Властивості модифікованих вуглецевих плівок та фоточутливих структур з просвітлюючими та захисними шарами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національна академія наук України

Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова

УДК 539.216.2

Властивості модифікованих вуглецевих плівок та фоточутливих структур з просвітлюючими та захисними шарами

01.04.07 - фізика твердого тіла

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук

Лук'янов Анатолій Миколайович

Київ 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова Національної академії наук України.

Науковий керівник: Доктор фізико-математичних наук, професор Клюй Микола Іванович, Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є.Лашкарьова НАН України, в.о. зав. лабораторії нетрадиційних та відновлюваних джерел енергії.

Офіційні опоненти: Доктор фізико-математичних наук, професор Назаров Олексій Миколайович, провідний науковий співробітник відділу “Фізико-технічних проблем йонно-легованих напівпровідників та гетероструктур” Інституту фізики напівпровідників ім. В.Є.Лашкарьова НАН України;

доктор фізико-математичних наук, професор Скришевський Валерій Антонович, завідувач кафедри нанофізики конденсованих середовищ Інституту високих технологій Київського національного університету імені Тараса Шевченка.

Захист відбудеться «____» травня 2010 р. о _________ на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.199.01. в Інституті фізики напівпровідників ім. В.Є.Лашкарьова НАН України за адресою: проспект Науки, 41, Київ 03028.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституті фізики напівпровідників ім. В.Є.Лашкарьова НАН України (проспект Науки, 45, Київ 03028)

Автореферат розісланий «____» квітня 2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат фізико-математичних наук Охріменко О.Б.

плівка вуглецевий оптичний

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. За останнє десятиріччя значно підвищився інтерес до нетрадиційних та альтернативних джерел енергії. Вирішення проблеми ефективного перетворення енергії Сонця в електричну є одним з актуальних завдань. Серед існуючих методів перетворення сонячного випромінювання в електричну енергію (зокрема, термоелектричний, фотоелектрохімічний) вигідно вирізняється фотовольтаїчний метод, який використовує напівпровідникові сонячні елементи (СЕ). Кремнієві СЕ є найпоширенішими фотоелектричними приладами для наземного використання.

Одним з ефективних шляхів підвищення к.к.д. СЕ є нанесення на їх робочу сторону просвітлюючих покриттів. Це є особливо актуальним для СЕ, виготовлених на основі матеріалів, що мають великий показник заломлення в області максимуму сонячного спектру, зокрема для кремнію. Традиційні покриття, що використовуються для Si (SiO₂, Si₃N₄ та ін.) в якості просвітлюючих, мають свої недоліки: не задовольняють умову оптимального просвітлення; не володіють необхідними пасивуючими властивостями; наносяться при досить високих температурах; мають незадовільні механічні властивості. Перспективними просвітлюючими та захисними покриттями для Si є алмазоподібні вуглецеві (АПВ) плівки.

АПВ плівки, а також структури на їх основі, інтенсивно досліджуються останніми роками, що обумовлено їх перспективністю для покращення характеристик існуючих і розробки нових приладів сучасної опто- та мікроелектроніки. Перевагами АПВ плівок є їх висока міцність, хімічна та радіаційна стійкість, а також можливість їх використання в якості пасивуючих покриттів завдяки присутності водню в плівках. Можливість керування властивостями таких плівок і шарів варіацією технологічних умов отримання та подальшою модифікацією їх структури суттєво розширює області їх практичного застосування.

При створенні АПВ плівок методом плазмово-стимульованого осадження з газової фази зазвичай використовують метан, ацетилен або інші вуглеводні. Для розширення можливостей варіації властивостей АПВ плівок до робочої суміші додають різні домішки. Зокрема, використання азоту дає можливість змінювати твердість, адгезійні властивості, оптичні константи n і k, оптичну ширину забороненої зони, фотолюмінесцентні властивості АПВ плівок, співвідношення sp²/sp³ фаз вуглецю та ін.

Проте, недостатньо вивченим залишається питання впливу різних обробок на властивості отриманих АПВ плівок. Наприклад, при використанні АПВ плівок в якості просвітлюючих покриттів сонячних елементів невивченим є питання стабільності покриттів під впливом ультрафіолетової складової сонячного спектру.

Крім того, у випадку використання СЕ в умовах підвищеної радіації (зокрема, -опромінення) також важливим є питання радіаційної стійкості як СЕ, так і просвітлюючих покриттів. Це є важливим при експлуатації приладів з використанням сонячних елементів в космічному просторі.

Кремнієві сонячні елементи є фоточутливими в основному видимій та ближній інфрачервоній частині спектру Сонця. Структури на основі сполук А²Б⁶ є фоточутливими в інфрачервоному діапазоні, і для них суттєвими є такі ж самі питання підвищення ефективності перетворення світла та стабільності роботи. Проте, на відміну від кремнієвих сонячних елементів, на сполуках А²Б⁶ не вивчалась можливість їх просвітлення АПВ плівками, і, тим більше, питання стабільності нанесених покриттів.

Сказане визначає актуальність дослідження властивостей модифікованих фоточутливих структур на основі кремнію та сполук А²Б⁶ з просвітлюючими та захисними АПВ плівками як важливого напрямку сучасної фізики твердого тіла.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Задачі роботи і її зміст відповідають схваленим Президією НАН України планам наукових досліджень Інституту Фізики Напівпровідників ім. В.Є.Лашкарьова НАН України. Основні результати роботи отримані в рамках виконання наступних тем:

- держбюджетна тема “Електронно-емісійні властивості алмазоподібних та інших діелектричних плівок, їх застосування для цілей вакуумної наноелектронiки”. Договір від 27.09. 2004 р. №М/250-2004, згідно наказу МОНУ від 12.08.2004 р. №655. Держ. реєстр №0104U009572.

- держбюджетна тема “Наностуктуровані польові емісійні катоди для генерації ВЧ потужності”. Договір від 04.10.2005 р. №М/113-2005, згідно наказу МОНУ від 30.03.2005 р. №118.

- держбюджетна тема “Експериментальне дослідження впливу технологічних режимів отримання вуглецевих нанотрубок методом електронно-променевого нанесення на їх емісійні і люмінесцентні властивості”. В рамках проекту “Розробка люмінесцентних джерел світла та польових емісійних мікрокатодів на основі наноструктурованих вуглецевих плівок отриманих електронно-променевою технологією”. Договір від 27.06.2006 р. №44/Е5-2006. Розпорядження Президії НАН України від 26.06.2006 р. №428.

