RU2330352C1 - Method of obtaining photosensitive structure - Google Patents

Method of obtaining photosensitive structure Download PDF

Info

Publication number
RU2330352C1
RU2330352C1 RU2006138205/28A RU2006138205A RU2330352C1 RU 2330352 C1 RU2330352 C1 RU 2330352C1 RU 2006138205/28 A RU2006138205/28 A RU 2006138205/28A RU 2006138205 A RU2006138205 A RU 2006138205A RU 2330352 C1 RU2330352 C1 RU 2330352C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
type
carbon
containing material
silicon
heterojunction
Prior art date
Application number
RU2006138205/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006138205A (en
Inventor
Сергей Арсеньевич Кукушкин (RU)
Сергей Арсеньевич Кукушкин
Андрей Викторович Осипов (RU)
Андрей Викторович Осипов
Сергей Константинович Гордеев (RU)
Сергей Константинович Гордеев
Светлана Борисовна Корчагина (RU)
Светлана Борисовна Корчагина
ев Алексей Петрович Бел (RU)
Алексей Петрович Беляев
Владимир Павлович Рубец (RU)
Владимир Павлович Рубец
Original Assignee
Фонд поддержки науки и образования
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 Фонд поддержки науки и образования filed Critical Фонд поддержки науки и образования
Priority to RU2006138205/28A priority Critical patent/RU2330352C1/en
Publication of RU2006138205A publication Critical patent/RU2006138205A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2330352C1 publication Critical patent/RU2330352C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: method of obtaining photosensitive structure containing a plate of p-type monocrystal silicon with n-type front layer and p-n heterojunction involves joint heating of p-type monocrystal silicon substrate covered with target material, and synthesis of front layer with heterojunction. Target material is a solid porous carbonaceous material with porosity under 15% of volume, previously undergone thermal processing in contact with silicon at 1100-1350°C for 10-20 minutes; the synthesis is conducted at 1100-1250°C; a gap between carbonaceous material and p-type monocrystal silicon plate is not more than 8 micron.
EFFECT: allows obtaining heterostructure with high photosensitivity in the short-wave spectre range.
2 cl, 1 tbl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области получения материалов оптоэлектроники и гелиотехники, а точнее фоточувствительных твердотельных полупроводниковых гетероструктур.The invention relates to the field of production of materials of optoelectronics and solar technology, and more specifically photosensitive solid-state semiconductor heterostructures.

Известны способы получения фоточувствительных структур с использованием химических соединений, в частности, способ, описанный в статье S.Fujiwara, T.Chikamura, M.Fakai. The heterojunction ZnSe - (Zn1-xCdxTe)1-y(In2Te3)y having hingh sensitivity in the visibe light range and its applications. Journal of Cristal Growth, 1983, v.61, p.567-575. Известный способ состоит в последовательном термическом напылении слоев ZnSe толщиной 0,1-0,3 мкм и твердого раствора (Zn1-xCdxTe)1-y (In2Те3)y толщиной (0,1-0,3) 101 мкм на стеклянную подложку с прозрачным электродом, нагретую до температуры 150-300°С, с последующим отжигом в вакууме в течение 2-20 мин при температуре 500-550°С. Однако получение высоких фототехнических параметров в указанной структуре связано с определенными трудностями, обусловленными необходимостью получения относительно низкоомного слоя селенида цинка (ρ=107 Ом·см), что требует специальных технологий (например, известных из монографии А.Милнс, Д.Фойхт. Гетеропереходы и переходы металл-полупроводник. М.: Мир, 1975, с.432), а следовательно, сложного технологического оборудования.Known methods for producing photosensitive structures using chemical compounds, in particular, the method described in the article S. Fujiwara, T. Chikamura, M. Fakai. The heterojunction ZnSe - (Zn 1-x Cd x Te) 1-y (In 2 Te 3 ) y having hingh sensitivity in the visibe light range and its applications. Journal of Cristal Growth, 1983, v. 61, p. 567-575. The known method consists in sequential thermal spraying of ZnSe layers with a thickness of 0.1-0.3 μm and a solid solution (Zn 1-x Cd x Te) 1-y (In 2 Te 3 ) y with a thickness of (0.1-0.3) 10 1 μm on a glass substrate with a transparent electrode, heated to a temperature of 150-300 ° C, followed by annealing in vacuum for 2-20 minutes at a temperature of 500-550 ° C. However, obtaining high phototechnical parameters in this structure is associated with certain difficulties due to the need to obtain a relatively low-resistance layer of zinc selenide (ρ = 10 7 Ohm · cm), which requires special technologies (for example, known from the monograph by A. Milns, D. Feucht. Heterojunctions and metal-semiconductor transitions, Moscow: Mir, 1975, p. 432), and therefore, complex technological equipment.

