Електричні, оптичні та структурні властивості кремнієвих n+-p структур
DOI:
https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-3-32Ключові слова:
напівпровідники, тонкі плівки, SEM, електропровідність, структурні дефекти, відбиття, датчик електромагнітного поля, датчики, іонна імплантація, легуванняАнотація
У статті досліджено структурні, оптичні та електричні властивості кремнієвих n+-p структур. Експериментальні зразки були виготовлені з високоомного монокристалічного кремнію з використанням двостадійної дифузії фосфору з твердотільних планарних джерел. Було встановлено, що введення домішок фосфору з концентрацією 1,2∙1020 см-3 провокує утворення дислокацій з поверхневою густиною 2∙103-3∙103 см-2 внаслідок утворення та релаксації механічних напружень. Утворення противідбиваючої оксидної плівки на поверхні кремнію зменшує коефіцієнт відбиття на 25 %. Однак утворення n+-шару зменшує коефіцієнт пропускання структури. З вольт-амперних характеристик n+-p структур при прямому та зворотному зміщенні напруги було встановлено, що в діапазоні температур T = 295–346 K ці структури мають випрямні властивості. При кімнатній температурі висота потенційного бар'єру становить 0,6 еВ і зменшується з підвищенням температури, а його висота при 0 К становить 1,32 еВ. При низьких прямих напругах домінуючим механізмом струмопереносу в структурі є надбар'єрна емісія. Зі збільшенням прямої напруги від 0,1 В до 0,6 В переважає механізм генерації-рекомбінації, а зі збільшенням температури спостерігається збільшення внеску тунельного струму. При низьких зворотних напругах вольт-амперні характеристики діодів добре описуються формулою для струму генерації. Глибина залягання енергетичного донорного рівня, з якого відбувається теплова генерація носіїв заряду, становить 0,15 еВ.
Посилання
C. Ballif, F.J. Haug, M. Boccard, P.J. Verlinden, and G. Hahn, Nature Reviews Materials, 7(8), 597 (2022). https://doi.org/10.1038/s41578-022-00423-2
X. Pan, S. Li, Y. Li, P. Guo, X. Zhao, and Y. Cai, Minerals Engineering, 183, 107600 (2022). https://doi.org/10.1016/j.mineng.2022.107600
B.J. Baliga, IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 11(3), 2400-2411 (2023). https://doi.org/10.1109/JESTPE.2023.3258344
R. Gupta, J.A. Fereiro, A. Bayat, A. Pritam, M. Zharnikov, and P.C. Mondal, Nature Reviews Chemistry, 7(2), 106-122 (2023). https://doi.org/10.1038/s41570-022-00457-8
C. Shen, S. Jahdi, O. Alatise, J. Ortiz-Gonzalez, A. Aithal, and P. Mellor, IEEE Open Journal of Power Electronics, 2, 145-154 (2021). https://doi.org/10.1109/OJPEL.2021.3060942
M. Faizan, X. Wang, and M. Z. Yousaf. Electronics, 12(13), 2850 (2023). https://doi.org/10.3390/electronics12132850
J.O. Bodunrin, D.A. Oeba, and S.J. Moloi, Sensors and Actuators A: Physical, 331, 112957 (2021). https://doi.org/10.1016/j.sna.2021.112957
Z. Berktaş, M. Yıldız, E. Seven, E.O. Orhan, and Ş. Altındal. Flat. Chem. 36, 100436 (2022). https://doi.org/10.1016/j.flatc.2022.100436
H. Zhang, X. Wang, X. Chen, and Y. Zhang, Nano Energy, 110715 (2025). https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2025.110715
M.A., Green, and Z. Zhou, Nature Communications, 16(1), 251(2025). https://doi.org/10.1038/s41467-024-55681-1
R.L. Politanskyi, P.M. Shpatar, M.V. Vistak, I.T. Kogut, I.S. Diskovskyi, and Y.A. Rudyak, Physics and Chemistry of Solid State, 24(3), 433-440 (2023). https://doi.org/10.15330/pcss.24.3.433-440
M.S. Kukurudziak, and E.V. Maistruk, in: Fifteenth International Conference on Correlation Optics, 121261V (SPIE, Chernivtsi, 2021). https://doi.org/10.1117/12.2616170
I.P. Koziarskyi, E.V. Maistruk, I.G. Orletskyi, M.I. Ilashchuk, D.P. Koziarskyi, P.D. Maryanchuk, M.M. Solovan, and K.S. Ulyanytskiy, Semiconductor Science and Technology, 35(2), 025018 (2020). https://doi.org/10.1088/1361-6641/ab6107
I. García, in: Fundamentals of Solar Cells and Photovoltaic Systems Engineering, (Academic Press, 2025), pp. 129 171. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-96105-9.00005-7
F.L. Via, M. Zimbone, C. Bongiorno, A. La Magna, G. Fisicaro, I. Deretzis, and P. Wellmann, Materials, 14(18), 5348 (2021). https://doi.org/10.3390/ma14185348
J. Panigrahi, and V.K. Komarala, Journal of non-crystalline solids, 574, 121166 (2021). https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2021.121166
J. Pastuszak, and P. Węgierek, “Photovoltaic cell generations and current research directions for their development,” Materials, 15(16), 5542 (2022). https://doi.org/10.3390/ma15165542
M.S. Kukurudziak, Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics, 25(4), 385 (2022). https://doi.org/10.15407/spqeo25.04.385
M.S. Kukurudziak, Physics and Chemistry of Solid State, 23(4), 756 (2022). https://doi.org/10.15330/pcss.23.4.756-763
E. Sirtl, and A. Adler, International Journal of Materials Research, 52(8), 529 (1961). https://doi.org/10.1515/ijmr-1961-520806 (in German)
S.N. Knyazev, A.V. Kudrya, N.Y. Komarovsky, Y.N. Parkhomenko, E.V. Molodtsova, and V.V. Yushchuk, Electron. Eng. Mater. 25, 323–36 (2023). https://doi.org/10.3897/j.moem.8.4.99385
E.V. Maystruk, T.T. Kovalyuk, M.M. Solovan, and P.D. Maryanchuk. Journal of Nano- and Electronic Physics, 10(5), 05028 (2018). https://10.21272/jnep.10(5).05028
К.V. Ravi, Imperfections and impurities in semiconductor silicon, (Wiley, New York, 1981).
M.S. Kukurudziak, East Eur. J. Phys. (2), 345 (2024). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-0-41
M.S. Kukurudziak, E.V. Maistruk, East Eur. J. Phys. (1), 386 (2024), https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-1-39
S.B. Khan, S. Irfan, Z. Zhuanghao, and S.L. Lee, Materials, 12(9), 1483 (2019). https://doi.org/10.3390/ma12091483
H.P. Parkhomenko, M.M. Solovan, A.I. Mostovyi, I.G. Orletskyi, and V.V. Brus, East. Eur. J. Phys. (4), 43 (2021). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2021-4-04
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
