Вплив дифузії нікелю на стан пасток та якість інтерфейсу в структурах полікристалічного кремнію

Анотація

Ця робота представляє комплексне дослідження глибокорівневої перехідної спектроскопії (DLTS) впливу дифузії нікелю (Ni) на ландшафт дефектів та електронні властивості структур полікристалічного кремнію (poli-Si). Мета дослідження - з'ясувати, як включення Ni модифікує електрично активні пастки, змінює динаміку носіїв заряду та впливає на якість інтерфейсу в діодах Шоткі, сформованих на полі-Si підкладках. Два типи зразків - нелеговані та дифузовані Ni - були отримані шляхом контрольованої термічної обробки при 1000°C, з подальшою пасивацією поверхні та металізацією золотом/алюмінієм для формування діодів Шоткі Au/Poly-Si/Al. Вимірювання DLTS, проведені в діапазоні температур 20–300 K, виявили суттєві відмінності в поведінці глибокорівневих пасток двох типів зразків. У нелегованих зразках спостерігалися лише слабкі та широкі сигнали пасток, в основному пов'язані з власними дефектами на межах зерен та залишковими домішками. На противагу цьому, зразки з дифузією Ni демонстрували різкі та інтенсивні піки DLTS, з домінуючим рівнем пасток, що спостерігався приблизно в межах 200–220 K. Відповідна енергія активації оцінювалася приблизно в 0,492 еВ, а поперечний переріз захоплення знаходився в діапазоні 10⁻¹⁴–10⁻¹³ см². Ці параметри вказують на утворення комплексних дефектів, пов'язаних з нікелем, таких як кластери Ni–V або Ni–O, розташовані переважно на межах зерен. C–V профілювання додатково підтвердило вплив включення Ni, показавши зниження ємності, більш плавний перехід в області виснаження та покращену однорідність інтерфейсу, що свідчить про часткову пасивацію власних та пов'язаних з межами пасток. Зразок з дифузією Ni демонстрував більш плавний перехід ємність-напруга, зниження ємності переходу та покращену однорідність інтерфейсу, що свідчить про часткову пасивацію власних дефектів. Додаткові вимірювання Gp–V показали значне зниження паралельної провідності для структур, легованих Ni, що вказує на зменшення щільності пасток на інтерфейсі та центрів рекомбінації. Ці результати вказують на подвійну роль нікелю — як джерела глибоких пасток, так і пасивуючого агента, залежно від локального атомного середовища та умов термічної обробки. Аналіз морфології поверхні за допомогою скануючої електронної мікроскопії (SEM) та енергодисперсійної рентгенівської спектроскопії (EDX) підтвердив утворення багатих на Ni преципітатів, особливо на межах зерен. Просторова кореляція між Ni та киснем свідчить про утворення комплексів на основі Ni–O, які, ймовірно, сприяють ефектам електричної пасивації, що спостерігаються в даних DLTS та Gp–V. Загалом, це дослідження демонструє, що контрольована дифузія Ni пропонує перспективний підхід до дефектної інженерії в полікристалічних напівпровідниках. Шляхом вибіркового введення та пасивації дефектних станів, легування Ni може покращити електронну якість та термічну стабільність полікремнію, тим самим покращуючи його придатність для високоефективних сонячних елементів, детекторів випромінювання та інших передових електронних та оптоелектронних пристроїв.