Из уровня техники известен также способ получения мишени телевизионной передающей трубки (T.Ichibase, J.Yamamoto, F.Sakamoto major Photoconoluctive Processesin. Newcosvicon Target - National Technical Report, 1985, v.31, N1, p.61-69), включающий последовательное термическое напыление слоев ZnSe толщиной 0,1-0,3 мкм, CdTe толщиной 0,5-2,0 мкм и (ZnTe)1-y(In2Te3)y толщиной 1,0-5,0 мкм на стеклянную подложку с прозрачным электродом, нагретую до температуры 150-300°С, с последующим отжигом в вакууме в течение 2-20 мин. Недостатком способа также является технологическая сложность, связанная с относительно низким удельным сопротивлением слоя селенида цинка.The prior art also knows a method for producing a television transmitting tube target (T. Ichibase, J. Yamamoto, F. Sakamoto major Photoconoluctive Processesin. Newcosvicon Target - National Technical Report, 1985, v.31, N1, p. 61-69), including sequential thermal spraying of ZnSe layers with a thickness of 0.1-0.3 microns, CdTe with a thickness of 0.5-2.0 microns and (ZnTe) 1-y (In 2 Te 3 ) y with a thickness of 1.0-5.0 microns on a glass a substrate with a transparent electrode, heated to a temperature of 150-300 ° C, followed by annealing in vacuum for 2-20 minutes The disadvantage of this method is also the technological complexity associated with the relatively low resistivity of the zinc selenide layer.

Технологически более простой способ, позволяющий снизить себестоимость фоточувствительной структуры с сохранением ее высоких светотехнических параметров, известен из RU 2046456, 6 H01L 31/18, опубл. 20.10.2005. Способ включает стадии последовательного термического напыления слоя ZnSe и слоев CdTe толщиной 0,5-2,0 мкм и (ZnTe)1-y(In2Te3)y толщиной 1,0-5,0 мкм на стеклянную подложку с прозрачным электродом, нагретую до температуры 150-200°С с последующим отжигом в ваккуме при температуре 500-550°С в течение 2-20 мин, при этом слой ZnSe напыляют толщиной 0,05-0,10 мкм при плотности падающего потока 1015-1016 см-2 с-1.Technologically simpler method that allows to reduce the cost of the photosensitive structure while maintaining its high lighting parameters, is known from RU 2046456, 6 H01L 31/18, publ. 10/20/2005. The method includes the steps of sequential thermal spraying of a ZnSe layer and CdTe layers 0.5-2.0 μm thick and (ZnTe) 1-y (In 2 Te 3 ) y 1.0-5.0 μm thick on a glass substrate with a transparent electrode, heated to a temperature of 150-200 ° C, followed by annealing in vacuum at a temperature of 500-550 ° C for 2-20 minutes, while the ZnSe layer is sprayed with a thickness of 0.05-0.10 μm with an incident flux density of 10 15 -10 16 cm -2 s -1 .

Необходимо отметить, что для реализации вышеперечисленных способов используют соединения цинка, селена, кадмия, что не соответствует возросшим требованиям к экологии технологических процессов.It should be noted that for the implementation of the above methods use compounds of zinc, selenium, cadmium, which does not meet the increased requirements for the ecology of technological processes.

В отмеченном аспекте весьма перспективными являются технологии, использующие кремний и карбид кремния [Карбид кремния как материал современной оптоэлектроники и полупроводниковой техники, М., 1984].In this aspect, technologies using silicon and silicon carbide are very promising [Silicon carbide as a material of modern optoelectronics and semiconductor technology, M., 1984].

Известен способ получения гетероструктуры на основе монокристаллического кремния (US 6, 773,508, кл. С30В 25/04, С30В 25/04, опубл. 08.010.2004). Способ включает следующие стадии:A known method of producing a heterostructure based on single-crystal silicon (US 6, 773,508, class C30B 25/04, C30B 25/04, publ. 08.010.2004). The method includes the following steps:

- Размещение подложки из кремния в реакционной камере.- Placing the silicon substrate in the reaction chamber.

- Пропускание через реакционную камеру потока газообразной смеси, содержащей водород и углеводород.- Passing a gaseous mixture containing hydrogen and hydrocarbon through the reaction chamber.

