RU196426U1 - Прозрачный гетеропереход на основе оксидов - Google Patents

Прозрачный гетеропереход на основе оксидов Download PDF

Info

Publication number
RU196426U1
RU196426U1 RU2019144309U RU2019144309U RU196426U1 RU 196426 U1 RU196426 U1 RU 196426U1 RU 2019144309 U RU2019144309 U RU 2019144309U RU 2019144309 U RU2019144309 U RU 2019144309U RU 196426 U1 RU196426 U1 RU 196426U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
film
doped
aluminum
heterojunction
Prior art date
Application number
RU2019144309U
Other languages
English (en)
Inventor
Елена Валерьевна Ширшнева-Ващенко
Лилия Александровна Сокура
Женевьева Геннадьевна Снежная
Павел Сергеевич Ширшнев
Алексей Евгеньевич Романов
Владислав Евгеньевич Бугров
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО)
Priority to RU2019144309U priority Critical patent/RU196426U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU196426U1 publication Critical patent/RU196426U1/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/109Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN heterojunction type

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Полезная модель представляет собой структуру и выбор материалов для изготовления прозрачного гетероперехода, в котором оба слоя n- и р-типа проводимости изготавливаются методом золь-гель технологии.Прозрачный гетеропереход на основе оксидов, содержащий подложку с последовательно нанесенными пленкой алюмината меди в качестве р-слоя и поликристаллической пленкой оксида цинка легированного алюминием в качестве n-слоя, а также с серебряными электродами, нанесенными на эти слои, отличающийся тем, что подложка выполнена из плавленого кварца, пленка оксида цинка выполнена толщиной от 82 до 87 нм, легирована алюминием с молярным соотношением Zn:Al, 1:0,03, размер ее зерен равен 9-12 нм, пленка алюмината меди выполнена толщиной от 75 до 85 нм, легирована хромом с молярным соотношением Cu:Al:Cr, 1:0,5:0,5, представляет собой поликристаллический слой с размером зерен 50-57 нм, поликристаллические зерна оксида цинка легированного алюминием ориентированы осями [101] и [100] относительно направлений [101] и [006] поликристаллов алюмината меди легированного хромом с рассогласованием менее 1%.Предложенные структура и состав устройства обеспечивают улучшение планарности границы гетероперехода, тем самым увеличивая значение оптического пропускания гетероструктуры в видимом и ближнем ИК-диапазонах.

