Главная / Рефераты / Рефераты по радиоэлектронике
Реферат: Исследование взаимосвязи электрофизических параметров кремния полученного методом карботермического восстановления от технологии его получения
Notice: Undefined variable: ref_img in /home/area7ru/area7.ru/docs/referat.php on line 323
Министерство общего и высшего образования
Российской Федерации
Иркутский Государственный Университет
Физический факультет
Кафедра электроники твердого тела
Курсовая работа
Исследование взаимосвязи электрофизических параметров кремния полученного методом карботермического восстановления от технологии его получения.
Работу выполнил: студент группы 1431
Ширяев Дмитрий Анатольевич
Научный руководитель: кандидат ф-м наук, доцент кафедры электроники твердого тела
Синицкий Владимир Васильевич
Иркутск 1998г.
Оглавление:
Введение…..3
1 Технология получения столбчатого мультикремния из кремния полученного методом карботермического восстановления….5
2 Электрофизические параметры и зависимость их от технологий производства.6
3 Диффузионная длина, фотопроводимость, время жизни..7
3.1 Понятие времени жизни…...8
3.2 Фотопроводимость…9
3.3 Многозарядные ловушки в полупроводниках….…..11
4. Установка для измерения жизни неравновесных носителей заряда в полупроводниках….13
Заключение.14
Использованные источники…..15
Приложение16
Введение.
Технология получения чистого полупроводникого кремния на данный момент отработана достаточно хорошо. Наиболее чистые материалы получают путем синтеза кремния в газовую фазу (SiCl3), последующую очистку и восстановления чистого кремния.
Данный метод достаточно дорог для солнечной энергетики, так как в солнечных элементах, где основную стоимость составляет именно используемый кремний и применение кремния восстановленного из газовой фазы приведет к такой цене, что преимущество солнечной (альтернативной) энергетики перед традиционными источниками энергии, будет можно сказать с обратным знаком.
В связи с этим, рядом научных и производственных объединений Иркутской области ведутся работы по получению более дешевых технологий получения солнечного кремния. Технология предусматривает карботермическое восстановление из чистых природных кварцитов, имеющихся в Прибайкалье, и последующую его очистку путем отмывания в различных кислотах и перекристаллизацию при различных технологических параметрах.
Возникает необходимость исследования дефектности структур, а также одержания в нем примесей и связи этих параметров с характеристиками технологических процессов.
В прошлой курсовой работе нами были поставлены и апробированы на получаемых образцах методики, позволяющие получать информацию о типе полупроводника, его электропроводности, о концентрации носителей заряда и их подвижности.
Для чего использовались две методики измерения это: 1.Измерение удельной электропроводности четырехзондовым методом 2.Измерение ЭДС Холла.
Полученные нами данные хорошо согласовались с табличными данными, что говорило о хорошей применимости данных методов контроля для предъявляемых требований. Прошлогодние результаты говорили о следующих особенностях первых полученных образцов: низкая подвижность меньше на два порядка табличных данных, что приводило к выводу о высоком содержании электронейтральной примесей.
Институтом Геохимии СО РАН проводились работы по совершенствованию методик получения чистого кремния, было использовано другое сырье, которое синтезировалось в других условиях, очистка кремния методом рафинирования ; что позитивно отразилось на данных полученных нами. Так же ими получены данные химического анализа исследуемых нами образцов.
Задача настоящей курсовой работы, заключалась в дальнейшем исследовании зависимости электрофизических параметров кремния полученного методом карботермического восстановления и разработка методики, позволяющей получать данные о кинетических процессах происходящих в исследуемом кремнии.
1. Технология получения столбчатого мультикремния из кремния полученного методом карботермического восстановления.
В этом году институтом Геохимии СО РАН проводились работы по совершенствованию методик очистки кремния. Было использовано:
1)Другое сырье, синтезировалось в других условиях (Ирказ), где установлена специализированная печь для получения поликристаллического кремния.
2)Институт применял метод рафинирования (двойная перекристаллизация методом
Стокбаргера).
