Теория АФН-эффекта с демберовским механизмом в полупроводниковых пленках

В работе разработана теория АФН-эффекта (аномально-больших фотонапряжений) в полупроводниковых пленках с однородными микрообластями, связывающая величину и знак АФН с технологическими параметрами пленок и условиями освещения. Из полученного аналитического выражения вытекают, в частности, выражения д...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2008
1. Verfasser:	Набиев, Г.А.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2008
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/7859
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Теория АФН-эффекта с демберовским механизмом в полупроводниковых пленках / Г.А. Набиев // Физическая инженерия поверхности. — 2008. — Т. 6, № 1-2. — С. 51-57. — Бібліогр.: 20 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-7859
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-78592015-02-16T13:18:16Z Теория АФН-эффекта с демберовским механизмом в полупроводниковых пленках Набиев, Г.А. В работе разработана теория АФН-эффекта (аномально-больших фотонапряжений) в полупроводниковых пленках с однородными микрообластями, связывающая величину и знак АФН с технологическими параметрами пленок и условиями освещения. Из полученного аналитического выражения вытекают, в частности, выражения для нормального, аномального демберэффектов, и при переходе в область сильного поглощения аномальный дембер-эффект переходит в нормальный. При этом должно выполняться не только условие сильного поверхностного поглощения и сильной генерации, но и условие κD >> S1,2 (где κ – коэффициент поглощения света, D – коэффициент диффузии, S1,2 – скорость поверхностной рекомбинации граней). Как пример, рассчитаны спектральные, люкс-вольтовые, угловые зависимости и зависимость АФН-эффекта от толщины. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных показы-вает, что в пленках реализуется случай аномального дембер-эффекта и перехода аномального дембер-эффекта в нормальный. На основе полученных результатов можно объяснить не только особенности АФН-эффекта, но и построить искусственные АФН-структуры. У роботі розроблена теорія АФН-ефекту (аномально великих фотонапруг) у напівпровідникових плівках з однорідними мікрообластями, що зв’язує величину й знак АФН із технологічними параметрами плівок і умовами освітлення. З отриманого аналітичного виразу випливають, зокрема вирази для нормального, аномального демберефектів і при переході в область сильного поглинання аномальний дембер-ефект переходить у нормальний. При цьому повинна виконуватися не тільки умова сильного поверхневого поглинання й сильної генерації, але й умова κD >> S1,2 (де κ – коефіцієнт поглинання світла, D – коефіцієнт дифузії, S1,2 – швидкість поверхневої рекоммбінації граней). Як приклад, розраховані спектральні, люкс-вольтові, кутові залежності й залежність АФН-ефекту від товщини. Зіставлення розрахункових й експериментальних даних показує, що в плівках реалізується випадок аномального дембер-ефекту й переходу аномального демберефекту в нормальний. На основі отриманих результатів можна пояснити не тільки особливості АФН-ефекту, але й побудувати штучні АФН-структури. It was worked out the theory of APV effect (anomalous high photo voltage) in semiconductor films with homogeneous micro regions connecting AVP and sign with technological film parameters and lighting condition. As a result of given analytic expression are the ones for normal, anomalous dember-effect which at transition to strong absorption field transform from anomalies to normal. In His case it must be carried out strong surface absorption and high generation condition, and κD >> S12 condition (κ – light absorption coefficient, D – diffusion coefficient, S12 – edge surface recombination velocity). For example, luxe-voltaic, angular, thickened dependences of AVP effect. Comparing measured and experimental data it was shown that in films was realized the case of anomalous dember effect and transition anomalous dember effect info normal. On the basis of given results it can be explained APV effect peculiarities and built artificial APV structures. 2008 Article Теория АФН-эффекта с демберовским механизмом в полупроводниковых пленках / Г.А. Набиев // Физическая инженерия поверхности. — 2008. — Т. 6, № 1-2. — С. 51-57. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. 1999-8074 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/7859 621.315.592 ru Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	В работе разработана теория АФН-эффекта (аномально-больших фотонапряжений) в полупроводниковых пленках с однородными микрообластями, связывающая величину и знак АФН с технологическими параметрами пленок и условиями освещения. Из полученного аналитического выражения вытекают, в частности, выражения для нормального, аномального демберэффектов, и при переходе в область сильного поглощения аномальный дембер-эффект переходит в нормальный. При этом должно выполняться не только условие сильного поверхностного поглощения и сильной генерации, но и условие κD >> S1,2 (где κ – коэффициент поглощения света, D – коэффициент диффузии, S1,2 – скорость поверхностной рекомбинации граней). Как пример, рассчитаны спектральные, люкс-вольтовые, угловые зависимости и зависимость АФН-эффекта от толщины. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных показы-вает, что в пленках реализуется случай аномального дембер-эффекта и перехода аномального дембер-эффекта в нормальный. На основе полученных результатов можно объяснить не только особенности АФН-эффекта, но и построить искусственные АФН-структуры.