- держбюджетна тема “Дослідження фізичних механізмів фотоелектричних та фотохімічних явищ в напівпровідникових шаруватих та квантово-розмірних структурах”. Рішення Бюро ВФА НАНУ від 27.11.2002 р. №11. Держ. реєстр. №0103U000288.

- держбюджетна тема “Фотоелектричні, люмінесцентні, емісійні та поверхневі властивості нанорозмірних напівпровідникових структур” (2006-2010 рр, постанова Бюро ВФА НАНУ від 20.12.2005 р, протокол № 10, № держреєстрації 0106U000680).

- держбюджетна тема “Фізичні та фізико-технологічні аспекти створення і характеризації напівпровідникових матеріалів і функціонування структур сучасної електроніки” (2007-2011 рр, постанова Бюро ВФА НАНУ від 19.12.2006 р, протокол № 10, № держреєстрації 0107U002258).

- держбюджетна тема “Наноструктурні системи, наноматеріали та нанотехнології” (2007-2009 рр, постанова Президії НАНУ від 31.01.2007 р, протокол № 32, № держреєстрації 0107U007277).

- держбюджетна тема “Розробка нових принципів, методів і засобів одержання, дослідження і характеризації напівпровідникових матеріалів і структур, створення елементної бази перспективної напівпровідникової електронної техніки, в.т.ч. на основі нових фізичних явищ” (2009-2011 рр., постанова Бюро ВФА НАНУ від 23.09.2008 р, протокол № 6, № держреєстрації 0108U010880).

Метою даної роботи було визначення механізму впливу азоту та потужності ВЧ розряду на оптичні властивості АПВ плівок, отриманих методом плазмово-стимульованого осадження з газової фази; дослідження механізму змін властивостей АПВ плівок, легованих азотом, під дією ультрафіолетового та g-опромінення; дослідження просвітлюючих властивостей вуглецевих плівок, нанесених на поверхню фотоперетворювачів; визначення радіаційної стійкості кремнієвих сонячних елементів з нанесеними на них АПВ плівками при ультрафіолетовому та -опроміненні, а також виявлення фізичних механізмів таких змін.

Об'єктом дослідження виступали алмазоподібні вуглецеві плівки, та фоточутливі структури з захисними і просвітлюючими покриттями.

Предметом дослідження виступали оптичні властивості алмазоподібних вуглецевих плівок, оптичні та фотоелектричні властивості фоточутливих структур на основі Si та CdZnTe, механізми формування плівок та зміни їх характеристик та характеристик фоточутливих структур під дією ультрафіолетового та -опромінення.

Методи дослідження. Для оцінки розмірів графітових кластерів в плівках використовувся метод комбінаційного розсіяння світла (КРС). Проводилось вимірювання та аналіз спектрів оптичного пропускання АПВ плівок в видимому та ближньому ультрафіолетовому діапазонах. З даних з оптичного пропускання визначалася оптична ширина забороненої зони АПВ плівок. Оптичні константи плівок визначалися з використанням лазерного еліпсометра. Рельєф поверхні, товщина плівок визначалися методом профілометрії, атомно-силової мікроскопії, лазерної еліпсометрії. Метод Фур'є-спектроскопії застосовувався в ІЧ діапазоні для визначення пропускання досліджуваних структур. Параметри кремнієвих сонячних елементів (напруга холостого ходу U_хх, струм короткого замикання I_кз, фактор заповнення FF та к.к.д. ) визначались з вимірювання вольт-амперних характеристик.

Відповідно до поставленої мети в роботі вирішувалися такі наукові завдання:

1. Визначення механізму впливу кількості азоту в газовій суміші, з якої отримуються АПВ плівки, та потужності ВЧ розряду на оптичні властивості АПВ плівок, отриманих методом плазмово-стимульованого осадження з газової фази.

2. Визначення оптимальних умов просвітлення кремнієвих сонячних елементів АПВ плівками;

3. Вивчення просвітлюючих властивостей АПВ плівок, нанесених на фоточутливі підкладки Cd_xZn_1-xTe (x~0,04), в ІЧ діапазоні;

4. З'ясування механізму впливу ультрафіолетового та -опромінення на властивості АПВ плівок з різним вмістом азоту.

5. Визначення механізму впливу ультрафіолетового та -опромінення на властивості кремнієвих сонячних елементів з та без просвітлюючого покриття на основі АПВ плівок.

Наукова новизна одержаних результатів:

- Досліджено зв'язок оптичних параметрів модифікованих УФ та -опроміненням АПВ плівок, що містять азот, з вмістом азоту в них. Показано, що під впливом УФ опромінення відбувається збільшення співвідношення sp³/sp² фаз вуглецю, з реструктуризацією зв'язків вуглецю з азотом, воднем, киснем повітря. Під дією -опромінення відбувається вивільнення водню з АПВ плівок, зменшення співвідношення sp³/sp² фаз вуглецю. Збільшення кількості азоту в складі АПВ плівок зменшує вплив УФ та опромінення на структурні зміни плівок.

- Вперше показано, що сонячні елементи з просвітлюючими та захисними АПВ плівками є більш стійкими до дії -опромінення порівняно з незахищеними сонячними елементами. Після опромінення малими дозами (10⁵ рад) спостерігається “ефект малих доз”, тобто, покращення характеристик сонячних елементів;

- Вперше запропоновано для просвітлення ІЧ фотодетекторів на основі монокристалів Cd_1-хZn_хTe (x ~ 0,04) використовувати АПВ плівки. Показано, що структури Cd_1-хZn_хTe/АПВ плівка є стійкими до дії ультразвукової обробки та термоциклювання;

- Запропоновано механізм утворення 3-шарової оптичної системи на підкладинці Cd_1-хZn_хTe (x ~ 0,04), яка формується під час плазмово-стимульованого осадження з газової фази АПВ плівки.

Практична цінність роботи полягає в тому, що:

- оптимізовано режими отримання АПВ плівок з різним вмістом азоту методом плазмово-стимульованого осадження з газової фази, що дозволяє отримувати плівки з потрібними властивостями;

- показано, що при використанні АПВ плівок в якості покриттів сонячних елементів вони виконують подвійну функцію - просвітлюючу та захисну, що зменшує деградацію СЕ під дією -радіації і збільшує термін їх роботи;

- попередня обробка в плазмі перед нанесенням просвітлюючої АПВ плівки методом плазмово-стимульованого осадження на підкладинку CdZnTe дозволяє змінювати товщину оптичної системи з використанням АПВ плівки за рахунок утворення перехідних шарів між плівкою та об'ємним CdZnTe;

- показано, що АПВ плівки є джерелом водню, який поступово вивільнюється з плівок під час опромінення УФ або -променями, що дозволяє використовувати їх для підвищення радіаційної стійкості напівпровідникових структур за рахунок пасивації дефектів воднем.

