Хімія, фізика та технологія поверхні, 2018, 9 (2), 158-166.

Релаксація розподілу надлишкових неосновних носіїв заряду в макропористому кремнію



DOI: https://doi.org/10.15407/hftp09.02.158

L. A. Karachevtseva, V. F. Onyshchenko

Анотація


Релаксація розподілу надлишкових неосновних носіїв заряду в структурі макропористого кремнію була розрахована методом кінцевих різниць. Початковий розподіл надлишкових неосновних носіїв заряду має два максимуми, після генерації носіїв заряду електромагнітної хвилею 0.95 мкм з малою глибиною поглинання. Перший максимум функції початкового розподілу знаходиться в макропористому шарі, другий - в монокристалічній підкладці. Поверхнева рекомбінація призводить до дифузії надлишкових носіїв заряду до центрів рекомбінації і створює неоднорідність їх розподілу. Виявлено швидке зменшення максимуму функції розподілу надлишкового носіїв заряду в макропористому шарі і поблизу межі між макропористим шаром і монокристалічною підкладкою. Виявлено повільне зниження функції розподілу в монокристалічній підкладці. Швидкість зміни концентрації надлишкових неосновних носіїв заряду з часом зменшується в шарі макропористого кремнію через високу рекомбінацію і збільшується за рахунок дифузії носіїв заряду до поверхні кремнієвої підкладки. Після генерації фотоносіїв електромагнітною хвилею 0.95 мкм з малою глибиною поглинання, швидкість зміни концентрації надлишкових неосновних носіїв заряду з часом зменшується в шарі макропористого кремнію через високу рекомбінацію і збільшується за рахунок їх дифузії до поверхні кремнієвої підкладки. Після однорідної генерації носіїв заряду електромагнітною хвилею 1.05 мкм з великою глибиною поглинання формується один максимум розподілу надлишкових неосновних носіїв заряду. Водночас швидкість зміни концентрації надлишкових неосновних носіїв заряду з часом зменшується у всій структурі.


Ключові слова


релаксація; розподіл носіїв заряду; макропористий кремній

Повний текст:

PDF (English)

Посилання


1. Barillaro G., Bruschi P., Pieri F., Strambini L.M. CMOS-compatible fabrication of porous silicon gas sensors and their readout electronics on the same chip. Phys. Status Solidi A. 2007. 204(5): 1423. https://doi.org/10.1002/pssa.200674370

2. Cardador D., Vega D., Segura T., Trifonov A., Rodríguez A. Enhanced geometries of macroporous silicon photonic crystals for optical gas sensing applications. Photonics Nanostruct. Fundam. Appl. 2017. 25: 46. https://doi.org/10.1016/j.photonics.2017.04.005

3. Barillaro G., Strambini L.M. An integrated CMOS sensing chip for NO2 detection. Sens. Actuators. B. 2008. 134(2): 585. https://doi.org/10.1016/j.snb.2008.05.044

4. Ernst M., Brendel R., Ferre R., Harder N.‐P. Thin macroporous silicon heterojunction solar cells. Phys. Status Solidi RRL. 2012. 6(5): 187. https://doi.org/10.1002/pssr.201206113

5. Ernst M., Brendel R. Macroporous silicon solar cells with an epitaxial emitter. IEEE J. Photovoltaics. 2013. 3(2): 723. https://doi.org/10.1109/JPHOTOV.2013.2247094

6. Onyshchenko V.F., Karachevtseva L.A., Lytvynenko O.O., Plakhotnyuk M.M., Stronska O.Y. Effective lifetime of minority carriers in black silicon nano-textured by cones and pyramids. Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics. 2017. 20(3): 325. https://doi.org/10.15407/spqeo20.03.325

7. Selj J.H., Marstein E., Thogersen A. et al. Porous silicon multilayer antireflection coating for solar cells; process considerations. Phys. Status Solidi C. 2011. 8(6): 1860. https://doi.org/10.1002/pssc.201000033

8. Mendoza-Aguero N., Agarwal V., Villafan-Vidales H.I., Campos-Alvarez J. and Sebastian P.J. A heterojunction based on macro-porous silicon and zinc oxide for solar cell application. J. New Mater. Electrochem. Syst. 2015. 18(4): 225.

9. Treideris M., Bukauskas V., Rėza A., Šimkienė I., Šetkus A., Maneikis A., Strazdienė V. Macroporous Silicon structures for light harvesting. Mater. Sci. E. 2015. 21(1): 3. https://doi.org/10.5755/j01.ms.21.1.5725

10. Loget G., Vacher A., Fabre B., Gouttefangeas F., Joanny L. and Dorcet V. Enhancing light trapping of macroporous silicon by alkaline etching: application for the fabrication of black Si nanospike arrays. Mater. Chem. Front. 2017. 9: 1881. https://doi.org/10.1039/C7QM00191F

11. Onyshchenko V.F., Karachevtseva L.A. Conductivity and photoconductivity of two-dimensional macroporous silicon structures. Ukr. J. Phys. 2013. 58(9): 846. https://doi.org/10.15407/ujpe58.09.0846

12. Ernst M., Brendel R. Modeling effective carrier lifetimes of passivated macroporous silicon layers. Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2011. 95(4): 1197. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2011.01.017

13. Onyshchenko V.F., Karachevtseva L.A. Effective minority carrier lifetime and distribution of steady-state excess minority carriers in macroporous silicon. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2017. 8(3): 322. https://doi.org/10.15407/hftp08.03.322

14. Onyshchenko V.F. Distribution of non-equilibrium charge carriers in macroporous silicon structure under conditions of their homogeneous generation over the simple bulk. Optoelectronics and Semiconductor Technique. 2015. 50: 125. [in Ukrainian].

15. Onyshchenko V.F. Distribution of photocarriers in macroporous silicon in case of the spatially inhomogeneous generation of charge-carriers. Optoelectronics and Semiconductor Technique. 2016. 51: 158. [in Ukrainian].

16. Karachevtseva L.A., Onyshchenko V.F., Sachenko A.V. Photoconductivity relaxation and electron transport in macroporous silicon structures. Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics. 2017. 20(4): 475. https://doi.org/10.15407/spqeo20.04.475

17. Deinega A., John S. Finite difference discretization of semiconductor drift-diffusion equations for nanowire solar cells. Comput. Phys. Commun. 2012. 183(10): 2128. https://doi.org/10.1016/j.cpc.2012.05.016

18. Green M.A., Keevers M.J. Optical properties of intrinsic silicon at 300 K. Prog. Photovoltaics Res. Appl. 1995. 3(3): 189. https://doi.org/10.1002/pip.4670030303




DOI: https://doi.org/10.15407/hftp09.02.158

Copyright (©) 2018 L. A. Karachevtseva, V. F. Onyshchenko