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, Україна 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

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-03-20 — Оновлено 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

Том 65 № 3 (2022)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.