Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
Нойгрошел и др. [17] предложили метод определения диффузионной длины и времени жизни неосновных носителей с использованием емкостных характеристик структур с р—д-пере-ходом, измеряемых при прямом напряжении смещения. Емкость Cqnb квазинейтральной базовой области р+—n-структуры (ана-
Тонкопленочные элементы на основе гетеропереходов имеют, как правило, развитый микрорельеф. — Прим. ред.
16
Глава 1
логичные выводы справедливы и для —р-структуры) при
прямом напряжении смещения равна
Здесь Nd—концентрация легирующей примеси в базовой области (определяемая по зависимости емкости от напряжения при обратном смещении), Lp — диффузионная длина неосновных носителей в базе п-типа проводимости, А — площадь перехода. Если величина CQNB найдена экспериментально, то из уравнения (1.10) можно определить Lp, а из соотношения Lp= (Dpxvyh — время жизни носителей при условии, что известна величина Dp. Однако в измеряемое значение емкости С помимо Cqnb входит ряд других составляющих:
где символ 5 соответствует поверхностной области, sc — области объемного заряда перехода, QNE — квазинейтральной области легированного слоя, I — ионизированным примесям в области пространственного заряда перехода. В приборах с низкими значениями плотности поверхностных состояний и заряда в поверхностном окисном слое величиной Cs можно пренебречь; величины CQNE и Cqnb пропорциональны [exp (qV/kT) — 1].
Для того чтобы выделить значение CqNB> измерения вольт-фарадных характеристик проводят как на относительно высоких, так и низких частотах. Сигнал низкой частоты воздействует на подвижные носители во всех областях элемента, в то время как сигнал более высокой частоты не оказывает влияния на неосновные носители базовой области, вследствие чего вклад CQNB в полную емкость прибора пренебрежимо мал. Подвижные же носители, связанные с С/ и Csc, реагируя на высокочастотный сигнал, дают вклад в измеряемую емкость. Таким образом, емкость, характерная для квазинейтральных областей, равна разности значений емкости, измеренных на низкой и высокой частоте. Эта величина оказывается равной Cqnb при условии, что время жизни носителей хе в легированном слое значительно меньше тр и что для частоты сигнала f выполняется соотношение те<С (1//) <СтР. Вычислив величину Cqnb с помощью уравнения (1.10), можно определить величину Lv. Требование, ограничивающее применимость рассмотренного метода, состоит в том, что емкость нейтральной базовой области должна составлять значительную долю измеряемой общей емкости прибора, поэтому данный метод не может использоваться для исследования приборов с малой диффузионной длиной носителей заряда.
k
(1.10)
С — СI Cs Csc-f- CqN? + CqnB,
(1.11)
Анализ свойств полупроводниковых материалов
17
1.2.3 Емкостная спектроскопия глубоких уровней
Метод емкостной спектроскопии глубоких уровней позволяет определять энергетические характеристики, концентрацию и сечение захвата рекомбинационных центров, связанных с глубокими уровнями в запрещенной зоне полупроводников [25—32], г также идентифицировать ловушки для неосновных и основных носителей заряда. Кроме того, с помощью этого метода можно обнаружить центры как излучательной, так и безызлу-чательной рекомбинации, заключенные в широком интервале энергий внутри запрещенной зоны. Данный метод обладает высокой чувствительностью и разрешающей способностью, позволяет обнаруживать примеси на глубоких уровнях при концентрации, составляющей 10-4. ..10~5 от концентрации примесей на мелких уровнях, с разрешающей способностью по энергии, приблизительно равной 0,03 эВ. Кроме того, метод дает возможность определения пространственного распределения примесей, образующих глубокие уровни. Наконец, в отличие от того, что реализуется для других термостимулированных методов измерения параметров глубоких уровней, величина выходного сигнала не зависит от скорости нагрева или охлаждения образца. Максимум амплитуды сигнала наблюдается всегда при одной и той же температуре, и его величина определяется только частотой, на которой проводят измерения.
На рис. 1.7, а показана блок-схема установки для проведения измерений по данному методу. Синхронный усилитель периодически, в режиме импульсного напряжения смещения, включает измеритель вольт-фарадных характеристик. Если в обедненной области образца, содержащего р—n-переход или барьер Шоттки, имеются глубокие примесные уровни, то при помощи синхронного усилителя обнаруживается переходный процесс, характеризующийся экспоненциальным изменением емкости. Амплитуда измеряемого сигнала пропорциональна концентрации примесей на глубоких уровнях, а постоянная времени переходного процесса зависит от вероятности опустошения ловушек в результате термоэмиссии. На рис. 1.7,6 схематически изображены синхронизирующий сигнал и сигнал, поступающий на вход синхронного усилителя. Измерения проводятся на фиксированной частоте при температуре образца, изменяющейся от температуры жидкого азота (77 К) до комнатной и выше. При определенной температуре, когда скорость опустошения ловушек соответствующим образом согласуется с частотой измерений, амплитуда сигнала достигает максимального значения, которое пропорционально плотности ловушек. Таким образом, измерение температурной зависимости сигнала позволяет идентифицировать ловушки, обусловливающие переходный процесс. Спектр глубоких уровней, который соответствует температур-
