Зменшення поверхневої рекомбінації в монокристалічному кремнії шляхом імпульсного лазерного осадження плівок з кремнієвими квантовими точками

Автор(и)

  • Сергій Васильович Чирчик Київська державна академія декоративно-прикладного мистецтва і дизайну імені Михайла Бойчука, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-0158-5253

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347022030037

Ключові слова:

рекомбінаційні параметри, час життя нерівноважних носіїв заряду, швидкість поверхневої рекомбінації, монокристалічний кремній

Анотація

У роботі запропоновано спосіб пригнічення поверхневої рекомбінації c-Si шляхом модифікації його поверхні наночастинками. Нанокомпозити кремнію, що містять Si квантоворозмірні частинки в SiO2 матриці, характеризуються збільшеною шириною заборонених станів, при нанесенні на c-Si підкладку, вони формують гетероперехід nc-Si/c-Si, потенційний бар’єр якого сприяє збільшенню поверхневого часу життя носіїв заряду. Наведено експериментальні результати досліджень. Метод тестовано у виробничих умовах на технологічних пластинах кремнію. Підтверджена можливість зменшення поверхневої рекомбінації в монокристалічному кремнії шляхом пасивації його поверхні при імпульсному лазерному осадженні плівок з кремнієвими квантовими точками.

Біографія автора

Сергій Васильович Чирчик, Київська державна академія декоративно-прикладного мистецтва і дизайну імені Михайла Бойчука

Чирчик Сергей Васильевич Chyrchyk S. V.

Посилання

S. Jariwala et al., “Reducing surface recombination velocity of methylammonium-free mixed-cation mixed-halide perovskites via surface passivation,” Chem. Mater., vol. 33, no. 13, pp. 5035–5044, 2021, doi: https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.1c00848.

K. Zhang, X. Li, A. C. Walhof, Y. Liu, F. Toor, J. P. Prineas, “Long interior carrier lifetime in selective-area InAs nanowires on silicon,” Opt. Mater. Express, vol. 10, no. 10, p. 2470, 2020, doi: https://doi.org/10.1364/OME.403531.

H. Wu et al., “A correlative study of film lifetime, hydrogen content, and surface passivation quality of amorphous silicon films on silicon wafers,” IEEE J. Photovoltaics, vol. 10, no. 5, pp. 1307–1312, 2020, doi: https://doi.org/10.1109/JPHOTOV.2020.3009146.

M. Nagesh, R. Suresh, R. Jayapal, K. N. Subramanya, “Surface passivation studies of n-type crystalline silicon for HIT solar cells,” Trans. Electr. Electron. Mater., vol. 23, no. 1, pp. 45–51, 2022, doi: https://doi.org/10.1007/s42341-021-00316-1.

D. Muchahary, S. Maity, S. K. Metya, “Modelling and analysis of temperature‐dependent carrier lifetime and surface recombination velocity of Si-ZnO heterojunction thin film solar cell,” Micro Nano Lett., vol. 14, no. 4, pp. 399–403, 2019, doi: https://doi.org/10.1049/mnl.2018.5147.

J. Cui, N. Grant, A. Lennon, “Effective surface passivation of p-type crystalline silicon with silicon oxides formed by light-induced anodisation,” Appl. Surf. Sci., vol. 323, pp. 40–44, 2014, doi: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.08.028.

J. N. Heyman, A. Sahu, N. E. Coates, B. Ehmann, J. J. Urban, “Carrier lifetime enhancement in a tellurium nanowire/PEDOT:PSS nanocomposite by sulfur passivation,” MRS Proc., vol. 1742, pp. mrsf14-1742-bb04-02, 2015, doi: https://doi.org/10.1557/opl.2015.157.

D. J. Michalak, F. Gstrein, N. S. Lewis, “The role of band bending in affecting the surface recombination velocities for Si(111) in contact with aqueous acidic electrolytes,” J. Phys. Chem. C, vol. 112, no. 15, pp. 5911–5921, 2008, doi: https://doi.org/10.1021/jp075354s.

R. S. Bonilla, C. Reichel, M. Hermle, S. Senkader, P. Wilshaw, “Controlled field effect surface passivation of crystalline n-type silicon and its application to back-contact silicon solar cells,” in 2014 IEEE 40th Photovoltaic Specialist Conference (PVSC), 2014, pp. 0571–0576, doi: https://doi.org/10.1109/PVSC.2014.6924985.

J. Linnros, “Carrier lifetime measurements using free carrier absorption transients. I. Principle and injection dependence,” J. Appl. Phys., vol. 84, no. 1, pp. 275–283, 1998, doi: https://doi.org/10.1063/1.368024.

V. Palermo, D. Jones, “Self-organised growth of silicon structures on silicon during oxide desorption,” Mater. Sci. Eng. B, vol. 88, no. 2–3, pp. 220–224, 2002, doi: https://doi.org/10.1016/S0921-5107(01)00867-4.