Description

Полезная модель относится к полупроводниковым приборам, работающим на n-р переходе и прозрачным в видимом диапазоне спектра. Прозрачный диод является основным элементом прозрачной оптоэлектроники. Прозрачный фотодиод, поглощающий УФ излучение и прозрачный в видимом диапазоне спектра перспективен для применения в качестве дисплея мобильных устройств, способного осуществлять их дополнительную подзарядку, а также в качестве покрытия стекол для создания источника дополнительной солнечной энергии. Число приложений в сегменте дисплеев и окон растет из-за быстрого технологического прогресса и увеличения спроса на компактные, сложные и технологически продвинутые продукты на рынке.
Вместе с прозрачными проводящими оксидами n-типа такими как оксид цинка (ZnO) и оксид цинка легированный алюминием, ZnO:Al (AZO), проводящие оксиды р-типа проводимости обеспечивают следующий уровень в области «прозрачной» электроники нового поколения энергетически эффективных устройств оптоэлектроники. Полностью "прозрачный" p-n переход является так называемым «функциональным окном», которое пропускает видимый свет и в то же время производит электроэнергию, поглощая ультрафиолетовый свет.
Для создания прозрачного в видимом спектральном диапазоне гетероперехода, необходимо наличие полупроводников n- и р-типа проводимости с шириной запрещенной зоны более 3 эВ. Прозрачные проводящие оксиды (ППО), являются хорошими претендентами на эту роль. Сами по себе ППО являются по большей части полупроводниками n-типа проводимости. Подбор и получение ППО р-типа проводимости, имеющих хорошую согласованность зонной структуры с оксидом n-типа - основная задача для получения прозрачного р-n перехода. Хорошо на роль полупроводников р-типа подходят структуры типа делафоссита (CuAlO2, CuCrO2). Вторым по значимости для образования гетероперехода является оксид никеля (NiO). Для осуществления протекания тока через р-n переход, необходимо хорошая согласованность параметров решетки двух материалов.
Согласование зон между оксидами р- и n-типа играет критическую роль для образования гетероперехода. Делафоссит CuAlO2 имеет значения параметров, таких как электронное сродство и ширина запрещенной зоны более близкие к AZO, чем NiO. Таким образом, разрывы зон в паре p-CuAlO2/n-AZO меньше, чем в паре p-NiO/n-AZO. Кроме этого, делафосситы имеют гексагональную структуру, как и AZO, тем самым больше вероятность получения хорошей границы между ними. Два этих фактора обусловили выбор CuAlO2 в качестве пары для AZO для создания прозрачного гетероперехода.
Известен прозрачный для видимого излучения фотодиод (патент US 6936865 В2, опубликован 30 августа 2005 г.), получаемый импульсным лазерным напылением, состоящий из прозрачной диэлектрической подложки с нанесенным на нее прозрачным проводящим оксидом индия - олово (ITO) толщиной от 0,1 до 0,2 мкм и р-n перехода. Р-n переход сформирован пленкой р-типа CuAlO2, нанесенной на слой электрода ITO и пленкой n-типа, ZnO, нанесенной поверх р-слоя. Толщина n- и р-слоев составила по 0,4 мкм. Верхний n-слой также выполняет функцию второго электрода. В данной структуре при облучении ее светом УФ-диапазона наблюдается генерация тока, при этом сама структура обладает средним значением пропускания 48% в диапазоне от 400 до 700 нм. Вольт-амперная характеристика полученного устройства соответствует диодной, тем самым подтверждается образование гетероперехода.
Недостатком данного устройства является низкое значение пропускания в видимом диапазоне спектра, которое является граничным значением для определения электроники как «прозрачной». Низкое значение пропускания связано с нарушением планарности границы р-n перехода, наличием дефектов на границе и рассеяние света на них. Авторы связывают плохую границу гетероперехода с аморфной структурой получаемого слоя CuAlO2.
Известна прозрачная для видимого излучения гетероструктура, выбранная в качестве прототипа (патент CN 102244010 B, опубликован 16 ноября 2011 г.), представляющая собой тонкопленочный гетеропереход p-CuAlO2/n-ZnO:Al, изготовленный на прозрачной подложке методами растворной химии.
Устройство состоит из:
- Прозрачная диэлектрическая подложка (кварц);
- Пленка р-типа проводимости CuAlO2 толщиной 280 нм, нанесенная на диэлектрическую подложку методами золь-гель технологии. Полоска пленки CuAlO2 закрывается маской, для последующего нанесения серебряного контакта;