Особистий внесок здобувача. Автор виконував модернізацію та налагодження установки для плазмово-стимульованого осадження АПВ плівок [1], особисто отримував зразки АПВ плівок на кремнієвих і скляних підкладках [1, 2, 6], просвітлюючі шари АПВ плівок на кремнієвих сонячних елементах [4] та підкладках Cd_1-xZn_xTe [5], виконував експерименти по опроміненню ультрафіолетовим світлом [6], виконував теоретичні розрахунки [3], аналіз експериментальних даних [1-8], приймав участь в обговоренні отриманих результатів, в написанні статей.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати дисертації доповідалися на XІІ міжнародній конференції “Фізика і технологія тонких плівок та наносистем” (Івано-Франківськ, 2009), 9 міжнародній конференції молодих науковців “Optics &Hith Technology Material Science SPO 2008” (Київ, 2008), Конференції молодих вчених “Лашкарьовські читання-2008” (Київ, 2008), ІІІ науково-технічній конференції з міжнародною участю “Матеріали електронної техніки та сучасні інформаційні технології” (Кременчук, 2008), 22nd European Photovoltaic Solar Energy Conference (Milano, , 2007), XІ міжнародній конференції “Фізика і технологія тонких плівок” (Івано-Франківськ, 2007), ІІ науково-технічній конференції з міжнародною участю “Матеріали електронної техніки та сучасні інформаційні технології” (Кременчук, 2006), X міжнародній конференції “Фізика і технологія тонких плівок” (Івано-Франківськ, 2005), 20 General Conference Condensed Matter Division EPS (Prague, 2004), Міжнародній конференції “Фотоэлектрические явления в полупроводниках - 2004” (Ташкент, 2004)

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 20 робіт, в тому числі 8 робіт в провідних фахових журналах, 12 - в матеріалах конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, 5 розділів, висновків з загальною кількістю сторінок 130, містить 56 рисунки, 14 таблиць, 129 літературних джерел.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі наведено загальну характеристику наукової роботи, обґрунтовано актуальність та необхідність проведення досліджень, сформульовано мету роботи, показано новизну отриманих результатів та їх практичне значення, відзначено особистий внесок здобувача.

В першому розділі проведено аналіз літературних даних по основним властивостям вуглецевих плівок - структури, залежностей оптичних констант n та k від хімічного складу, а саме, від кількості азоту, проаналізовано вплив високоенергетичних квантів, зокрема, ультрафіолетового, рентгенівського та -опромінення на властивості АПВ плівок a-C:H. Проаналізовано використання вуглецевих плівок в якості просвітлюючих покриттів для фотоперетворюючих систем та вплив на фотоперетеворюючі прилади радіаційного опромінення. Особливу увагу приділено впливу азоту при додаванні його в склад робочої суміші під час осадження вуглецевих плівок методом плазмовостимульованого осадження з газової фази на властивості плівок. Показано, що недостатньо вивченим залишається вплив ультрафіолетового та зовсім не вивченим вплив - опромінення на властивості АПВ плівок, що містять азот, та кремнієвих сонячних елементів з просвітлюючими та захисними шарами на основі АПВ плівок. При цьому, просвітлюючі властивості АПВ плівок в ІЧ діапазоні, а саме, в якості просвітлюючих шарів ІЧ фотодетекторів на основі Cd_1-xZn_xTe, все ще залишаються малодослідженими. Це потребує подальших наукових пошуків.

Другий розділ присвячений опису методів отримання, модифікації та дослідження АПВ плівок, що містять азот, та фоточутливих структур на основі Si та Cd_1-xZn_xTe з нанесеними на їх поверхню АПВ плівками. Проведено аналіз умов, які впливають на формування АПВ плівок при їх осадженні методом плазмово-стимульованого осадження з газової фази. Описано модернізовану установку плазмово-стимульованого осадження з газової фази вуглецевих плівок та показано, що швидкості осадження і товщини АПВ плівок по пластині діаметром 100 мм мають розкид, що не перевищує 5%. Крім того, результати аналізу поверхні плівок методом атомно-силової мікроскопії показали, що шорсткість плівок не перевищує 2 нм.

В розділі наведено опис методу плазмово-стимульованого осадження АПВ плівок з газової фази, опис методу електронно-променевого розпилення графітової мішені в вакуумі для отримання вуглецевих наноструктурованих плівок, методику створення досліджуваних фотоперетворюючих систем з використанням покриттів на основі АПВ плівок, експериментальні методики дослідження оптичних і фотоелектричних властивостей плівок та зразків сонячних елементів (СЕ) та інфрачервоних датчиків.

Модифікація досліджуваних зразків АПВ плівок та СЕ з та без просвітлюючих шарів АПВ плівок проводилась шляхом опромінення:

- ультрафіолетовим світлом від лампи ДРШ-250 протягом 2 годин в режимі несфокусованого (густина потоку світла ~1 кВт/м²) та сфокусованого (~350 кВт/м²) випромінювання;

- -променями дозами 10⁵10⁸ рад від джерела ⁶⁰Co.

При дослідженні просвітлюючих властивостей АПВ плівок, нанесених на Cd_1-xZn_xTe, проводилась модифікація структур шляхом ультразвукової обробки та термоциклювання.

В третьому розділі розглянуто механізми впливу потужності ВЧ розряду та кількості азоту в складі робочої газової суміші на властивості АПВ плівок. Визначено властивості вихідних зразків АПВ плівок, що піддавались модифікації та використовувалися в якості просвітлюючих покриттів для фоточутливих структур.

Показано, що при зміні умов осадження, а саме, потужності розряду та вмісту азоту в газовій суміші, можна отримувати АПВ плівки з оптичною шириною забороненої зони E_opt від 1,1 до 3,2 еВ. Використання більшої потужності ВЧ розряду під час осадження плівок призводить до формування АПВ плівок з меншими значеннями оптичної ширини забороненої зони, що зумовлено розупорядковуючою дією іонів плазми з більшою енергією, які бомбардують плівку під час її осадження. В той же час, збільшення потужності ВЧ розряду сприяє збільшенню швидкості росту плівок завдяки кращій активації молекул метану в плазмі.