- Нагрев реакционной камеры до 1200-1450°С.- Heating the reaction chamber to 1200-1450 ° C.

- Разложение углеводорода с осаждением пироуглерода на подложку, сопровождающимся образованием пленки SiC.- Decomposition of a hydrocarbon with the deposition of pyrocarbon on a substrate, accompanied by the formation of a SiC film.

- Контроль за образованием монокристаллического SiC.- Control over the formation of single-crystal SiC.

- Удаление избытка пироуглерода окислением его кислородом (С+О3=CO2) в следующих условиях:- Removing excess pyrocarbon by oxidizing it with oxygen (C + O 3 = CO 2 ) under the following conditions:

1. Вытеснение водорода потоком аргона.1. Displacement of hydrogen by a stream of argon.

2. Охлаждение подложки с SiC до 550°С.2. Cooling the substrate with SiC to 550 ° C.

3. Обработка потоком смеси газов аргона и кислорода.3. Processing by a stream of a mixture of argon and oxygen gases.

Способ обеспечивает получение гетероструктуры, характеризующейся низкой фоточувствительностью и высокой себестоимостью.The method provides a heterostructure characterized by low photosensitivity and high cost.

Ближайшим аналогом заявляемого изобретения является способ, раскрытый в статье Р.Shah, C.D.Fuller (1976). Proc. 12th IEEE Photovoltaic Specialists Conf., р.286, заключающийся в совместном нагреве подложки из монокристаллического кремния p-типа с порошкообразным слоем легированного фосфором оксида SiO2, намазанного на подложку, до температуры 950°С и выдержке при этой температуре в течение нескольких минут. В результате синтеза получается структура из монокристаллического кремния p-типа и фронтального слоя n-типа Si, содержащая p-n гетеропереход.The closest analogue of the claimed invention is the method disclosed in the article P. Shah, CDFuller (1976). Proc. 12 th IEEE Photovoltaic Specialists Conf., P.286, which consists in co-heating a p-type monocrystalline silicon substrate with a powder layer of phosphorus doped SiO 2 oxide coated on the substrate to a temperature of 950 ° C and holding at this temperature for several minutes . As a result of the synthesis, a structure of p-type single-crystal silicon and an n-type Si frontal layer containing a pn heterojunction is obtained.

Способ более технологичен и позволяет повысить интегральную фоточувствительность получаемой гетероструктуры.The method is more technological and can increase the integrated photosensitivity of the resulting heterostructure.

Необходимо отметить, однако, что гетероструктуры, полученные известным способом, обладают пониженной фоточувствительностью в коротковолновой части спектра (см. фиг.1 [А.Фаренбрух, Р.Бьюб. Солнечные элементы: Теория и эксперимент, Пер. с англ. под ред. М.М.Колтуна, М.: Энергоатомиздат, 1987, 280 с.]).It should be noted, however, that the heterostructures obtained in a known manner have reduced photosensitivity in the short-wave part of the spectrum (see Fig. 1 [A. Farenbruch, R. Boub. Solar cells: Theory and experiment, Transl. From English under the editorship of M .M. Koltuna, M .: Energoatomizdat, 1987, 280 p.]).

Задачей изобретения является создание способа, позволяющего получить гетероструктуру с высокой фоточувствительностью к коротковолновой части спектра.The objective of the invention is to provide a method that allows to obtain a heterostructure with high photosensitivity to the short-wave part of the spectrum.

Технический результат достигается тем, что в способе получения фоточувствительной структуры, содержащей подложку из монокристаллического кремния p-типа, фронтальный слой n-типа и p-n гетеропереход, включающем совместный нагрев подложки из монокристаллического кремния р-типа с нанесенным на нее целевым материалом и синтез фронтального слоя и гетероперехода упомянутой фоточувствительной структуры, в качестве целевого материала используют твердый, пористый углеродсодержащий материал, предварительно подвергнутый термообработке в контакте с кремнием при температуре 1100-1350°С в течение 10-20 минут, а упомянутый синтез осуществляют при температуре 1100-1250°С, при этом пористость углеродсодержащего материала не превышает 15% об.The technical result is achieved by the fact that in the method of obtaining a photosensitive structure containing a p-type single crystal silicon substrate, an n-type front layer and a pn heterojunction, including co-heating a p-type single crystal silicon substrate with the target material deposited on it and synthesis of the front layer and heterojunction of the aforementioned photosensitive structure, a solid, porous carbon-containing material preliminarily subjected to heat treatment in contact is used as the target material those with silicon at a temperature of 1100-1350 ° C for 10-20 minutes and said synthesis is carried out at a temperature of 1100-1250 ° C, the porosity of the carbonaceous material does not exceed about 15%.