format	Article
author	Набиев, Г.А.
spellingShingle	Набиев, Г.А. Теория АФН-эффекта с демберовским механизмом в полупроводниковых пленках
author_facet	Набиев, Г.А.
author_sort	Набиев, Г.А.
title	Теория АФН-эффекта с демберовским механизмом в полупроводниковых пленках
title_short	Теория АФН-эффекта с демберовским механизмом в полупроводниковых пленках
title_full	Теория АФН-эффекта с демберовским механизмом в полупроводниковых пленках
title_fullStr	Теория АФН-эффекта с демберовским механизмом в полупроводниковых пленках
title_full_unstemmed	Теория АФН-эффекта с демберовским механизмом в полупроводниковых пленках
title_sort	теория афн-эффекта с демберовским механизмом в полупроводниковых пленках
publisher	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
publishDate	2008
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/7859
citation_txt	Теория АФН-эффекта с демберовским механизмом в полупроводниковых пленках / Г.А. Набиев // Физическая инженерия поверхности. — 2008. — Т. 6, № 1-2. — С. 51-57. — Бібліогр.: 20 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT nabievga teoriâafnéffektasdemberovskimmehanizmomvpoluprovodnikovyhplenkah
first_indexed	2025-07-02T10:39:34Z
last_indexed	2025-07-02T10:39:34Z
_version_	1836531345099063296
fulltext	ФІП ФИП PSE, 2008, т. 6, № 1-2, vol. 6, No. 1-2 51 ВВЕДЕНИЕ Как известно, в некоторых полупроводнико- вых пленках наблюдаются аномально-боль- шие фотонапряжения (АФН), величина, а в некоторых случаях и знак которых зависят от угла падения света [1 – 4]. Первая модель, предложенная в [1 – 3] для объяснения этого эффекта, представляла АФН-пленку как бата- рею последовательно соединенных p-n-пере- ходов. Затем привлекалась p-n-p-переходная модель, считая возникновение фотонaпряже- ния на элементарной ячейке или обусловлен- ной различной степенью освещения p-n и n-p-переходов [4], или когда они различны по своим характеристикам [5]. В работе [6] АФН-пленка рассматривается, как супермно- гослойная структура со связанными p-n-пере- ходами и рассчитаны вольт-амперные харак- теристики. На примере простейшей модели проанализированы [7] фотовольтаические свойства периодической p-n-p-структуры с асимметричными по значениям токов насы- щения p-n- и n-p-переходами. Показано, что фотонапряжение в таких структурах может достичь нескольких десятков вольт на 1 см структуры. В основу теории АФН-эффекта в поликристаллических полупроводниках [8] положено предположение о фотовольтаичес- ком эффекте на границах зерен. В [9] рассмот- рены стационарное и нестационарное фото- напряжения, возникающие в многослойной структуре с p-n-переходами при неоднород- ной засветке. Основываясь на p-n-переходной модели, нельзя объяснить инверсию знака фотонапря- жения, так как знак фотонапряжения на р-п- переходе не зависит от направления освеще- ния. Из полученных результатов в [7] не следует наблюдающаяся в эксперименте спектраль- ная и угловая инверсии знака АФН при любом угле освещения пленки, и их объяснение тре- бует привлечения объемно-градиентной (по- перечной) фотоЭДС [7]. Последняя, однако, как справедливо отме- чено в [10], также не дает инверсии АФН, по- скольку, как было отмечено в самой работе [7], она пренебрежимо мала по сравнению с фотоЭДС в р-п-р-ячейке и не может стать пре- обладающей в той части спектра, где про- исходит инверсия знака АФН. Демберовская (фотодиффузионная) мо- дель была предложена Швабе [11, 12] в связи с обнаружением инверсии знака фотонапря- УДК 621.315.592 ТЕОРИЯ АФН-ЭФФЕКТА С ДЕМБЕРОВСКИМ МЕХАНИЗМОМ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛЕНКАХ Г.