Проведено теоретичний аналіз умов просвітлення кремнієвих сонячних елементів АПВ плівками. В основу аналізу покладено умови максимізації густини струму короткого замикання J_кз:

де q - заряд електрона, _min і _max - верхня і нижня границі довжин хвиль, F() - спектральна інтенсивність сонячного випромінювання, T() - коефіцієнт пропускання просвітлюючого покриття, і Q() - квантовий вихід сонячного елемента. На основі теоретичного аналізу запропоновано умови оптимального просвітлення сонячних елементів АПВ плівками і оптимальні фізичні параметри АПВ плівок.

Проведено осадження просвітлюючих покриттів на основі АПВ плівок, вирощених з газової суміші з 20% азоту, на монокристалічні та мультикристалічні кремнієві СЕ, визначено їх фотовольтаїчні характеристики, з яких випливає, що к.к.д. СЕ збільшується завдяки таким шарам в 1,21,35 разів в залежності від якості вихідного СЕ (рис. 1).

Досліджено просвітлюючі властивості АПВ плівок, нанесених на монокристали Cd_1-хZn_хTe (x~0,04) методом плазмово-стимульованого осадження з газової фази. АПВ плівки осаджувались по технології, відпрацьованій при осадженні плівок на кремнієві підкладки. Тому, перед осадженням АПВ плівки підкладки Cd_1-хZn_хTe проходили обробку в плазмі водню з метою пасивації та очищення поверхні.

За даними Фур'є-спектроскопії область максимального просвітлення знаходилась у короткохвильовому діапазоні (36) мкм (рис. 2). На основі даних еліпсометрії було запропоновано модель 3-шарової оптичної системи, в рамках якої встановлено утворення двох проміжних шарів між АПВ плівкою та підкладинкою під час осадження АПВ плівки. Було запропоновано механізм утворення таких проміжних шарів завдяки розупорядковуючій дії іонів плазми під час попередньої плазмової обробки підкладок Cd_1-хZn_хTe. Для підтвердження цього припущення було осаджено АПВ плівку з попередньою обробкою в плазмі водню, азоту та аргону. В результаті таких обробок підвищення пропускання найбільшим було у зразка з попередньою обробкою в плазмі Ar⁺. Оскільки аргон найбільш важкий серед перелічених елементів, то його іони при обробці підкладинки плазмою утворюють найбільш розупорядкований приповерхневий шар з відмінними від об'ємного Cd_1-хZn_хTe оптичними сталими, що призводить до утворення оптичної системи з найкращими просвітлюючими параметрами, і підтверджує запропонований механізм.

Також було встановлено, що оптичні параметри АПВ покриттів, нанесених на підкладки Cd_1-хZn_хTe, стійкі до дії термоциклювання (100 циклів) від температури рідкого азоту (77 К) до кімнатної (300 К) і ультразвукової обробки (7,5 МГц, 60 хв), а їхня якість залежить від вихідного стану поверхні напівпровідникової підкладки.

В четвертому розділі представлено результати дослідження впливу обробок ультрафіолетовим та -опроміненням на властивості АПВ плівок, зокрема, на їх оптичні характеристики.

Опроміненню УФ світлом потужністю 1 кВт/м² та 350 кВт/м² (концентроване світло) піддавалися АПВ плівки, вирощені з газових сумішей, що містили 20, 30 або 45% азоту. Отримано залежності значення оптичної ширини забороненої зони E_опт АПВ плівок від кількості азоту в газовій суміші, до та після УФ опромінення, з яких випливає, що опромінення УФ світлом приводить до значного збільшення E_опт (рис. 3). При цьому, опромінення концентрованим УФ світлом плівок, вирощених з газових сумішей з великим вмістом азоту (30% та 45%), дає збільшення оптичної ширини забороненої зони дещо менше, ніж при опроміненні неконцентрованим УФ світлом, що можна пояснити додатковим тепловим впливом концентрованого світла.

З аналізу отриманих даних по ІЧ поглинанню АПВ плівок до та після УФ опромінення (рис. 4) випливає, що УФ опромінення спричиняє: збільшення поглинання на зв'язках sp³CH (2900ч2950 см^-1), що свідчить про утворення нових зв'язків вуглецю з воднем у алмазній фазі; збільшення поглинання в смузі (1090ч1110) см^-1, що характеризує кількість зв'язків CO, тобто, відбувається збільшення кількості кисню в плівці; значне зменшення поглинання в смузі частот (1600ч2000) см^-1, що відповідає зменшенню кількості ароматичних зв'язків з sp² гібридизованими атомами вуглецю.

Окремо слід зазначити, що кількість зв'язків NH зменшується, в той час як кількість зв'язків CH зростає - це видно при порівнянні смуг поглинання (3000ч3500) см^-1 та (2850ч3000) см ^-1, відповідно.

Рис. 3 Залежності оптичної ширини забороненої зони від вмісту азоту в робочій суміші газів: 1 - вихідні зразки АПВ плівок; 2 - зразки АПВ плівок; опромінені ультрафіолетовим світлом впродовж 2х годин; 3 - зразки АПВ плівок; опромінені концентрованим ультрафіолетовим світлом впродовж 2 годин.

Аналіз спектрів комбінаційного розсіяння світла АПВ плівок показав, що відбувається збільшення в 2 рази співвідношення I_D/I_G характерних піків D (1380 см^-1) і G (1540 см^-1), що свідчить про зменшення розмірів графітових кластерів в складі АПВ плівок і підтверджує дані ІЧ поглинання.

Запропонований механізм дії УФ світла на оптичні властивості АПВ плівок a-C:H:N враховує, що під час опромінення УФ світлом активується кисень повітря, який вбудовується в плівку, що приводить до появи нових зв'язків з атомами кисню. При цьому, енергії квантів УФ світла достатньо для розриву зв'язків атомів водню з азотом, що призводить до зменшення кількості водню в плівці. В той же час, частина водню формує зв'язки типу sp³CH. Опромінення УФ світлом спричиняє зменшення кількості зв'язків водню з азотом, збільшення кількості sp³ гібридизованих атомів вуглецю та появу нових зв'язків атомів вуглецю та азоту між собою (зокрема, збільшення кількості зв'язків C-C, C-N) та атомами кисню.

-опроміненню дозою 10⁶ рад піддавалися АПВ плівки, вирощені з газових сумішей, що містили 20, 30 або 45% азоту. Оптичне пропускання АПВ плівок після -опромінення зменшується тим більше, чим менше азоту було у газовій суміші, отже, в плівці при цьому також зменшується оптична ширина забороненої зони E_опт.