H. Yamada, “Microscopic composition difference related to oxidizing humidity near the ultrathin silicon oxide–Si(100) interface,” J. Vac. Sci. Technol. A Vacuum, Surfaces, Film., vol. 19, no. 2, pp. 627–632, 2001, doi: https://doi.org/10.1116/1.1351065.

K. Fujita, H. Watanabe, M. Ichikawa, “Scanning tunneling microscopy study on void formation by thermal decomposition of thin oxide layers on stepped Si surfaces,” J. Appl. Phys., vol. 83, no. 8, pp. 4091–4095, 1998, doi: https://doi.org/10.1063/1.367162.

G. W. Rubloff, “Defect microchemistry in SiO_2/Si structures,” J. Vac. Sci. Technol. A Vacuum, Surfaces, Film., vol. 8, no. 3, pp. 1857–1863, 1990, doi: https://doi.org/10.1116/1.576816.

I. Martı́n et al., “Improvement of crystalline silicon surface passivation by hydrogen plasma treatment,” Appl. Phys. Lett., vol. 84, no. 9, pp. 1474–1476, 2004, doi: https://doi.org/10.1063/1.1647702.

T. Matsushita et al., “Highly reliable high-voltage transistors by use of the SIPOS process,” IEEE Trans. Electron Devices, vol. 23, no. 8, pp. 826–830, 1976, doi: https://doi.org/10.1109/T-ED.1976.18494.

Г. А. Колбасов, С. В. Волков, В. С. Воробец, И. А. Русецкий, “Фотоэлектрохимические процессы на GaAs и InP, модифицированных наноразмерными частицами CdS,” Наносистемы, наноматериалы, нанотехнологии, vol. 2, no. 1, pp. 169–177, 2004.

R. Ciach et al., “Silicon based multilayer structures prepared by reactive pulsed laser deposition,” Thin Solid Film., vol. 318, no. 1–2, pp. 154–157, 1998, doi: https://doi.org/10.1016/S0040-6090(97)01156-5.

L. Patrone, D. Nelson, V. I. Safarov, M. Sentis, W. Marine, S. Giorgio, “Photoluminescence of silicon nanoclusters with reduced size dispersion produced by laser ablation,” J. Appl. Phys., vol. 87, no. 8, pp. 3829–3837, 2000, doi: https://doi.org/10.1063/1.372421.

Е. Г. Гуле, Э. Б. Каганович, И. М. Кизяк, Э. Г. Манойлов, С. В. Свечников, “Краевая фотолюминесценция при комнатной температуре монокристаллического кремния,” Физика и техника полупроводников, vol. 39, no. 4, pp. 430–432, 2005, uri: http://journals.ioffe.ru/articles/5773.

E. B. Kaganovich, S. I. Kirillova, E. G. Manoilov, V. E. Primachenko, S. V. Svechnikov, “Interface electronic properties of eterojunctions based on nanocrystalline silicon,” Semicond. Physics, Quantum Electron. Optoelectron., vol. 2, no. 2, pp. 11–14, 1999, uri: http://journal-spqeo.org.ua/n2_99/abstr011-014.htm.

E. B. Kaganovich et al., “Photoluminescent films of nanocrystalline silicon doped with metals,” Semicond. Physics, Quantum Electron. Optoelectron., vol. 5, no. 2, pp. 125–132, 2002, uri: http://journal-spqeo.org.ua/n2_2002/abstr125-132.htm.

Э. Б. Каганович et al., “Фотолюминесцентные и электронные свойства пленок нанокристаллического кремния, легированного золотом,” Физика и техника полупроводников, vol. 36, no. 9, pp. 1105–1110, 2002, uri: http://journals.ioffe.ru/articles/39960.

Э. Б. Каганович, В. К. Малютенко, Е. Г. Гуле, С. В. Чирчик, Э. Г. Манойлов, “Модификация поверхности кремния наночастицами: скорость поверхностной рекомбинации и краевая фотолюминесценция кремния,” in VI Международный украинско-русский семинар «Нанофизика и наноэлектроника», 2005, pp. 101–102.

S. V. Chyrchyk, V. K. Malyutenko, E. G. Gule, E. B. Kaganovich, “Improvement of monocrystalline silicon surface passivation by silicon nanostructure deposition,” in 2nd International Conference on Physics of Laser Crystals, 2005, uri: http://icplc2005.narod.ru/s2005.html.

С. В. Чирчик, “Экспресс-метод определения рекомбинационных параметров в технологических пластинах кремния,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 55, no. 3, pp. 43–47, 2012, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347012030053.

С. В. Чирчик, “Дослідження рекомбінаційних параметрів нерівноважних носіїв заряду у технологічних пластинах Si тепловізійним методом,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 63, no. 9, pp. 570–579, 2020, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347020090034.

Схема установки для формування nc-Si плівок

Опубліковано

2022-03-20

Як цитувати

Чирчик, С. В. (2022). Зменшення поверхневої рекомбінації в монокристалічному кремнії шляхом імпульсного лазерного осадження плівок з кремнієвими квантовими точками. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 65(3), 167–174. https://doi.org/10.20535/S0021347022030037

Номер

Розділ

Статті