А. Набиев Ферганский политехнический институт Узбекистан Поступила в редакцию 07.05.2008 В работе разработана теория АФН-эффекта (аномально-больших фотонапряжений) в полу- проводниковых пленках с однородными микрообластями, связывающая величину и знак АФН с технологическими параметрами пленок и условиями освещения. Из полученного аналитичес- кого выражения вытекают, в частности, выражения для нормального, аномального дембер- эффектов, и при переходе в область сильного поглощения аномальный дембер-эффект пере- ходит в нормальный. При этом должно выполняться не только условие сильного поверх- ностного поглощения и сильной генерации, но и условие κD >> S1,2 (где κ – коэффициент поглощения света, D – коэффициент диффузии, S1,2 – скорость поверхностной рекомбинации граней). Как пример, рассчитаны спектральные, люкс-вольтовые, угловые зависимости и зависимость АФН-эффекта от толщины. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных показы-вает, что в пленках реализуется случай аномального дембер-эффекта и перехода аномального дембер-эффекта в нормальный. На основе полученных результатов можно объяснить не только особенности АФН-эффекта, но и построить искусственные АФН-структуры. ФІП ФИП PSE, 2008, т. 6, № 1-2, vol. 6, No. 1-252 жения при изменении угла падения света от 0 до 180 ° на АФН-пленку PbS. В дальнейшем эта модель была развита в работе [4], а угло- вые исследования, дополненные спектраль- ными [4], доведены до метода определения механизмов АФН-эффекта. Несмотря на это, нет теории АФН-эффекта с демберовским механизмом, которая, в част- ности, аналитически обосновала бы метод уг- ловых диаграмм и связала бы АФН с техноло- гическими параметрами (числом микрояче- ек (микрофотоэлементов), толщиной пленки, углом осаждения пленки, скоростями поверх- ностной рекомбинации граней и т.д.) и усло- виями освещения (угол освещения пленки, коэффициент поглощения, интенсивность света и т.д.). Данная работа посвящена реше- нию этих задач. МОДЕЛЬ И ОСНОВНЫЕ СООТНОШЕНИЯ Следует отметить, что в общем случае на ге- нерируемое фотонапряжение дают вклад все- возможные виды фотонапряжений. Но, по- видимому, в одних пленках основным явля- ется один вид фотонапряжения, в других – другой. Подобно p-n-переходной модели, дембе- ровская модель является двухслойной систе- мой (рис. 1). Одним из компонентов этой сис- темы должен быть слой полупроводника, яв- ляющийся фотоактивным. Вторым компо- нентом является слой диэлектрика, который препятствует обмену и выравниванию кон- центраций между фотоактивными областями. Как правило, эта область является не фото- активной. Роль таких прослоек играют окис- ные слои, воздушные зазоры между дендри- тами и т.д., образующиеся в процессе полу- чения пленок. Таким образом, вся пленка яв- ляется неоднородной, а базисный микрофото- элемент – однородным. Демберовская модель применяется для объяснения АФН-эффекта и в пленках Si и Ge, склонных к окислению. АФН в этих плен- ках появляется только после их выдержки на воздухе или термообработки [4, 13]. В зави- симостях VАФН от угла падения света в преде- лах 0 ÷ 180° наблюдается инверсия знака [4]. О демберовской модели свидетельствуют и спектральные исследования [14]. При этом существенный АФН в этих пленках наблюда- ется при толщинах 2 мкм. Эта