Аналіз спектрів КРС плівки, вирощеної з газової суміші з 20% азоту, до та після -опромінення показав, що співвідношення піків I_D/I_G зменшується, що свідчить про збільшення розмірів графітових кластерів.

Запропонований механізм змін властивостей АПВ плівок під дією -опромінення полягає в тому, що -кванти викликають розрив зв'язків водню, азоту та sp² гібридизованого вуглецю. Азот виконує роль пасивуючого елемента, заповнюючи вільні зв'язки замість водню. Під дією опромінення у складі sp³ матриці плівок, вирощених з газової суміші з малою кількістю азоту, відбувається графітизація (sp² гібридизація) атомів, збільшення розмірів графітових кластерів з реструктуризацією зв'язків sp³CH, вивільнення водню та утворення зв'язків з менш рухливим азотом. Даний механізм підтверджується даними КРС (збільшення розмірів графітових кластерів) ті ІЧ спектроскопії (зміни ІЧ поглинання в діапазонах частот 2800ч3000 см^-1, 13001800 см^-1). Малі зміни в ІЧ спектрах на частотах, що відповідають зв'язкам з азотом (частоти в діапазоні 1500ч1700 см^-1) підтверджують думку, що азот під дією високоенергетичних квантів не вивільнюється з плівок, а залучається до структурних змін.

В той же час, збільшення кількості азоту в газовій суміші, з якої вирощуються плівки, а, отже, і в складі плівок, сприяє більшій стійкості до впливу -опромінення - під дією -квантів відбувається розрив зв'язків в першу чергу азоту з воднем, в той час як sp³ матриця залишається майже незмінною.

Слід зауважити, що водень, що вивільнюється під час опромінення з АПВ плівок, може пасивувати обірвані зв'язки в опроміненій кремнієвій підкладинці, про що свідчить збільшення поглинання зв'язків Si-H 668 см^-1, яке підтверджує часткову дифузію водню в підкладку.

В п'ятому розділі наведено результати дослідження впливу УФ та -опромінення на властивості кремнієвих сонячних елементів з і без просвітлюючого покриття на основі АПВ плівок. З вольт-амперних характеристик сонячних елементів визначалися к.к.д. , струм короткого замикання I_кз, напруга холостого ходу U_хх та фактор заповнення FF.

Показано, що під дією -опромінення при збільшенні дози відбувається поступове зменшення струму короткого замикання I_кз, напруги холостого ходу U_хх і, в результаті, к.к.д. в залежності від дози опромінення (рис. 5). Проте, при дозах -опромінення D=10⁵ рад фотоелектричні характеристики сонячних елементів з просвітлюючим покриттям не зменшуються, а при збільшенні дози до 10⁸ рад деградація сонячних елементів з АПВ покриттям менша порівняно з непросвітленими таким способом сонячними елементами.

В досліджених зразках кремнієвих сонячних елементів після опромінення відбуваються процеси, характерні для опроміненого кремнію. При збільшенні дози опромінення йдуть процеси утворення радіаційних дефектів - асоціацій міжвузельний атом С_і - кисень. Ці асоціації утворюють рекомбінаційно-активні К-центри з енергією Е = Е_v + 0,35 еВ. Внаслідок зростання концентрації К-центрів довжина дифузії неосновних носіїв заряду в базовій області СЕ зменшується (рис. 6), що призводить до деградації J_кз і V_хх. Рекомбінаційні К-центри утворюються однорідно по об'єму кристала, про що свідчить швидша деградація J_кз порівняно з V_хх, оскільки фотострум J_кз головним чином визначається рекомбінаційними параметрами об'єму, а V_рк - параметрами приповерхневої області СЕ.

Для СЕ на основі мульти-Si при дозах D ? 10⁶ рад має місце ефект гетерування дефектів, що утворюються при опроміненні -квантами, на границі зерен, які виступають в якості стоків для радіаційних дефектів.

Термообробка опромінених сонячних елементів при Т = 400С призводить до практично повного відпалу К-центрів і до відновлення фотоенергетичних параметрів і довжини дифузії до початкових, або навіть вищих за вихідні, значень для СЕ на основі монокристалічного Si.

Більша радіаційна стійкість СЕ, покритих АПВ плівками, для зразків обох типів в усьому дослідженому діапазоні доз обумовлена наступними причинами. АПВ плівки містять велику кількість водню (до десятків ат.%), які переважно утворюють зв'язки з атомами вуглецю. Під дією жорсткого -опромінення ці зв'язки частково розриваються. Вивільнений водень дифундуючи в глибину СЕ, пасивує обірвані зв'язки, які є рекомбінаційно активними центрами, що підтверджується результатами вимірювання спектрів ІЧ пропускання (розділ 4). В результаті процес деградації параметрів СЕ сповільнюється.

На цьому етапі дослідження встановлено, що після дії ультрафіолетового опромінення потужністю 1 кВт/м² на сонячні елементи з просвітлюючими шарами на основі АПВ плівок впродовж 5 год суттєвих змін основних фотоелектричних характеристик СЕ не відбувається. Причиною цього є те, що вихідне просвітлююче покриття на основі АПВ плівки максимально підвищує к.к.д. СЕ, а під дією УФ світла АПВ плівки не погіршують своїх оптичних властивостей, тому опромінений СЕ з просвітлюючим АПВ покриттям також не погіршує своїх характеристик.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ

1. Досліджено вплив основних параметрів технологічного процесу осадження АПВ (потужності розряду та вмісту азоту в плазмі) на їх оптичні властивості. Показано, що:

а) зменшення E_опт при збільшенні потужності обумовлено збільшенням енергії іонів, що бомбардують та розупорядковують плівку, а збільшення швидкості росту - кращою активацією молекул метану в плазмі;

б) збільшення вмісту азоту в плазмі призводить до збільшення E_опт, що обумовлено релаксацією механічних напружень в плівці і збільшенням в ній вмісту sp³ координованих зв'язків.

2. Запропоновано механізм впливу УФ опромінення на оптичні параметри алмазоподібних вуглецевих плівок з вмістом азоту. Опромінення УФ світлом алмазоподібних вуглецевих плівок приводить до значного збільшення оптичної ширини забороненої зони - з 1,8ч2,8 еВ до 3,2ч3,5 еВ, збільшення оптичного пропускання у видимому та УФ діапазоні внаслідок реструктуризації плівки зі зменшенням розмірів графітових кластерів у складі алмазоподібних плівок, збільшенням кількості sp³ гібридизованих атомів вуглецю, утворенням зв'язків з азотом у складі плівки.

