate that the photoactive structures Si(n+)/Si(p)/Si(p+) offer the external quantum efficiency over 90 % in the wavelength range of 550—900 nm (spectrum AM 1.5) under the following conditions: front layer thickness Si(n+) — 100 nm; donor doping density n+ = 5∙1018 cm−3; layer thickness Si(p) — 130 μm; acceptor doping density p = 2∙1016 cm−3; layer thickness Si(p+) — 500 nm; acceptor doping density p+ = 1∙1018 cm−3.
ВведениеДостижения в фотовольтаике стимулировали исследования фотоактивных материалов и структур, а также разработку методов их получения. На основе кремния и соединений AIIIBV созданы высокоэффективные солнечные элементы [1].Для получения структур c фотоактивными областями широко применяются методы молекулярно-лучевой [2] и газофазной эпитаксии [3]. В последние три десятилетия технологии получения фотоактивных материалов и структур стремительно развиваются, производство становится сложнее. При этом исследователи продолжают искать новые методы получения фотоактивных материалов. Цель настоящей работы - получение и исследование фотоактивных слоёв и структур на основе Si методом ионно-лучевой кристаллизации (ИЛК).Теоретическая частьДля теоретического исследования ионно-лучевой кристаллизации однокомпонентных полупроводниковых материалов разработана математическая модель процесса. Она основана на имитационном подходе Монте-Карло.На рис. 1 показана схема моделируемого процесса ионно-лучевой кристаллизации и используемые математические величины. Первичный пучок ионов аргона с энергией ,плотностью тока , диаметром падает на центральную часть мишени. Причём диаметр мишени должен быть больше диаметра ионного пучка. Угол падения (между вектором и плоскостью мишени) - произвольный . Пучок ионов выбивает атомы мишени, центр которой