величина на- много больше длины экранирования, и это дает возможность считать, что в этих пленках демберовское фотонапряжение является основным. Развиваемая здесь теория АФН-эффекта является теорией дембер-эффекта в полупро- водниковых многослойных структурах и ос- новывается на системе уравнений непрерыв- ности с соответствующими граничными ус- ловиями. Количество уравнений непрерыв- ности определяется количеством слоев N, которое равно 104 ÷ 105 на 1 см. При таком количестве уравнений они не имеют решения даже для одномерного случая. Поэтому, пред- положим, что пленка состоит из батареи эф- фективных микрофотоэлементов, которые обладают одинаковыми свойствами. Это дает возможность перейти от системы из N урав- нений непрерывности к одному и, в соответс- твующих выражениях, перейти от суммиро- вания фотонапряжений по всем элементам к произведению генерируемого фотонапря- жения эффективным микрофотоэлементом на их число. Область изменения α разделена на три час- ти в соответствии с углами наклона к подлож- ке и условиями освещения микрофотоэле- ментов (рис. 1). Электродвижущую силу эффекта Дембера находим из выражения: ( ) ( ) 00 000 0 1 1ln 1 1 pbnnb pbnnb b b e kTEdxV e d ++∆+ ++∆+ + −== ∫ , (1) решая уравнение непрерывности ( ) 02 2 =+ τ ∆+∆ xgp dx pdD , (2) Рис. 1. Фрагмент многослойной структуры с однород- ными микрообластями. ТЕОРИЯ АФН-ЭФФЕКТА С ДЕМБЕРОВСКИМ МЕХАНИЗМОМ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛЕНКАХ ФІП ФИП PSE, 2008, т. 6, № 1-2, vol. 6, No. 1-2 53 где g(x) = g0exp(–κx) (3) с граничными условиями ( )01 0 pS dx pdD x ∆=∆ = ; (4) ( )dpS dx pdD dx ∆−=∆ = 2 ; (5) где и далее ∆p, τ, L, D – концентрация, время жизни, длина и коэффициент биполярной диффузии неравновесных носителей заряда; n0, р0 – концентрации равновесных носите- лей; S1, S2 – скорости поверхностной реком- бинации правой и левой граней; d – толщина микрофотоэлемента; b – отношение подвиж- ностей; k – постоянная Больцмана; κ – коэф- фициент поглощения; Т – температура; е – заряд электрона; β1, β2 – углы наклона сторон микрофотоэлемента; g0 – скорость генерации неравновесных носителей в единице объема; g1, g2 – скорость генерации неравновесных носителей при освещении правой и левой граней; g3, g4 – скорость генерации в промежу- точной области [15, 16]. ( ) ( )α−β α β β−β= 1 2 2 2 21 2 01 sin sin sin singg ; (6) ( ) ( )2 2 1 2 21 2 02 sin sin sin sin β−α α β β−β= gg ; (7) g3 = g0sin(β1 – α); (8) g4 = g0sin(α – β2); (9) Учитывая условие локальной электронейт- ральности (∆n = ∆p), и считая, что отсутст- вуют примесные уровни для концентрации неравновесных носителей заряда в однород- ном базисном микрофотоэлементе, получим ( ) ( ) + ⎪⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ τ + −κ τ=∆ L dDSS L gxn sh22 1 0 2122 ( ) ( ) ×⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ +κ+⎥ ⎦ ⎤ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛++ − 21 1 21 ch2 S L DDS L d L DSS ( ) +⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ −κ−⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ −κ−+⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ −× L xdS L DDS L xd expexp 12 ( ) +⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ −−⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ −−+ L xdS L DkDS exp21 (10) ( ) ( ) ⎪⎭ ⎪ ⎬ ⎫ κ−−⎥ ⎦ ⎤ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ +κ−⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ +κ−+ x L xdS L DDS expexp12 , где g0 – скорость генерации в х = 0. Для аномального фотонапряжения при лю- бых интенсивностях света и любого спектра- льного состава в области углов освещения 0 ≤ α ≤ β2 получаем V = (N –1)V1 + V3, (11) где R W b b e kTVi ln 1 1 + −= , (i = 1, 2, 3, 4), (12) где ( ) ×⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ ++⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ τ += L dCh L DSS L dShDSSW 2121 ( )( ) ( )[ ] ( )×+τ+τ−−−κ+× 11122 00 bggbLpbn ii ( ) ( ) ( )⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ κ−κ−+⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ +κ+× d L DDS L dS L d L DDS expshch 221 ; ( ) ×⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ ++⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ τ += L d L DSS L dDSSR chsh 2121 ( )( ) ( ) ( )[ ]+κ−τ−−−κ+× dgbLpbn i exp1122 00 ( ) ( ) ( )×⎢ ⎣ ⎡ κ−+κ++τ+ DS L DDSbgi 211 ( )⎥ ⎦ ⎤ κ−⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ +× d L dS L d L D expshch 1 . Затем наступает промежуточная область β2 ≤ α ≤ β1. Здесь V = N(V3 – V4). (13) При освещении в пределах β1 ≤ α ≤ π V = –(N –1)V2 + V4. (14) Так как N = 104÷ 105 на единицу длины (см) при α > 0, в выражениях (11), (14), АФН- эффект определяется первыми слагаемыми. При α = 0 фотонапряжение представляется вторым слагаемым. Предположение об однородности объема микрокристалликов дает возможность рас- смотрения только дембер-эффекта. Что каса- ется выполнения, широко используемого [17, 18, 7, 19] условия ∆n = ∆p, следует заметить, что для, например, кремния при толщине пле- нок 2 мкм, при низких освещенностях света (∆n – ∆p = 108 см–3), и при концентрации не- равновесных носителей заряда ∆n – ∆p = =1011 см–3, намного больше темновых, эта по- правка, вычисленная из уравнения Пуассона к величине АФН, не превышает 0,01% . ФИЗИЧЕСКАЯ ДИСКУССИЯ С помощью выражений (11) – (14) могут быть объяснены основные особенности АФН-эф- Г.А. НАБИЕВ ФІП ФИП PSE, 2008, т. 6, № 1-2, vol. 6, No. 1-254 фекта в пленках, где реализуется демберовс- кая модель. Как пример рассмотрим спект- ральную, люкс-вольтовую характеристику (ЛВХ), угловую зависимость и зависимость АФН от толщины пленки. На рис. 2 приведена спектральная зависи- мость АФН-эффекта, рассчитанная из выра- жения (12) в пленках с параметрами: а) S1 = S2=105 см/с; d/L = 1; d = 5⋅10–5 см; D = 5 см2/с; τ = 5⋅10–5 с; n = 1017 см–3; b = 2; g0 = 1020 пар/см3с; b) S1 = 106 см/с; S2 = 104 см/с; d/L = 0,5; d = 5⋅10–6 см; D = 5 см2/с; τ = 2⋅10—13 с; n0 = 1017 см–3, b = 2; g0 = 1020 пар/см3с; c) S1 = 6⋅105 см/с; S2 = 3⋅105 см/с; d/L = 1; d = 5⋅10–6 см; D = 5 см2/с; τ = 10–11с; n0 = 1017 см–3; b = 2; g0 = 1020 пар/см3с. Видна (с) инверсия знака фотонапряжения, наблюдающаяся в эксперименте [4]. На рис. 3 приведена ЛВХ АФН-эффекта в пленках с параметрами S1=S2 = 105 см/с, d/L=1, d = 5⋅10–6 см, D = 5 см2/с, τ = 10–11 с, n0 = 1017 см–3, b = 2 при освещении монохро- матическим светом. Такие ЛВХ являются ти- пичными для большинства полупроводнико- вых пленок с АФН-эффектом [4]. В случае, когда концентрация избыточных носителей заряда намного меньше концент- рации равновесных и при κd << 1, κL << 1, вышеприведенные выражения упрощаются для соответствующих областей изменения уг- ла освещения. Более наглядную интерпрета- цию имеет случай, когда S1 = S2 = S. Для этого случая (11) – (14) записываются соответствен- но в виде: × + −= kL nb b e kTV 21 1 1 0 nG L d L DS L dDS L dSL L dD ch2sh shch1 2 +⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ τ + −⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − × ; (15) ( ) ( ) ( )⎪⎩ ⎪ ⎨ ⎧ π≤α≤β+−− β≤α≤β− β≤α≤+− = . при1 , при2 ,0 при1 142 2243 231 ggN ggN ggN Gn . (16) Из этих выражений следует, что аномаль- ное фотонапряжение имеет инверсию знака в пределах 0 ÷ 180°, т.