3. Показано, що фізичною причиною деградації оптичних властивостей АПВ плівок з вмістом азоту a-C:H:N під дією -опромінення є те, що під дією -квантів відбувається розрив зв'язків складових плівки з подальшою реструктуризацією, яка полягає в частковому вивільненні водню зі складу плівки, азот при цьому виконує роль пасивуючого елемента, заповнюючи вільні зв'язки замість водню. Під дією опромінення відбувається часткова графітизація плівки, збільшення розмірів графітових кластерів з перебудовою зв'язків CH та утворення зв'язків з азотом. При цьому, збільшення кількості азоту в складі плівок сприяє більшій стійкості до впливу -опромінення.

4. Визначено умови найкращого просвітлення кремнієвих СЕ шаром АПВ плівки. Отримано значення оптимальних товщин просвітлюючих шарів на основі АПВ плівок, які складають 75 нм для АПВ плівок, вирощених з газової суміші з 20% азоту, та 100 нм для АПВ плівок, вирощених з газової суміші з 45% азоту.

5. Показано, що сонячні елементи з просвітлюючими АПВ плівками є більш стійкими до дії -опромінення. Показано, що при опроміненні малими дозами (до 10⁵ рад) спостерігається “ефект малих доз” - покращення фотоелектричних характеристик СЕ. Механізм радіаційної стійкості СЕ на основі кремнію (моно- та мультикриталітного) вкритих АПВ плівками полягає в пасивації новоутворених дефектів у кремнії воднем, що вивільнюється з плівки та дифундує в кремній під дією -опромінення. Крім того, радіаційна стійкість СЕ на основі мульти-Si до дії -опромінення з дозами < 10⁶ рад є вищою, ніж у СЕ на основі моно-Si, завдяки ефекту гетерування рекомбінаційно-активних дефектів і домішок границями зерен.

6. Досліджено просвітлюючі властивості АПВ плівок, нанесених на стандартні підкладки для ІЧ фотодетекторів на основі CdZnTe. Нанесення АПВ плівки на монокристали Cd_1-хZn_хTe (x ~ 0,04) дозволяє збільшити пропускання з 55% до 80% в діапазоні 35 мкм. В процесі плазмово-стимульованого осадження діелектричного покриття на напівпровідникову підкладку утворюється складна оптична система із перехідними шарами, які формуються при плазмовій обробці під час осадження плівки. АПВ плівка, що входить до такої структури стійка до дії ультразвукової обробки та термоциклювання.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНО В РОБОТАХ

1. Клюй М.І. Особливості технології фотостимульованого осадження тонких алмазоподібних вуглецевих плівок / М.І.Клюй, А.М.Лук'янов, В.Д.Осовский, В.П.Темченко, О.В.Гоменюк, Р.М.Мотренко // Фізика і хімія твердого тіла. - 2006. - Т. 7, №1. - С.67 -71.

2. Клюй М.І. Оптичні та механічні властивості алмазоподібних вуглецевих плівок, легованих азотом / М.І. Клюй, В.Г. Литовченко, Лук'янов А.М., Л.В. Неселевская, В.Д.Осовський, О.В.Ярощук, Л.А.Долгов // Український фізичний журнал. - 2006. - Т.51, №7. - С. 710-714.

3. Евтух А.А. Эмиссионные характеристики углеродных структур, полученных методом электронно-лучевого испарения графита / А.А.Евтух, Н.И. Клюй, В.Г. Литовченко, А.Н. Лукьянов, Б.О. Мовчан, Ю.П. Пирятинский // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. - 2006. - Вып. № 41. - С.100-107.

4. Клюй Н.И. Влияние условий осаждения на просветляющие свойства алмазоподобных углеродных пленок для солнечных элементов на основе кремния / Н.И. Клюй, В.Г. Литовченко, А.Н. Лукьянов, Л.В. Неселевская, А.В. Сариков, В.Г. Дыскин, У.Х. Газиев, З.С. Сеттарова, М. Н. Турсунов // Журнал технической физики. - 2006. - Т. 76, Вып. 5. - С. 122 - 126.

5. Клюй М.І. Вплив -опромінення на параметри кремнієвих сонячних елементів / М.І.Клюй, В.П.Костильов, В.Г.Литовченко, А.М.Лук'янов, В.В.Черненко, В.І.Хіврич // Український фізичний журнал. - 2007. - Т.52, №3. - С.245-250.

6. Сизов Ф.Ф. Просветляющие свойства алмазоподобных углеродных пленок, нанесенных на монокристаллы Cd_1-xZn_xTe (x~0,04) / Ф.Ф.Сизов, Н.И.Клюй, А.Н.Лукьянов, Р.К.Савкина, А.Б.Смирнов, А.З.Евменова // Письма в Журнал технической физики. - 2008. - Т. 34, Вып. 9. - С. 32 -40.

7. Klyui N.I. Optical properties of diamond-like carbon films subjected to ultraviolet irradiation / N.I. Klyui, V.G. Litovchenko, A.N. Lukyanov, A.N. Klyui //Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. - 2008. - V. 11, No. 4. - P. 396-399.

8. Evtukh A.A. Emission Properties of Structured Carbon Films / A.A.Evtukh, N.I. Klyui, L.A. Krushinskaya, Yu.A. Kurapov, V.G. Litovchenko, A.N. Lukyanov, B.O.Movchan, N.A. Semenenko // Ukrainian journal of physics. - 2008. - V.53, No. 2. - P.177-184.

9. Н.И. Клюй. Эффективные просветляющие покрытия для солнечных фотоэлементов на основе алмазоподобных пленках углерода / У.Х. Газиев, В.Г. Дыскин, З.С. Сеттарова, М.У. Джанклыч, Н.И. Клюй., В.Г. Литовченко, Л.В. Неселевская, А.Н. Лукьянов, А.В. Сариков // Міжнародна конференція [«Фотоэлектрические явления в полупроводниках - 2004»], 20-21 квітня 2004 р.: тези допов. - Ташкент, 2004. - С.29.

10. A.N. Lukyanov. Effective antireflecting diamond-like carbon coatings for Si-solar Cells / N.I. Klyui, V.G. Litovchenko, A.N. Lukyanov // 20th General Conference Condensed Matter Division EPS, July 19-23, 2004.: Book of abstracts. - Prague, 2004. - P.122.

11. М.І. Клюй. Особливості технології фотостимульованого осадження тонких алмазоподібних вуглецевих плівок / М.І. Клюй, А.М. Лук'янов, В.Д. Осовский, В.П. Темченко, О.В. Гоменюк, Р.М. Мотренко // X міжнародна конференція [«Фізика і технологія тонких плівок»], 16-21 травня 2005р.: тези допов. - Івано-Франківськ, 2005. - Т.1, С.198-199.