Контакт углеродсодержащего материала и подложки из монокристаллического кремния p-типа достигается путем размещения углеродсодержащего материала на подложке. Плотное прилегание может быть достигнуто за счет обработки поверхности указанных элементов.The contact of the carbon-containing material and the p-type single crystal silicon substrate is achieved by placing the carbon-containing material on the substrate. Tight fit can be achieved by surface treatment of these elements.

Необходимо отметить, что наилучшие характеристики готовая структура демонстрирует в случаях, когда зазор между соприкасающимися поверхностями не превышает 8 мкм. Уменьшение плотности совмещения приводит к формированию структуры со свойствами, неоднородными по площади. Это связано с тем, что по всей плоскости поверхности подложки образуется карбид кремния только одного структурного политипа. Если плотного прижима углеродсодержащего материала к кремниевой подложке не будет, то, как правило, пленка карбида кремния будет состоять из разных политипов карбида кремния, таких как 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, которые образуют двойниковые кристаллические структуры, ухудшающие качество эпитаксиального слоя. Фоточувствительность такой структуры резко понижается из-за рассеяния носителей тока на границах двойников.It should be noted that the finished structure demonstrates the best characteristics in cases where the gap between the contacting surfaces does not exceed 8 microns. A decrease in the density of combination leads to the formation of a structure with properties that are inhomogeneous in area. This is due to the fact that silicon carbide of only one structural polytype is formed on the entire plane of the surface of the substrate. If the carbon-containing material is not pressed tightly against the silicon substrate, then, as a rule, the silicon carbide film will consist of different silicon carbide polytypes, such as 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, which form twin crystal structures that degrade the quality of epitaxial layer. The photosensitivity of such a structure decreases sharply due to scattering of current carriers at the boundaries of twins.

Сущность предлагаемого способа и обоснование выбранных параметров поясняется графическими материалами и примерами, представленными в таблице.The essence of the proposed method and the rationale for the selected parameters is illustrated in the graphic materials and examples presented in the table.

Для реализации способа на пластине из кремния марки (КБД-1-КБД-10), использование той или иной марки кремния (типа КБД) зависит от того, какой величины напряжение необходимо иметь на выходе фоточувствительного элемента, размещают пористый углеродсодержащий материал (например, искусственный мелкозернистый плотный графит марки МПГ-6 в виде цилиндра с полированным основанием, обеспечивающим плотное прилегание к поверхности кремния под действием веса цилиндра), далее сборку помещают в вакуумную печь или печь с инертным газом. Печь нагревают до температуры 1100-1350°С, при которой выдерживают сборку в течение 10-20 минут. Затем печь охлаждают. Углеродсодержащий материал отделяют от кремниевой пластины и переносят на поверхность новой пластины из монокристаллического кремния p-типа (КБД-1-КБД-10). Поверхность последней должна быть отполирована, протравлена и плотно совмещена с поверхностью углеродсодержащего материала, взаимодействовавшей на первой стадии процесса с пластиной кремния, как это описано выше.To implement the method on a plate made of silicon grade (KBD-1-KBD-10), the use of a particular grade of silicon (type CBD) depends on what magnitude the voltage must be at the output of the photosensitive element, a porous carbon-containing material is placed (for example, artificial fine-grained dense graphite MPG-6 brand in the form of a cylinder with a polished base, which provides a snug fit to the silicon surface under the influence of the weight of the cylinder), then the assembly is placed in a vacuum furnace or inert gas furnace. The furnace is heated to a temperature of 1100-1350 ° C, at which the assembly is maintained for 10-20 minutes. Then the furnace is cooled. The carbon-containing material is separated from the silicon wafer and transferred to the surface of a new p-type single crystal silicon wafer (KBD-1-KBD-10). The surface of the latter should be polished, etched and tightly aligned with the surface of the carbon-containing material that interacted at the first stage of the process with a silicon wafer, as described above.

Далее новую сборку помещают в вакуумную печь или печь с инертным газом. Печь нагревают до температуры 1100-1250°С. Уровень остаточных паров атмосферы поддерживают не ниже (1-10) Па. Температуру контролируют термопарами с точностью ±20°С. Печь выдерживают несколько минут при этой температуре, а затем охлаждают. В процессе отжига в области контакта кремния и углерода происходит их взаимодействие с образованием на поверхности кремниевой пластины и углеродсодержащего материала многослойной карбидсодержащей пленки сложного состава.Next, the new assembly is placed in a vacuum oven or inert gas furnace. The furnace is heated to a temperature of 1100-1250 ° C. The level of residual vapor of the atmosphere is maintained not lower than (1-10) Pa. The temperature is controlled by thermocouples with an accuracy of ± 20 ° C. The oven is held for several minutes at this temperature and then cooled. In the process of annealing in the contact area of silicon and carbon, they interact with the formation on the surface of the silicon wafer and the carbon-containing material of a multilayer carbide-containing film of complex composition.