- Пленка n-типа проводимости ZnO:Al толщиной 480 нм, нанесенная на слой р-типа проводимости методом спрей-пиролиза. Слой ZnO:Al, нанесенный на маску и сама маска удаляются;
- Серебряный контакт, нанесенный на слой р-CuAlO2;
- Серебряный контакт, нанесенный на слой n-ZnO:Al.
Толщина устройства 1200 нм.
Среднее значение оптического пропускания полученной структуры составляет 50%.
Устройство работает следующим образом. При приложении напряжения к серебряным контактам регистрируется ток. Вольт-амперная характеристика полученной структуры является диодной, что говорит о том, что образовался гетеропереход при нанесении слоев n- и р-типа проводимости методами растворной химии. Включающее диод напряжение около 0,4 В, максимальный прямой ток 6,8 мкА.
Недостатком данной гетероструктуры является низкое значение пропускания в видимом диапазоне спектра, что говорит о дефектах на границе р-n перехода.
Предлагаемая полезная модель решает проблему затемнения границы гетероперехода в прозрачных диодных структурах. Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося за счет увеличения значения пропускания n-слоя проводимости и уменьшения пустот и дефектов на границе гетероперехода. Данный технический результат достигается тем, что прозрачный гетеропереход на основе оксидов, содержащий подложку с последовательно нанесенными пленкой алюмината меди в качестве р-слоя и поликристаллической пленкой оксида цинка легированного алюминием в качестве n-слоя, а также с серебряными электродами нанесенными на эти слои, отличается тем, что подложка выполнена из плавленого кварца, пленка оксида цинка выполнена толщиной от 82 до 87 нм, легирована алюминием с молярным соотношением Zn:Al, 1:0,03, размер ее зерен равен 9-12 нм, пленка алюмината меди выполнена толщиной от 75 до 85 нм, легирована хромом с молярным соотношением Cu:Al:Cr, 1:0,5:0,5, представляет собой поликристаллический слой с размером зерен 50-57 нм, поликристаллические зерна оксида цинка легированного алюминием ориентированы осями [101] и [100] относительно направлений [101] и [006] поликристаллов алюмината меди легированного хромом с рассогласованием менее 1%.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется следующим.
Прозрачный гетеропереход на основе оксидов (Фиг. 1), состоит из:
- прозрачной подложки 1 из плавленого кварца толщиной до 1000 мкм;
- слоя р-типа проводимости 2 из алюмината меди легированного хромом (CuAlCrO2) с молярным соотношением Cu:Al:Cr, 1:0,5:0,5, толщиной от 75 до 85 нм;
- слоя n-типа проводимости 3 из оксида цинка легированного алюминием (ZnO:Al) с молярным соотношением Zn:Al, 1:0,03, толщиной 82 до 87 нм;
- двух серебряных контактов 4, нанесенных соответственно на слой n-типа и на слой р-типа проводимости.
Предлагаемое устройство работает следующим образом: при приложении напряжения к контактам наблюдается протекание тока через структуру. Измеренная вольт-амперная характеристика от -7 до 7 В соответствует диодной (Фиг. 2, а), что подтверждает образование гетероперехода. Вольт-амперные характеристики между серебряными контактами и n- и р-слоями соответственно (Фиг. 2, б) имеют линейную зависимость, что говорит об омическом контакте между ними, не вносящем искажений в вольт-амперную характеристику гетероперехода.
В основе изобретения лежит эффект образования резкой границы поглощения в слое алюмината меди при легировании его хромом, несмотря на то, что край поглощения материала смещается к большим длинам волн при легировании, абсолютное значение оптического пропускания в видимой области спектра достигает 60% при 400 нм и увеличивается до 80% в длинноволновой области видимого и ближнего ИК диапазонов, по сравнению с плавным нарастанием пропускания для слоя алюмината меди без легирования с 40% для 400 нм.
Второй эффект, влияющий на образование планарной гетерограницы (Фиг. 3), это заданная ориентация поликристаллов CuAlCrO2 на подложке из плавленого кварца, которая позволяет поликристаллам AZO формировать слой вдоль направлений с минимальным рассогласованием межплоскостных расстояний. Легкость встраивания зерен AZO на поликристаллической пленке CuAlCrO2 и планарность формируемой гетерограницы также упрощает формируемый более мелкий размер зерен AZO.
Среднее оптическое пропускание предлагаемого устройства в диапазоне от 500 до 1000 нм составляет 65% (Фиг. 4). Предлагаемое тонкопленочное устройство не затрудняет видимость изображения, его можно наносить на поверхность окон и дисплеев (Фиг. 5).