12. М.І. Клюй. Оптичні та механічні властивості алмазоподібних вуглецевих плівок, легованих азотом / М.І. Клюй, В.Г.Литовченко, А.М. Лук'янов, Л.В.Неселевська, В.Д. Осовский, О.В. Ярощук, Л.А. Долгов // X міжнародна конференція [«Фізика і технологія тонких плівок»], 16-21 травня 2005р.: тези допов. - Івано-Франківськ, 2005. - Т.1, С.254.

13. А.М. Лук'янов. Вплив ультрафіолетового опромінення на оптичні властивості алмазоподібних вуглецевих плівок / М.І. Клюй, В.Г.Литовченко, А.М. Лук'янов, Л.В.Неселевська, Ю.П. Пирятинський // ІІ науково-технічна конференція з міжнародною участю [“Матеріали електронної техніки та сучасні інформаційні технології”], 17-19 травня 2006 р.: тези допов. - Кременчук, 2006. - С.77.

14. М.І.Клюй. Вплив тонких алмазоподібних вуглецевих плівок на радіаційну стійкість сонячних елементів на основі кремнію / М.І.Клюй, В.П.Костильов, В.Г.Литовченко, А.М.Лук'янов, В.В.Черненко, В.І.Хіврич // XІ міжнародна конференція [«Фізика і технологія тонких плівок»], 7-12 травня 2007 р.: тези допов. - Івано-Франківськ, 2007. - Т.1, С. 181.

15. А.Б. Смирнов. Влияние просветляющих алмазоподобных углеродных пленок на оптические свойства структур на основе Cd_1-хZn_хTe (x ~ 0,04) / Ф.Ф. Сизов, Н.И. Клюй, А.Н. Лукьянов, Р.К. Савкина, А.Б. Смирнов // ІІІ науково-технічна конференція з міжнародною участю [“Матеріали електронної техніки та сучасні інформаційні технології”], 21-23 травня 2008 р.: тези допов. - Кременчук, 2008. - С.53-54.

16. А.М.Лук'янов. Просвітлюючі властивості алмазоподібних вуглецевих плівок, нанесених на монокристали Cd_1-хZn_хTe (x ~ 0,04) // Конференція молодих вчених з фізики напівпровідників [“Лашкарьовські читання-2008”], 21-23 квітня 2008 р.: збірник тез. - Київ, 2008. - С.91-92.

17. A.N.Lukyanov. Optical properties of diamond-like carbon films subjected to ultraviolet irradiation / A.N.Lukyanov, A.N.Klyui // 9th International Young Scientists Conference [“Optics &Hith Technology Material Science SPO 2008”], 23-26October 2008.: Proceedings of the Conference. - Kyiv, 2008. - P. 60 .

18. А.Б.Смірнов. Просвітлюючі властивості алмазоподібних вуглецевих плівок в ІЧ області, нанесених на монокристали Cd_xZn_1-xTe (x~0,04) / Ф.Ф.Сизов, М.І.Клюй, А.М. Лук'янов, В.О.Мороженко, Р.К.Савкіна, А.Б.Смірнов, А.З. Євменова // XІІ міжнародна конференція [«Фізика і технологія тонких плівок та наносистем»], 18-23 травня 2009 р.: тези допов. - Івано-Франківськ, 2009. - Т.2, С.355-357

19. Клюй М.І. Вплив УФ та -опромінення на оптичні властивості алмазоподібних вуглецевих плівок / М.І.Клюй, В.Г.Литовченко, А.М.Лук'янов, Б.О.Данильченко, А.М.Клюй // XІІ міжнародна конференція [«Фізика і технологія тонких плівок та наносистем»], 18-23 травня 2009 р.: тези допов. - Івано-Франківськ, 2009. - Т.2, С.190-191.

20. Klyui N.I. Silicon Multicrystalline Solar Cells Under Concentrated Illumination / N.I.Klyui, V.P. Kostylyov, V.G. Litovchenko, A.V. Sachenko, V.V. Chernenko, A.V. Makarov, A.N. Lukyanov // 22nd European Photovoltaic Solar Energy Conference, 3-7 September 2007: proceedings. - Milano, Italy, 2007. - P.1463-1465

АНОТАЦІЇ

Лук'янов А. М. Властивості модифікованих вуглецевих плівок та фоточутливих структур з просвітлюючими та захисними шарами. - рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла. - Інститут фізики напівпровідників ім. В. Є. Лашкарьова НАН України, Київ, 2010 рік.

Визначено механізми впливу потужності ВЧ розряду та кількості азоту в складі робочої суміші на властивості АПВ плівок. Запропоновано умови оптимального просвітлення сонячних елементів АПВ плівками. Проведено дослідження просвітлюючих властивостей АПВ плівок, нанесених на Cd_1-хZn_хTe (x~0,04), встановлено і пояснено утворення проміжних шарів під час осадження АПВ плівки. Оптичні параметри таких покриттів не змінюються після термоциклювання і ультразвукової обробки. Досліджено вплив УФ та -опромінення на властивості АПВ плівок. Запропоновано механізм, відповідно до якого УФ кванти розривають зв'язки з воднем і зменшують їх кількість, активують кисень повітря, який дифундує в плівку, збільшують кількість атомів sp³C та зв'язків CO, CN, і, як наслідок, збільшують оптичну ширину забороненої зони. Під дією -опромінення відбувається sp² гібридизація атомів C, вивільнюється і дифундує в підкладку водень, утворюються зв'язки з азотом. Збільшення кількості азоту в плівках сприяє більшій стійкості до впливу -опромінення. Досліджено вплив -опромінення на кремнієві СЕ з і без АПВ покриття. Показано, що під дією -опромінення відбувається зменшення I_кз, U_хх та , що обумовлено утворенням рекомбінаційно-активних центрів та зменшенням довжини дифузії неосновних носіїв заряду, проте, деградація СЕ з АПВ плівкою менша порівняно з непросвітленими СЕ завдяки пасивації обірваних зв'язків вивільненим з АПВ плівки воднем.

Ключові слова: алмазоподібні вуглецеві плівки, кремнієві сонячні елементи, ІЧ фотодетектори, гама опромінення, ультрафіолетове опромінення.

