Читальный зал -->  Солнечные элементы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 [ 28 ] 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91

зультатами Падовани для термически активированного туннелирования при обратном напряжении смещения показывает, что при наличии некоторого количества ловушек туннельный ток может значительно увеличиться.

Различные механизмы переноса носителей заряда в диодах с барьером Шоттки показаны на рис. 2.31. Области действия различных механизмов, определяющих кинетические явления в зтих диодах в зависимости от концентрации легирующей примеси, иллюстрирует рис. 2.32.

Значительные краевые токи могут повлиять на процесс переноса носителей заряда, разделяемых барьером Шоттки. Краевые эффекты проявляются наиболее существенно при обратном смещении и в приборах малой мощности, поэтому при изучешш кинетических явлений обычно создают структуры с охранным кольцом [Padovani, 1968]. К другим механизмам переноса носителей заряда, приводящим к отклонению характеристик диодов от идеальных, относится рекомбинация в обедненном слое [Low, 1955]. В приборах с барьером Шоттки данные эффекты таким же образом воздействуют на /о и диодный коэффициент А, как и в гетеропереходах.

2.6.2. Высота барьера

Наиболее важным результатом, полученным при анализе процесса протекания тока в структурах с барьером Шоттки, является выявление зависимости Jo от высоты барьера Ф. Высота барьера определяет значения напряжения холостого хода в солнечных элементах. Если свойства поверхности раздела не влияют на Ф, то ее значение находится непосредственно с помощью соотношения

Фь = - Xs/q, (2.69)

где Фщ - разность потенциалов, соответствующая работе выхода металла; Xs - энергия сродства к электрону в полупроводнике (рис. 2.29). Однако экспериментально определяемые значения высоты барьера ниже получаемых согласно (2.69). На практике Ф почти не зависит от вида металла, используемого в сочетаниях с полупроводниками, имеющими ковалентную связь, такими, как Si, Ge и большинство соединений III-V групп периодической системы элементов.

При возрастании доли ионной связи в полупроводниках зависимость Ф, от Фт проявляется более ярко и оказывается даже не линейной, как это следует из (2.69). Отсутствие зависимости экспериментально определяемых значений Ф, от вида металла отражает постоянство уровня Ферми при нанесешш металлических слоев в обычных условиях, что характерно для фиксированного положения Ер при наличии состояний на границе раздела.

Отсутствие точного совпадения измеренных значений высоты барьера в структурах на основе металла и полупроводника с ковалентной связью

Опубликовано большое количество данных о значениях Ф [Mead, 1966; Milnes, 1980;Kurtine. а., 1969].

и значений, рассчитанных с помощью (2.69), было обнаружено уже достаточно давно при изучении структур металл-полупроводник.

Высказывалось предположение [Bardeen, 1947] о том, что фиксированное положение уровня Ферми обусловлено собственными состояниями на поверхности полупроводника, а приведение ее впоследствии в контакт с металлом обеспечивает эффекты лишь второго порядка. По мнению Хейне [Heine, 1965], характерные для полупроводников локализованные состояния, строго говоря, не могут существовать на границе раздела металл-полупроводник, однако возможно появление виртуальных резонансных (метаплоподобных) поверхностных состояний, наличием которых и объясняются наблюдаемые эффекты. Изучению свойств границы раздела посвящены многочисленные экспериментальные и теоретические исследования, и значительная их часть (возможно, за исключением исследований, проводившихся в последние годы) связана с изучением собственных поверхностных состояний. Результаты этих работ представлены в кратком, но полном обзоре Линдау [Lindau е. а., 1978].