В результате получается структура, содержащая подложку из монокристаллического кремния p-типа заданной кристаллографической ориентации, фронтальный слой n-типа и p-n гетеропереход. Фронтальный слой имеет сложный состав: несколько слоев SiC, разных политипов, пронизанных "ленточными" островками.The result is a structure containing a p-type monocrystalline silicon substrate of a given crystallographic orientation, an n-type front layer and a p-n heterojunction. The frontal layer has a complex composition: several SiC layers, of different polytypes penetrated by "ribbon" islands.

Изобретение иллюстрируется графическим материалом, где:The invention is illustrated in graphic material, where:

Фиг.2а в схематичной форме демонстрирует сложное строение фронтального слоя, который образован подслоями 1 и 2. Состав подслоев 1 и 2 получен на основе анализа картин образцов пленок, полученных на ТЭМ (туннельном электронном микроскопе). Образцы приготавливались следующим образом. Подложка кремния стравливалась в растворителе, не растворяющем пленку карбида кремния. Далее, с пленки карбида кремния последовательно стравливались слои карбида кремния при помощи облучения их ионами аргона. При этом каждый слой анализировался на ТЭМ. При этом снимались как электронно-микроскопические снимки (ув.×10000-30000 раз) каждого слоя, так и их микродифракционные картины. Это позволило доказать, что слой карбида кремния имеет сложную структуру. Слои, обладающие фотопроводящими свойствами, как показал анализ, состоят из трех слоев. Первый слой - это карбид кремния политипа 4H-SiC. Его покрывает слой карбида кремния политипа 3С-SiC. Оба слоя должны быть обязательно эпитаксиальными. В некоторых случаях их могут пронизывать хаотично расположенные ленточные островки, которые прорастают от подложки кремния. Их наличие необязательно, но они не ухудшают фоточувствительных свойств гетероперехода. Эта структура представлена на Фиг.2b.Fig. 2a shows in a schematic form the complex structure of the front layer, which is formed by sublayers 1 and 2. The composition of sublayers 1 and 2 was obtained based on the analysis of patterns of film samples obtained using TEM (tunneling electron microscope). Samples were prepared as follows. The silicon substrate was etched in a solvent that did not dissolve the silicon carbide film. Further, silicon carbide layers were sequentially etched from a silicon carbide film by irradiating them with argon ions. In addition, each layer was analyzed by TEM. At the same time, both electron-microscopic images (magn. × 10,000-30000 times) of each layer and their microdiffraction patterns were taken. This allowed us to prove that the silicon carbide layer has a complex structure. Layers with photoconductive properties, as shown by the analysis, consist of three layers. The first layer is silicon carbide polytype 4H-SiC. It is covered with a layer of silicon carbide polytype 3C-SiC. Both layers must be epitaxial. In some cases, randomly spaced ribbon islands can penetrate them, which grow from the silicon substrate. Their presence is optional, but they do not impair the photosensitive properties of the heterojunction. This structure is shown in FIG. 2b.

Фиг.3 демонстрирует типичные вольтамперные характеристики структур, свидетельствующие о наличии p-n перехода (кривые 1, 3 отсняты в темноте, а кривые 2, 4 при облучении структур со стороны фронтального слоя не сфокусированным светом от лампы накаливания мощностью 100 Вт, расположенной на расстоянии 20 см от поверхности).Figure 3 shows typical current-voltage characteristics of structures, indicating the presence of a pn junction (curves 1, 3 were taken in the dark, and curves 2, 4 when irradiating structures from the front layer side with unfocused light from a 100 W incandescent lamp located at a distance of 20 cm from the surface).