Лукьянов А. Н. Свойства модифицированных углеродных пленок и фоточувствительных структур с просветляющими и защитными покрытиями. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.07 - физика твердого тела. - Институт физики полупроводников им. В. Е. Лашкарева НАН Украины, Киев, 2010 год.

Проведена модернизация установки для получения АПВ пленок методом плазмо-стимулированного осаждения из газовой фазы. Определены механизмы влияния мощности ВЧ разряда и количества азота в составе рабочей газовой смеси на свойства АПУ пленок. Показано, что при изменении мощности разряда и содержания азота в газовой смеси можно получать АПУ пленки с оптической шириной запрещенной зоны E_opt от 1,1 до 3,2 эВ. Увеличение мощности ВЧ разряда способствует уменьшению E_opt и увеличению скорости роста пленок.

Предложены условия оптимального просветления солнечных элементов АПУ пленками. При этом при использовании АПУ пленок, выращенных из газовой смеси, содержащей 20% азота, можно получить повышение к.п.д. СЭ в 1,2-1,35 раз.

Представлены результаты исследования влияния обработок ультрафиолетовым и - облучением на оптические свойства АПУ пленок.

Облучение УФ светом приводит к увеличению E_опт АПУ пленок Из анализа данных по ИЧ поглощению и комбинационного рассеяния света АПУ пленок следует, что УФ облучение стимулирует образование новых связей sp³ CH, уменьшение количества связей с sp² гибридизированными атомами углерода, происходит увеличение количества кислорода в пленке, уменьшение количества связей NH. Механизм действия УФ света на АПУ пленки состоит в том, что облучение УФ светом приводит к увеличению количества sp³ гибридизированных атомов углерода и появление новых связей атомов углерода и азота между собой и атомами кислорода воздуха, активированного УФ квантами. Энергии УФ квантов достаточно для разрыва связей NH, что приводит к уменьшению количества водорода в пленке.

При облучении -квантами АПУ пленок происходит уменьшение оптического пропускания и ширины запрещенной зоны, увеличение размеров графитовых кластеров, высвобождение водорода с диффузией в кремниевую подложку. Механизм изменений свойств АПУ пленок под действием -облучения заключается в том, что под действием облучения происходит sp² гибридизация атомов углерода в составе sp³ матрицы пленок, выращенных из газовой смеси с малым количеством азота, увеличение размеров графитовых кластеров, высвобождение водорода и частичная диффузия его в подложку. Увеличение количества азота в газовой смеси, из которой выращиваются пленки, способствует большей стойкости к влиянию -облучения.

Приведены результаты исследования влияния -облучения на кремниевые СЭ с и без просветляющего покрытия на основе АПУ пленок. Показано, что под действием -облучения происходит постепенное уменьшение тока короткого замыкания I_кз, напряжения холостого хода U_хх, и к.к.д. . При дозах -облучения 10⁵ рад СЭ с просветляющим покрытием не уменьшают своих фотоэлектрических характеристик, а при увеличении дозы до 10⁸ рад деградация солнечных элементов с АПУ пленкой меньше по сравнению с непросветленными СЭ. Меньшая деградация к.к.д. СЭ на основе мульти-Si при дозах D?10⁶ рад обусловлена эффектом геттерирования дефектов, образующихся при облучении -квантами на границах зерен, которые выступают в качестве стоков для радиационных дефектов. При увеличении дозы облучения идут процессы образования радиационных дефектов, образующих рекомбинационно-активные центры, в результате чего длина диффузии неосновных носителей заряда в базовой области СЭ уменьшается, что приводит к деградации J_кз и V_хх. В то же время, СЭ с просветляющими АПУ пленками показывают большую стойкость к действию -облучения по сравнению с СЭ без покрытий.

Впервые проведено исследование просветляющих свойств АПУ пленок, нанесенных на монокристаллы Cd_1-хZn_хTe (x~0,04). На основе данных эллипсометрии была предложена модель 3-слойной оптической системы, в рамках которой установлено образование двух промежуточных слоев между АПУ пленкой и подложкой во время осаждения АПУ пленки благодаря разупорядочивающему действию ионов плазмы во время предварительной плазменной обработки подложек Cd_1-хZn_хTe. Были осаждены просветляющие АПУ пленки с предварительной обработкой в плазме H₂^+, N₂⁺ и Ar, и обнаружено, что поскольку Ar наиболее тяжелый среди перечисленных элементов, то его ионы при обработке плазмой подложки образуют наиболее разупорядоченный приповерхностный слой с отличающимися от объемного Cd_1-хZn_хTe оптическими постоянными, что и приводит к образованию оптической системы с наилучшими просветляющими параметрами. Такие структуры устойчивы к действию термоциклирования и ультразвуковой обработки.

Ключевые слова: алмазоподобные углеродные пленки, кремниевые солнечные элементы, ИК фотодетекторы, гамма облучение, ультрафиолетовое облучение.

Lukyanov A.N. Properties of modified carbon films and photosensitive structures with antireflection and protective covers. - Manuscript. Thesis for Scientific degree of candidate of physical-mathematical scienses on speciality 01.04.07 - solid state physics. - V.E.Lashkaryov Institute of semiconductor physics of NAS Ukraine, Kyiv, 2010.

Mechanisms of influence of RF power and Nitrogen amount in the precursor gas onto the properties of DLC films were suggested. Optimal anti-reflection conditions of Si solar cells (SCs) by DLC films were proposed. Antireflection properties of DLC films deposited on Cd_1-хZn_хTe (x~0,04) were studied. Formation of intermediate layers during DLC deposition was detected and explained. The optical properties of the films are stable under the thermocycling and ultrasonic treatment. The effect of UV and -irradiation on the DLC films properties was investigated. In the framework of proposed mechanism UV quanta break hydrogen bonds, reduce hydrogen content in the film, activate oxygen of air, and the oxygen atoms diffuse into the film, increase the amount of sp³C atoms and CO, CN bonds. -irradiation results in sp² hybridization of C atoms, releasing and diffusing of hydrogen into the Si substrate, creation nitrogen bonds in the film. The increasing of nitrogen amount in the films enables to increase the film resistance to the -irradiation. Influence of -irradiation onto Si SCs with and without DLC antireflection films was studied. It was shown that photoelectric parameters are deteriorated under the -irradiation due to creation of centers of recombination and decreasing of diffusion length of minority charge carriers. However, degradation of SCs with DLC films is less than SCs without DLC due to Passivation of dangling bonds by hydrogen released from the DLC film.

Key words: diamond-like carbon films, Silicon solar cells, IR photodetectors, gamma irradiation, UV irradiation.

Размещено на Allbest.ru

...