Claims (1)

  1. Прозрачный гетеропереход на основе оксидов, содержащий подложку с последовательно нанесенными пленкой алюмината меди в качестве р-слоя и поликристаллической пленкой оксида цинка легированного алюминием в качестве n-слоя, а также с серебряными электродами, нанесенными на эти слои, отличающийся тем, что подложка выполнена из плавленого кварца, пленка оксида цинка выполнена толщиной от 82 до 87 нм, легирована алюминием с молярным соотношением Zn:Al, 1:0,03, размер ее зерен равен 9-12 нм, пленка алюмината меди выполнена толщиной от 75 до 85 нм, легирована хромом с молярным соотношением Cu:Al:Cr, 1:0,5:0,5, представляет собой поликристаллический слой с размером зерен 50-57 нм, поликристаллические зерна оксида цинка легированного алюминием ориентированы осями [101] и [100] относительно направлений [101] и [006] поликристаллов алюмината меди легированного хромом с рассогласованием менее 1%.
RU2019144309U 2019-12-27 2019-12-27 Прозрачный гетеропереход на основе оксидов RU196426U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019144309U RU196426U1 (ru) 2019-12-27 2019-12-27 Прозрачный гетеропереход на основе оксидов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019144309U RU196426U1 (ru) 2019-12-27 2019-12-27 Прозрачный гетеропереход на основе оксидов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU196426U1 true RU196426U1 (ru) 2020-02-28

Family

ID=69768576

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019144309U RU196426U1 (ru) 2019-12-27 2019-12-27 Прозрачный гетеропереход на основе оксидов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU196426U1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2811826C1 (ru) * 2023-01-10 2024-01-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный гуманитарно-педагогический университет" ФГБОУ ВО "ЮУрГГПУ" Способ получения алюмината меди со структурой делафоссита

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080052596A (ko) * 2005-08-16 2008-06-11 나노솔라, 인크. 도전 장벽층과 호일 기판을 구비한 광전 소자
RU2394305C2 (ru) * 2007-07-20 2010-07-10 Гэлиэм Энтерпрайзис Пти Лтд Полупроводниковый прибор со встроенными контактами (варианты) и способ изготовления полупроводниковых приборов со встроенными контактами (варианты)
RU2416135C2 (ru) * 2006-10-27 2011-04-10 Кэнон Кабусики Кайся Полупроводниковый элемент, способ изготовления полупроводникового изделия и матрица светоизлучающих диодов, полученная с использованием этого способа изготовления
KR20110085216A (ko) * 2010-01-19 2011-07-27 한양대학교 산학협력단 다양한 종류의 나노입자를 함유한 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지 및 그 제조방법
KR20110089549A (ko) * 2010-02-01 2011-08-09 건국대학교 산학협력단 패터닝이 가능한 브러쉬 코팅공정을 적용한 유기전자소자의 제조방법
CN102832293A (zh) * 2012-09-21 2012-12-19 蚌埠玻璃工业设计研究院 一种硅基薄膜太阳能电池用绒面azo薄膜的制备方法
RU2593915C2 (ru) * 2011-01-26 2016-08-10 Массачусеттс Инститьют Оф Текнолоджи Прозрачные фотогальванические элементы
RU2667689C2 (ru) * 2016-12-28 2018-09-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Способ получения гетероперехода нанокристаллический кремний/аморфный гидрогенизированный кремний для солнечных элементов и солнечный элемент с таким гетеропереходом
RU2686583C2 (ru) * 2014-04-24 2019-04-29 Витро, С.А.Б. Де С.В. Органический светоизлучающий диод со слоем модификации поверхности
RU2701467C1 (ru) * 2018-12-25 2019-09-26 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) Прозрачный проводящий оксид
RU2703519C1 (ru) * 2016-01-06 2019-10-18 Интернэшнл Фронтьер Текнолоджи Лэборетери, Инк. Фотоэлектрический элемент

