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

  • Канатбай А. Ісмаїлов Каракалпакський державний університет, Нукус, Узбекистан https://orcid.org/0000-0003-2867-0826
  • Байрамбай К. Ісмайлов Каракалпакський державний університет, Нукус, Узбекистан https://orcid.org/0000-0002-5880-4568
  • Нурулла Ф. Зікріллаєв Ташкентський державний технічний університет, Ташкент, Узбекистан https://orcid.org/0000-0002-6696-5265
  • Зоір Т. Кенжаєв Каракалпакський державний університет, Нукус, Узбекистан https://orcid.org/0000-0002-5335-0405
  • Шерзод З. Олламберганов Каракалпакський державний університет, Нукус, Узбекистан https://orcid.org/0009-0007-2915-9321
  • Аллоберді К. Сапаров Каракалпакський державний університет, Нукус, Узбекистан https://orcid.org/0009-0002-3049-5668
Ключові слова: полікристалічний кремній, нікелеві кластери, DLTS, глибокі дефекти, діод Шоткі, дифузія домішок

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.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Посилання

H.P. Hjalmarson, et al., Physical Review Letters, 44(13), 810 (1980). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.44.810

Z. Li, and X. Zang, Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 28(24), 19147 (2017).

Yu.N. Barabanenkov, et al., Physics of the Solid State, 54(6), 1205 (2012). (in Russian)

Z.T. Kenzhaev, Kh.M. Iliev, V.B. Odzhaev, G.Kh. Mavlonov, V.S. Prosolovich, E.Zh. Kosbergenov, B.K. Ismaylov, et al., Surface Engineering and Applied Electrochemistry, 60(6), 851 (2024).

B.K. Ismaylov, N.F. Zikrillayev, Z.T. Kenzhaev, and K.A. Ismailov, Physical Sciences and Technology, 10(1), 13 (2023). https://doi.org/10.26577/phst.2023.v10.i1.02

Z.T. Kenzhaev, N.F. Zikrillaev, K.S. Ayupov, K.A. Ismailov, S.V. Koveshnikov, and T.B. Ismailov, Surface Engineering and Applied Electrochemistry, 59(6), 858 (2023).

B.K. Ismaylov, N.F. Zikrillayev, K.A. Ismailov, and Z.T. Kenzhaev, Quantum Electronics & Optoelectronics, 27(3), 294 (2024). https://doi.org/10.15407/spqeo27.03.294

N. Zikrillayev, Z. Kenzhaev, U. Kurbanova, B. Aliyev, and T. Ismailov, E3s Web of Conferences, 434, 01036 (2023).

K.A. Ismailov, Z.T. Kenzhaev, S.V. Koveshnikov, E.Zh. Kosbergenov, and B.K. Ismaylov, Physics of the Solid State, 64(3), 154 (2022). https://doi.org/10.1134/S1063783422040011

Y. Shao, J. Li, D. Yang, and J. Lu, Solar Energy Materials and Solar Cells, 145, 44 (2016). https://doi.org/10.1016/j.solmat.2015.08.015

Yu.N. Barabanenkov, et al., Physics of the Solid State, 54(6), 1205 (2012).

C.W. Byun, A.M. Reddy, S.W. Son, and S.K. Joo, Electronic Materials Letters, 8(4), 369 (2012). https://doi.org/10.1007/s13391-012-2112-0

Y. Shao, J. Li, D. Yang, and J. Lu, Solar Energy Materials and Solar Cells, 145, 44 (2016). https://doi.org/10.1016/j.solmat.2015.08.015

I. Bayrambay, I. Kanatbay, K. Khayratdin, S. Gulbadan, AIP Conference Proceedings, 2552, 060015 (2022). https://doi.org/10.1063/5.0129486

S. Solmi, M. Bersani, A. Parisini, and G. Ottaviani, Journal of Applied Physics, 94(8), 4950 (2003). https://doi.org/10.1063/1.1610458

Z.T. Kenzhaev, Kh.M. Iliev, K.A. Ismailov, G.Kh. Mavlonov, S.V. Koveshnikov, B.K. Ismaylov, and S.B. Isamov, Physical Sciences and Technology, 11(1), 13 (2024). https://doi.org/10.26577/phst2024v11i1a2

K.A. Ismailov, N.F. Zikrillaev, B.K. Ismaylov, Kh. Kamalov, S.B. Isamov, and Z.T. Kenzhaev, J. Nano- Electron. Phys. 16(5), 05022 (2024). https://doi.org/10.21272/jnep.16(5).05022

J. Lee, H. Park, J. Kim, and Y. Cho, Scientific Reports, 9, 2354 (2019). https://doi.org/10.1038/s41598-019-39503-9

D.V. Lang, Journal of Applied Physics, 45(7), 3023 (1974). https://doi.org/10.1063/1.1663719

A.R. Peaker, V.P. Markevich, and J. Coutinho, Journal of Physics D: Applied Physics, 47(37), 374001 (2014). https://doi.org/10.1088/0022-3727/47/37/374001

D. M. Esbergenov, and S. S. Nasriddinov, Russian Physics Journal, 65(9), (2022). (in Russian)

B.G. Svensson, and A. Hallén, Journal of Applied Physics, 74(10), 6521 (1993). https://doi.org/10.1063/1.355052

M. Shiraishi, J.-U. Sachse, H. Lemke, and J. Weber, Materials Science and Engineering B, 58(1–3), 130 (1999). https://doi.org/10.1016/S0921-5107(98)01052-8

M.K. Bakhadyrkhanov, B.K. Ismaylov, S.A. Tachilin, K.A. Ismailov, and N.F. Zikrillaev, Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics, 23(4), 361 (2020). https://doi.org/10.15407/spqeo23.04.361

Опубліковано
2025-12-08
Цитовано
Як цитувати
Ісмаїлов, К. А., Ісмайлов, Б. К., Зікріллаєв, Н. Ф., Кенжаєв, З. Т., Олламберганов, Ш. З., & Сапаров, А. К. (2025). Вплив дифузії нікелю на стан пасток та якість інтерфейсу в структурах полікристалічного кремнію. Східно-європейський фізичний журнал, (4), 386-391. https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-4-36
Розділ
Статті

Найбільш популярні статті цього автора (авторів)