Высоту барьера можно измерить несколькими методами:

1) по значению пороговой энергии фотонов при возбуждении тока, обусловленного внутренней фотоэмиссией и направленного из металла в полупроводник;

2) по результатам измерений зависимости У от Г , полагая, что реализуется либо термо эмиссионный, либо диффузионный механизм ограничения тока (2.60) или (2.66);

3) по результатам измерений емкостных характеристик перехода, экстраполируя зависимость С от F к точке С ->0;

4) с помощью фотоэмиссионной спектроскопии (с использованием излучения дальнего ультрафиолетового диапазона), измеряя изгиб зон по отношению к глубоким уровням вблизи валентной зоны.

Эффекты, определяющие высоту барьера Ф, на макроскопическом уровне могут быть представлены как результат влияния суммарного заряда на границе раздела или диполей на истинные значения работы выхода металла и полупроводника. Это традиционный подход к решению данной проблемы, применяемый специалистами в области полупроводниковых приборов. С помощью простой модели, в которой предполагалось, что состояния, существующие в области границы раздела, распределены равномерно по поверхности полупроводника, изолированной от металла очень тонким слоем диэлектрика, получено [Crowell, Sze, 1966а] следующее выражение для высоты барьера:

Фь = (Фот - Х,с) + (1 - )KEg/q) - Фо*] + Q. (2.70)

Здесь Сг = iHj <7S-si); е,- и 5 - соответственно диэлектрическая проницаемость и толщина промежуточного слоя; TVjj - плотность состояний на границе раздела, см - эВ ; Ф$ - положение уровня Ферми по отношению к краю валентной зоны при отсутствии металла; Со обычно можно пренебречь. Если, например, в структуре металл-полупровод-

Подробное введение в физику поверхности полупроводников можно найти в книге Many е. а., 1971.

ник и-типа Asj. з, то ->-0 и

Фг,= (ЗД)-Ф*- (2-71)

В данном случае уровень Ферми фиксирован поверхностными состояниями и высота барьера не зависит от вида металла, а полностью определяется свойствами границы раздела. Этот случай известен под названием предела Бардина. Если Ngg О, то С г 1 и

Фь Фт - Xjq (2.72)

в соответствии с (2.70). Данный случай известен как предел Шоттки.

Обычно для обработки экспериментальных данных (при рассмотрении определенного полупроводника) используют соотношение

Фь=аФт + Ь. (2.73)

С помощью экспериментально найденных значений постоянных а vi b можно затем вычислить Ng и Ф* Подобные данные для различных полупроводников с ковалентной связью, представленные на рис. 2.33, свидетельствуют о том, что фиксированное положение уровня Ферми отвечает знергии Ф* ~ (213)Eg (по отношению к краю зоны проводимости) - это известное правило двух третей.

Зависимость реальной высоты барьера от значений работы выхода металла и полупроводника также представляют в линейной форме

Фй=5(Фт-Х,/<7) + б, (2.74)

где S характеризует состояние поверхности. Случай 5 = 1 соответствует пределу Шоттки, тогда как S = О отвечает полной стабилизации уровня Ферми и отсутствию зависимости Ер от работы выхода металла. Поскольку Фт связана линейной зависимостью с электроотрицательностью ЛГ*, последнее уравнение после преобразования можно представить в виде

Фl,=S{Xr -Xs/q)b. (2.75)

Удобство его применения заключается в том, что входящая в него электроотрицательность является более стабильным по сравнению с работой выхода металла параметром, экспериментальное значение которого существенно зависит от состояния поверхности.

В известной работе Куртина [Kurtin е. а., 1969], представлены обширные справочные данные по эксперименталыхым значениям Ф,. Установлено, что параметр S, характеризующий состояние поверхности и определяемый посредством представления экспериментальных данных в виде зависимости (2.75), как это показано на рис. 2.34, изменяется or S О

Указанные пределыше случаи обоснованы Cohen, 1979.

In? - исключение из этого правила: уровень Ферми Ер в InP зафиксирован на 0,2-0,4 эВ ниже края зоны проводимости.

* Для Фт было получено соотношение Ф = 2,3А + 0,34 (Louie е. а.. 19771.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 [ 28 ] 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.