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080052596A (ko) * 2005-08-16 2008-06-11 나노솔라, 인크. 도전 장벽층과 호일 기판을 구비한 광전 소자
RU2416135C2 (ru) * 2006-10-27 2011-04-10 Кэнон Кабусики Кайся Полупроводниковый элемент, способ изготовления полупроводникового изделия и матрица светоизлучающих диодов, полученная с использованием этого способа изготовления
RU2394305C2 (ru) * 2007-07-20 2010-07-10 Гэлиэм Энтерпрайзис Пти Лтд Полупроводниковый прибор со встроенными контактами (варианты) и способ изготовления полупроводниковых приборов со встроенными контактами (варианты)
KR20110085216A (ko) * 2010-01-19 2011-07-27 한양대학교 산학협력단 다양한 종류의 나노입자를 함유한 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지 및 그 제조방법
KR20110089549A (ko) * 2010-02-01 2011-08-09 건국대학교 산학협력단 패터닝이 가능한 브러쉬 코팅공정을 적용한 유기전자소자의 제조방법
RU2593915C2 (ru) * 2011-01-26 2016-08-10 Массачусеттс Инститьют Оф Текнолоджи Прозрачные фотогальванические элементы
CN102832293A (zh) * 2012-09-21 2012-12-19 蚌埠玻璃工业设计研究院 一种硅基薄膜太阳能电池用绒面azo薄膜的制备方法
RU2686583C2 (ru) * 2014-04-24 2019-04-29 Витро, С.А.Б. Де С.В. Органический светоизлучающий диод со слоем модификации поверхности
RU2703519C1 (ru) * 2016-01-06 2019-10-18 Интернэшнл Фронтьер Текнолоджи Лэборетери, Инк. Фотоэлектрический элемент
RU2667689C2 (ru) * 2016-12-28 2018-09-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Способ получения гетероперехода нанокристаллический кремний/аморфный гидрогенизированный кремний для солнечных элементов и солнечный элемент с таким гетеропереходом
RU2701467C1 (ru) * 2018-12-25 2019-09-26 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) Прозрачный проводящий оксид

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2811826C1 (ru) * 2023-01-10 2024-01-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный гуманитарно-педагогический университет" ФГБОУ ВО "ЮУрГГПУ" Способ получения алюмината меди со структурой делафоссита

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Klochko et al. Metal oxide heterojunction (NiO/ZnO) prepared by low temperature solution growth for UV-photodetector and semi-transparent solar cell
US20240154049A1 (en) Photovoltaic devices and method of making
US9362423B2 (en) Methods of forming thin-film photovoltaic devices with discontinuous passivation layers
Yadav et al. Sol-gel-based highly sensitive Pd/n-ZnO thin film/n-Si Schottky ultraviolet photodiodes
KR20100080601A (ko) 헤테로접합을 포함하는 광기전 장치
Hakkoum et al. Effect of the source solution quantity on optical characteristics of ZnO and NiO thin films grown by spray pyrolysis for the design NiO/ZnO photodetectors
US20120192923A1 (en) Photovoltaic device
Ferhati et al. Post-annealing effects on RF sputtered all-amorphous ZnO/SiC heterostructure for solar-blind highly-detective and ultralow dark-noise UV photodetector
Khashan Optoelectronic properties of ZnO nanoparticles deposition on porous silicon
US8785232B2 (en) Photovoltaic device
WO2016017617A1 (ja) 光電変換装置およびタンデム型光電変換装置ならびに光電変換装置アレイ
CN108878576A (zh) 一种氧化镓基紫外探测器
KR101415251B1 (ko) 다중 버퍼층 및 이를 포함하는 태양전지 및 그 생산방법
Ismail et al. Preparation of ZnS-decorated MWCNTs/p-Si hybrid photodetector by pulsed laser deposition
CN104319320A (zh) 一种新型复合透明电极的led芯片及其制作方法
TW201508935A (zh) 光伏裝置及成型光伏裝置之方法
RU196426U1 (ru) Прозрачный гетеропереход на основе оксидов
Kumar et al. A comparative analysis of structural, optical, and electrical characteristics of c-plane and a-plane ZnO: Al thin films fabricated by a pulsed laser ablation technique
US20130160810A1 (en) Photovoltaic device and method of making
Forin et al. p-NiO/ITO transparent heterojunction—Preparation and characterization
US20110215434A1 (en) Thin-film photoelectric conversion device and method of manufacturing thin-film photoelectric conversion device
Aktas Investigation and comparison of optical properties of CdO and CdGaO transparent conductive metal oxide thin films
He et al. Fabrication and characterization of amorphous ITO/p-Si heterojunction solar cell
KR20110107934A (ko) 탄소나노튜브/ZnO 투명태양전지 및 그 제조방법
KR101835221B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
QB9K Licence granted or registered (utility model)

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20201026

Effective date: 20201026