На фиг.4 представлена спектральная характеристика гетероструктуры, полученной в соответствии с заявляемым изобретением, свидетельствующая о повышенной фоточувствительности к коротковолновой части спектра. Указанная спектральная характеристика получена при комнатной температуре. Интегральную фоточувствительность гетероструктуры получали при облучении не сфокусированным светом от лампы накаливания мощностью 100 Вт, расположенной на расстоянии 20 см от поверхности. Для ее получения использовали набор цветных оптических стекол №804 и каталог цветных стекол (набор образцов №535). Интегральная характеристика фоточувствительности соответствует примерам 1, 2 Таблицы.Figure 4 presents the spectral characteristic of the heterostructure obtained in accordance with the claimed invention, indicating increased photosensitivity to the short-wave part of the spectrum. The indicated spectral characteristic was obtained at room temperature. The integrated photosensitivity of the heterostructure was obtained by irradiating unfocused light from a 100 W incandescent lamp located at a distance of 20 cm from the surface. To obtain it, we used a set of colored optical glasses No. 804 and a catalog of colored glasses (set of samples No. 535). The integrated photosensitivity characteristic corresponds to Examples 1, 2 of the Table.

Необходимо отметить, что гетероструктуры, в которых в качестве фронтального слоя используется слой SiC, получаемый известными способами (Silicon Carbide (Recent. Major Advances) Eds. W.J.Choyke, H.Matsunami, G.Pensl. Springer. 2003), не обладают в коротковолновой области спектра повышенной фоточувствительностью из-за низкого поглощения тонкопленочного фронтального слоя.It should be noted that heterostructures in which the SiC layer obtained by known methods (Silicon Carbide (Recent. Major Advances) Eds. WJ Choyke, H. Matsunami, G. Pensl. Springer. 2003) are not used in the short-wavelength layer as the front layer region of the spectrum with increased photosensitivity due to the low absorption of the thin-film front layer.

Гетероструктуры, полученные с использованием углеродсодержащего материала, предварительно не обработанного совместным отжигом с кремнием, как и гетероструктуры, полученные с использованием углеродсодержащего материала с пористостью выше 15% об., обладают низкой фоточувствительностью (примеры 3, 4, 5, 6 Таблицы).Heterostructures obtained using a carbon-containing material not previously treated by co-annealing with silicon, as well as heterostructures obtained using a carbon-containing material with porosity above 15% vol., Have low photosensitivity (Examples 3, 4, 5, 6 of the Table).

Гетероструктуры, синтезированные с использованием углеродсодержащего материала, предварительно обработанного совместным отжигом с кремнием, но при температурах выше 1350°С обладают низкой интегральной фоточувствительностью и практически линейной вольтамперной характеристикой (см. примеры 5, 6, 7, 8 Таблицы).Heterostructures synthesized using a carbon-containing material pretreated by co-annealing with silicon, but at temperatures above 1350 ° C, have low integrated photosensitivity and an almost linear current-voltage characteristic (see examples 5, 6, 7, 8 of the Table).

При температурах ниже 1100°С на поверхности кремния в процессе отжига пленка не образуется.At temperatures below 1100 ° C, a film does not form on the silicon surface during annealing.

На Фиг.5а, Фиг.5b и Фиг.5с для сравнения приведена электронная микрофотография, снятая методом ТЭМ, и схема строения фронтального слоя гетероструктуры, полученной без предварительного отжига углеродсодержащего материала с кремнием (подобная структура образуется и при температурах синтеза выше 1350°С как с предварительной обработкой, так и без предварительной обработки углеродсодержащего материала). Фиг.5 свидетельствуют об ухудшении кристаллических свойств пленки и упрощении строения фронтального слоя. Пленка в данном случае содержит большое количество поликристаллической фазы и состоит только из одного политипа карбида кремния 4H-SiC.Fig. 5a, Fig. 5b and Fig. 5c for comparison shows an electron micrograph taken by TEM and a diagram of the structure of the front layer of the heterostructure obtained without preliminary annealing of the carbon-containing material with silicon (a similar structure is also formed at synthesis temperatures above 1350 ° C as with pretreatment, and without pretreatment of carbon-containing material). Figure 5 indicate a deterioration in the crystalline properties of the film and a simplification of the structure of the front layer. The film in this case contains a large amount of polycrystalline phase and consists of only one polytype of silicon carbide 4H-SiC.

Подобными же свойствами обладают гетероструктуры, синтезированные с использованием углеродсодержащего материала оптимальной пористости, но отожженного более 20 минут (пример 9 Таблицы). Увеличение температуры синтеза гетероструктур уменьшает их интегральную фоточувствительность, увеличивает темновой ток и приводит к формированию фронтального слоя со структурой, демонстрируемой фиг.5 (пример 10 Таблицы).Heterostructures synthesized using a carbon-containing material of optimal porosity, but annealed for more than 20 minutes, possess similar properties (example 9 of the Table). An increase in the synthesis temperature of heterostructures reduces their integrated photosensitivity, increases the dark current, and leads to the formation of a frontal layer with the structure shown in Fig. 5 (Table 10, example).