е. в данном случае наблюдается нормальный дембер-эффект. На рис. 4(а) приведена угловая зависи- мость АФН-эффекта для случая β1 = 60°, β2 = 30°. Из выражений (11) – (14) при S1 > S2 >> κD и освещении слабопоглощаемым светом низ- кой интенсивности, полyчаем aG L d L DS L dDSS L dS n L b b e kTV chsh ch1 1 1 121 1 0 +� � � � � � τ + � � � � � � − + −= , (17) при β2 ≤ α ≤ β1 ( ) ( ) ( )�� π≤α≤β−−− β≤α≤β− β≤α≤+− = . при1 , при2 ,0 при1 142 1243 231 ggN ggN ggN Ga (18) Рис. 2. Спектральная зависимость АФН-эффекта в полупроводниковых пленках с однородными микро- областями. Рис. 3. Люкс-вольтовая характеристика нормального дембер-эффекта при различных толщинах (d/L = 0,1 (1); 1 (2); 10 (3)) для κ = 104 см–1. ТЕОРИЯ АФН-ЭФФЕКТА С ДЕМБЕРОВСКИМ МЕХАНИЗМОМ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛЕНКАХ ФІП ФИП PSE, 2008, т. 6, № 1-2, vol. 6, No. 1-2 55 Отсюда следует, что в угловой зависимос- ти не наблюдается инверсия знака аномаль- ного фотонапряжения, т.е. в этих условиях наблюдается аномальный дембер-эффект. На рис. 4(b) приведена угловая зависи- мость АФН-эффекта для структуры с β1=60°, β2=30°. В случае, когда κd >> 1, κL>>1, κD >> S и S1 > S2 из (11) – (14), рассматривая для про- стоты случай, когда избыточная концентра- ция носителей заряда меньше равновесной, получаем, соответственно, pG L d L DS L dDSS D Lnb b e kTV chsh 1 1 1 121 0 +� � � � � � τ ++ −= ; (19) ( )[ ] ( )[ ]� � � � � � � �� π≤α≤β+−× ×� � � � −− β≤α≤β� � � � −+− −� � � � −+ β≤α≤+−× ×� � � � −+ = . при,1 shch1 , при,1shch 1ch ,0 при,1 1shch 142 2 1241 32 231 2 ggN L d D LS L d Ng L d D LS L d Ng D LS L d ggN L d D LS L d Gp .(20) На рис. 4(c) приведена угловая зависи- мость АФН-эффекта для значений d/L = 10, S2L/D = 0,1; S1L/D = 1, β1 = 60°, β2 = 30°. Из полученного результата видно, в част- ности, что аномальный дембер-эффект пере- ходит в нормальный, что согласуется с ранее высказанным в [4]. Соотношение κD >> S вместе с условиями κd >> 1, κL>>1, которые ранее, в [4], считались достаточными, явля- ются критерием перехода аномального дем- бер-эффекта в нормальный. На рис. 5, 6, 7 приведены рассчитанные за- висимости АФН-эффекта от толщины для нормального, аномального и при переходе от аномального к нормальному дембер-эф- фектам. Рис. 4. Угловая зависимость нормального (а), анома- льного дембер-эффекта (b) и переход от аномального дембер-эффекта к нормальному (с). Рис. 5. 1 – зависимость нормального дембер-эффекта от толщины пленки, g1 = 1028 пар/см3⋅с; 2 – зависи- мость АФН от толщины, отнесенная к длине пленки. Г.А. НАБИЕВ Рис. 6. 1 – зависимость аномального дембер-эффекта от толщины пленки; 2 – зависимость АФН от толщины, отнесенная к длине пленки. ФІП ФИП PSE, 2008, т. 6, № 1-2, vol. 6, No. 1-256 В экспериментах зависимость VАФН от тол- щины пленок имеет колоколообразный вид с максимумом. Поэтому можно заключить, что в пленках, не имеющих инверсию знака фото- напряжения, реализуется аномальный дем- бер-эффект, а в пленках, имеющих инверсию, случай перехода аномального дембер-эффек- та в нормальный. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1. Получено аналитическое выражение для аномального фотонапряжения, связывающее величину и знак АФН с параметрами пленки и условиями освещения. 2. В рассмотренной модели многослойной структуры с однородными эффективными микрофотоэлементами могут быть реализо- ваны условия, при которых возникают ано- мально-большие фотонапряжения. Числен- ный расчет с параметрами пленок, которые взяты непосредственно из эксперименталь- ных данных для кремния [4] показало, что АФН в среднем может достигать значений 1 кВ. 3. В спектральной зависимости в зависи- мости от параметров пленки, может как от- сутствовать, так и наблюдаться инверсия знака фотонапряжения. 4. Из общего аналитического выражения в частном случае получается нормальный, аномальный дембер-эффекты. 5. Показано, что аномальный дембер-эф- фект может перейти в нормальный. При этом должны выполняться не только условия κd >> 1, κL >>1, но и κD >> S1,2. 6. Построенные характеристики на основе полученных выражений наблюдались в при- знанных экспериментах [1 – 5, 11 – 13] . 7. Сопоставление расчетных и экспери- ментальных зависимостей VАФН от толщины пленок показывает, что на практике реали- зуется случай аномального дембер-эффекта и перехода аномального дембер-эффекта в нормальный. 8. Используя полученные результаты, мож- но объяснить не только особенности АФН- эффекта в ряде полупроводниковых пленок, но и построить искусственные АФН-струк- туры [20]. ЛИТЕРАТУРА 1. Starkiewich I., Sosnowski L., Simpson O. Oc- currence of condom photovoltaic barriers in pho- toconductive layers//Nature. – 1946. – Vol. 158. – P. 26. 2. Pensak L. High voltage photovoltaic effect// Phys. Rev. – 1958. – Vol. 109, № 2. – P. 601. 3. Goldstein B. Properties of photovoltaic films of CdTe//Phys. Rev.– 1959. – Vol. 30. – P. 155-161. 4. Адирович Э.И. и др. Аномально большие фотоэлектрический и фотомагнитный эффек- ты в полупроводниковых пленках//Сб. Фото- электрические явления в полупроводниках и оптоэлектроника. – Ташкент. Изд. ФАН. – 1972. – С. 143-229. 5. Арифов У.А., Абдуллаев Н., Арифджано- ва М.С. Исследование АФН-эффекта в плен- ках GaAs // ФТП. – 1976. – Т. 10, Вып. 1. – С. 25-30. 6. Стафеев В.И. Супермногослойные структуры с р-n-переходами//ФТП. – 1971. – Т. 5, № 3. – С. 408-416. 7. Гулый Е.Г., Жадько И.П., Романов В.А. Фото- вольтаические свойства ассиметричной пери- одической p-n-p-структуры//ФТП. – 1982. – Т. 16, Вып. 2. – С. 331-336. 8. Дощанов К.М. Механизм АФН-эффекта в поликристаллических полупроводниках// ФТП. – 1990. – Т. 24, Вып. 7. – С. 1251-1258. 9. Агарев В.Н., Степанова Н.А. К теории эффек- та аномального фотонапряжения в много- слойных структурах с p-n-переходами//ФТП. – 2000. – Т. 34, № 4. – С. 452-455. Рис. 7. 1 – зависимость АФН-эффекта от толщины пле- нки при переходе от аномального дембер-эффекта к нормальному (g1 = 1024 пар/см3⋅с); 2 – зависимость АФН от толщины, отнесенная к длине пленки. ТЕОРИЯ АФН-ЭФФЕКТА С ДЕМБЕРОВСКИМ МЕХАНИЗМОМ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛЕНКАХ ФІП ФИП PSE, 2008, т. 6, № 1-2, vol. 6, No. 1-2 57 10. Аронов Д.А., Юабов Ю.М. К теории АФН- эффекта в полупроводниковых пленках с периодической p-n-р-…структурой//ФТП. – 1984. – Т. 18, № 7. – С. 1318-1321. 11. Schwabe G. Uber eine von der Lichtrichtung ab- hangiger Photo-EMK in polykristallinen PbS – schichten//Annalen der Phusik. – 1956. – Т. 6, Вып. 17. – Р. 249-262. 