Представленные сведения доказывают, что только при соблюдении предлагаемых условий процесса можно получить фоточувствительную гетероструктуру с повышенной чувствительностью в коротковолновой части спектра.The presented data prove that only if the proposed process conditions are observed, it is possible to obtain a photosensitive heterostructure with increased sensitivity in the short-wave part of the spectrum.

Свойства фоточувствительных гетероструктур, полученных при различных условиях синтезаProperties of photosensitive heterostructures obtained under various synthesis conditions No. Углеродосодержащий материалCarbon material Пористость углеродосодержащего материала, %The porosity of the carbon-containing material,% Температура отжига, углеродсодержащего материала, °СAnnealing temperature, carbon-containing material, ° С Время отжига углеродсодержащего материала, минAnnealing time of carbon-containing material, min Температура синтеза, °СSynthesis temperature, ° С Плотность тока короткого замыкания*, мкА/см2 Short circuit current density *, μA / cm 2 Спектральная характеристикаSpectral characteristic Вольтамперная характеристикаVolt-ampere characteristics Структура слояLayer structure 1one МПГ-6PGM-6 15fifteen 11001100 20twenty 12001200 25002500 Типа фиг.5Type 5 фиг.4, кривые 1, 2figure 4, curves 1, 2 типа фиг.3type of figure 3 22 МПГ-6PGM-6 1212 13501350 1010 12501250 30003000 Типа фиг.5Type 5 фиг.4, кривые 3, 4figure 4, curves 3, 4 типа фиг.3type of figure 3 33 МПГ-6PGM-6 1010 00 00 12001200 400400 -- типа фиг.4type of figure 4 типа фиг.6type 6 4four МПГ-6PGM-6 15fifteen 00 00 12501250 200200 -- типа фиг.4type of figure 4 типа фиг.6type 6 55 ГМ-3GM-3 2626 00 00 12501250 1010 типа фиг.4type of figure 4 типа фиг.6type 6 66 ГМ-3GM-3 2626 13501350 20twenty 12501250 200200 типа фиг.4type of figure 4 типа фиг.6type 6 77 МПГ-6PGM-6 14fourteen 14501450 15fifteen 12501250 0,10.1 -- линейнаяlinear типа фиг.6type 6 88 МПГ-6PGM-6 15fifteen 10001000 20twenty 13401340 0,150.15 -- линейнаяlinear типа фиг.6type 6 99 МПГ-6PGM-6 15fifteen 13001300 4040 12501250 0,50.5 -- линейнаяlinear типа фиг.6type 6 1010 МПГ-6PGM-6 1010 12501250 15fifteen 14001400 800800 -- типа фиг.4type of figure 4 типа фиг.6type 6 * ток короткого замыкания измерялся при облучении гетероструктуры со стороны фронтального слоя не сфокусированным светом от лампы накаливания мощностью 100 Вт, расположенной на расстоянии 20 см от гетероструктуры* The short circuit current was measured when the heterostructure was irradiated from the front layer with unfocused light from a 100 W incandescent lamp located at a distance of 20 cm from the heterostructure

Claims (2)

1. Способ получения фоточувствительной структуры, содержащей пластину из монокристаллического кремния p-типа, фронтальный слой n-типа и p-n гетеропереход, включающий совместный нагрев подложки из монокристаллического кремния p-типа с нанесенным на нее целевым материалом и синтез фронтального слоя и гетероперехода упомянутой фоточувствительной структуры, отличающийся тем, что в качестве целевого материала используют твердый, пористый углеродсодержащий материал, предварительно подвергнутый термообработке в контакте с кремнием при температуре 1100-1350°С в течение 10-20 мин, а упомянутый синтез осуществляют при температуре 1100-1250°С, при этом пористость углеродсодержащего материала не превышает 15 об.%, а зазор между углеродсодержащим материалом и пластиной монокристаллического кремния p-типа не превышает 8 мкм.1. A method of obtaining a photosensitive structure containing a p-type single crystal silicon wafer, an n-type front layer and a pn heterojunction, comprising co-heating a p-type single crystal silicon substrate with a target material deposited thereon and synthesizing a front layer and a heterojunction of said photosensitive structure characterized in that as the target material is used a solid, porous carbon-containing material, previously subjected to heat treatment in contact with silicon at a rate a temperature of 1100-1350 ° C for 10-20 min, and the aforementioned synthesis is carried out at a temperature of 1100-1250 ° C, while the porosity of the carbon-containing material does not exceed 15 vol.%, and the gap between the carbon-containing material and the p-type single-crystal silicon wafer is not exceeds 8 microns. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего материала используют искусственный мелкозернистый плотный графит марки МПГ-6.2. The method according to claim 1, characterized in that as the carbon-containing material using artificial fine-grained dense graphite grade MPG-6.
RU2006138205/28A 2006-10-31 2006-10-31 Method of obtaining photosensitive structure RU2330352C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006138205/28A RU2330352C1 (en) 2006-10-31 2006-10-31 Method of obtaining photosensitive structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006138205/28A RU2330352C1 (en) 2006-10-31 2006-10-31 Method of obtaining photosensitive structure