12. Schwabe G. Lichtungbhangiger Photoffekt in PbS schichten//Z. fur Naturforschung. – 1955. – Vol. b. № 10a. – Р. 78. 13. Абдуллаев Н., Аюханов А.Х., Арифов У.А. Влияние ионной бомбардировки на АФН-эф- фект в пленках Si и Ge//Изв. Ан РУз., сер. ф.-м.н. – 1973. – № 2. – С. 34-36. 14. Набиев Г.А. Спектры фотовольтаического эф- фекта в полупроводниковых пленках. – М.: Деп. в ВИНИТИ 14.06.88 №4677-В88, 1988. – 22 с. THE THEORY OF APV EFFECT WITH DEMBER MECHANISMS IN SEMICONDUCTOR FILMS G.A. Nabiev It was worked out the theory of APV effect (anoma- lous high photo voltage) in semiconductor films with homogeneous micro regions connecting AVP and sign with technological film parameters and light- ing condition. As a result of given analytic expres- sion are the ones for normal, anomalous dember-ef- fect which at transition to strong absorption field transform from anomalies to normal. In His case it must be carried out strong surface absorption and high generation condition, and κD >> S12 condition (κ – light absorption coefficient, D – diffusion coef- ficient, S12 – edge surface recombination velocity). For example, luxe-voltaic, angular, thickened depen- dences of AVP effect. Comparing measured and ex- perimental data it was shown that in films was real- ized the case of anomalous dember effect and tran- sition anomalous dember effect info normal. On the basis of given results it can be explained APV effect peculiarities and built artificial APV structures. ТЕОРІЯ АФН-ЕФЕКТУ З ДЕМБЕРОВСЬКИМ МЕХАНІЗМОМ У НАПІВПРОВІДНИКОВИХ ПЛІВКАХ Г.А. Набієв У роботі розроблена теорія АФН-ефекту (ано- мально великих фотонапруг) у напівпровідни- кових плівках з однорідними мікрообластями, що зв’язує величину й знак АФН із технологічними параметрами плівок і умовами освітлення. З отри- маного аналітичного виразу випливають, зокрема вирази для нормального, аномального дембер- ефектів і при переході в область сильного погли- нання аномальний дембер-ефект переходить у нормальний. При цьому повинна виконуватися не тільки умова сильного поверхневого поглина- ння й сильної генерації, але й умова κD >> S1,2 (де κ – коефіцієнт поглинання світла, D – коефіці- єнт дифузії, S1,2 – швидкість поверхневої реком- мбінації граней). Як приклад, розраховані спект- ральні, люкс-вольтові, кутові залежності й залеж- ність АФН-ефекту від товщини. Зіставлення роз- рахункових й експериментальних даних показує, що в плівках реалізується випадок аномального дембер-ефекту й переходу аномального дембер- ефекту в нормальний. На основі отриманих результатів можна пояснити не тільки особливості АФН-ефекту, але й побуду- вати штучні АФН-структури. Г.А. НАБИЕВ 15. Хашимов Г.Х., Набиев Г.А. Угловая зависи- мость АФН-эффекта в полупроводниковых пленках//Известия АН РУз, сер. ф.-м.н. – 1988. – № 6. – С. 59-63. 16. Набиев Г.А. Угловая зависимость АФН-эф- фекта в полупроводниковых пленках с р-n- переходами//УзФЖ. – 1996. – № 1. – С. 80-82. 17. Равич Ю.И.Фотомагнитный эффект в полу- проводниках и его применение. – М.:Радио, 1967. – 96 с. 18. Васильев А.М., Ландсман А.П. Полупровод- никовые фотопреобразователи. – М.: Радио, 1971. – 248 с. 19. Пожела Ю. и др. Варизонный детектор иони- зирующего излучения//ФТП. – 2002. – Т. 36. – С. 124-128. 20. Кечиянц А.М. и др. Искусственные АФН- структуры//ФТП. – 1980. – Т. 14. – C. 984- 986.

Теория АФН-эффекта с демберовским механизмом в полупроводниковых пленках

Institution

Ähnliche Einträge