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006138205A RU2006138205A (en) 2008-05-10
RU2330352C1 true RU2330352C1 (en) 2008-07-27

Family

ID=39799555

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006138205/28A RU2330352C1 (en) 2006-10-31 2006-10-31 Method of obtaining photosensitive structure

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2330352C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2662254C1 (en) * 2017-06-13 2018-07-25 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный университет имени С.А. Есенина" Method of manufacture of semiconductor structure containing a p-n junction under porous silicon film for implementation of a photoelectric converter

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
P.Shah, C.D.Fuller, Proc. 12 th IEEE Photovoltaic Specialists Conf., 1976, p.286. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2662254C1 (en) * 2017-06-13 2018-07-25 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный университет имени С.А. Есенина" Method of manufacture of semiconductor structure containing a p-n junction under porous silicon film for implementation of a photoelectric converter

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006138205A (en) 2008-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4705079B2 (en) III-V / II-VI Semiconductor Interface Manufacturing Method
TWI246116B (en) Process for growing ZnSe Epitaxy layer on Si substrate and semiconductor structure thereby
Xu et al. New strategies for Ge-on-Si materials and devices using non-conventional hydride chemistries: the tetragermane case
KR20070011449A (en) Manufacture of cadmium mercury telluride
Rolls et al. Preparation and properties of lead-tin telluride photodiodes
KR102405011B1 (en) Method of manufacturing a res2 thin layer and method of manufacturing a photo detector using the same
Pain et al. Large‐area HgTe–CdTe superlattices and Hg1− x Cd x Te multilayers on GaAs and sapphire substrates grown by low‐temperature metalorganic chemical vapor deposition
Cammack et al. Low‐temperature growth of ZnSe by molecular beam epitaxy using cracked selenium
RU2330352C1 (en) Method of obtaining photosensitive structure
Takenoshita Liquid phase epitaxial growth and electrical characterization of CuInSe2
Grashchenko et al. Photoelectric characteristics of silicon carbide–silicon structures grown by the atomic substitution method in a silicon crystal lattice
Compagnini et al. Spectroscopic characterization of annealed Si1− xCx films synthesized by ion implantation
Ahmed et al. The influence of annealing processes on the structural, compositional and electro-optical properties of CuIn 0.75 Ga 0.25 Se 2 thin films
Dubey et al. Influence of substrate temperature and sulfurization on sputtered Cu 2 SnGe (S, Se) 3 thin films for solar cell application
Bhat et al. Highly uniform, large‐area HgCdTe layers on CdTe and CdTeSe substrates
Lloyd et al. Zinc Selenide Surface Passivation Layer for Single-Crystalline CZTSe Solar Cells
Sood et al. Electrical barriers and their elimination by tuning (Zn, Mg) O composition in Cu (In, Ga) S2: Systematic approach to achieve over 14% power conversion efficiency
Livingstone et al. Structural and transport properties of CdS films grown on Si substrates
Lee et al. Growth and carrier concentration control of Hg1− x Cd x Te heterostructures using isothermal vapor phase epitaxy and vapor phase epitaxy techniques
Kobyakov et al. Growth and characterization of Cd 1− x Mg x Te thin films for possible application in high-efficiency solar cells
Fitzgerald et al. A microbeam analysis study of heterojunctions formed with CuInS2 and CuInSe2
Bigbee-Hansen Cadmium Telluride: A Study on the Effects of Iodine Doping
TWI458106B (en) Structure and fabrication of copper indium gallium - selenide film with high carrier mobility
Uruno et al. The growth of AgGaTe 2 layer on Si substrate by two-step closed space sublimation and its application to solar cell fabrications
Luong et al. Optical Properties of Sb Doped Ge Films Deposited on Silicon Substrate by Molecular Beam Epitaxy