3)Получены данные химического анализа как для сырья, так и для полученных образцов, что позволяет говорить о степени очистки и судить о примесях которые определяют происходящие процессы и механизмы рассеяния в полупроводнике.
4) Необходимое дробление материла можно осуществлять разными методами, но неизбежно одно, что при использовании, скажем стального молотка, в образце растет концентрация Fe. В связи с этим, для дробления был использован молибденовая насадка для пресса, молибдена мало в исходном материале, то есть его появление можно обосновать используемой в технологическом процессе насадкой.
5) Очистка кремния методом вакуумной сублимации. В атмосфере 10-3 Тор осуществляется нагрев в ростовой печи происходит испарение примесей t плав. которых меньше t плав. кремния. ( 1450(С. Дальше доводят температуру в печи до температуры плавления и выдерживают некоторое время для испарения более тугоплавких примесей. Затем температуру поднимают на отметку 50-70(С выше температуры плавления для испарения еще более тугоплавких примесей и выдерживают в этом режиме некоторое время. Скорость роста при этом лежит около 0.8 см/час.
Рис.1
После роста, получаем кремний, который имеет области монокристалличности схематично изображенные на рис.1. Это так называемый, столбчатый мультикремний.
2. Электрофизические параметры и зависимость их от технологий производства.
Электрофизические параметры образцов приведены в таблице 1.
Тип ( ( n ( d
N провод. Ом( см Ом-1 ( см-1R см-3 см3 см
см3 в( с
к
7-1 N 0.145 6.850 58.140 1.17(1017 355.04 0.20
7-2 N 0.077 13.04 50.250 1.24(1017 655.26 0.19
8-1 N 5.260 0.190 566.60 1.10(1016 107.65 0.20
8-2 N 1.205 0.830 27.320 2.28(1017 22.680 0.20
9-1 N 0.470 2.320 25.600 2.44(1017 59.400 0.18
9-2 N 1.588 0.630 26.325 2.37(1017 16.580 0.28
10-1N 1.240 0.800 13.050 4.79(1017 10.450 0.17
10-2N 0.670 1.490 31.410 1.99(1017 46.700 0.20
10-3P 1.920 0.520 17.360 3.60(1017 10.450 0.17
11-1P 1.390 0.735 31.000 2.00(1017 22.300 0.30
11-2P 0.670 1.500 22.300 2.80(1017 33.800 0.29
13-1P 0.274 3.650 13.890 4.50(1017 51.000 0.20
*
13-2P 0.255 3.920 25.000 2.50(1017 98.000 0.17
*
14-1P 0.192 5.200 9.8750 6.30(1017 51.350 0.14
14-2P 0.165 6.060 6.3900 9.78(1017 38.720 0.16
15-1P 0.181 5.525 4.5400 1.38(1018 25.080 0.15
15-2P 0.260 3.846 4.6800 1.34(1018 18.000 0.12
16-1P 0.094 10.70 6.2000 1.00(1018 66.340 0.26
*
16-2P 0.104 9.590 7.4500 8.39(1017 71.440 0.24
*
21-1P 0.094 10.64 8.4700 7.38(1017 90.100 0.20
*
21-2P 0.089 11.24 8.8100 7.10(1017 99.000 0.20
*
21-4P 0.093 10.72 8.1300 7.69(1017 87.200 0.20
*
Таблица 1 *-образец перекристаллизован два раза
Анализ результатов позволяет сделать некоторые выводы о зависимости от параметров:
1) В образцах, которые были перекристаллизованы два раза ощутимо меньше удельная электропроводность (, по сравнению с предыдущими образцами.
2) У этих образцов выше подвижность, что позволяет говорить о меньшем количестве примесей; о более глубокой очистке при данном методе.
В данных химического анализа [1], можно видеть:
1) Содержание всех элементов, кроме бора и фосфора, в сырье выше, чем в образцах очищенных кристаллизацией.
2) Бор и фосфор не изменяют свой концентрации при росте кристалла из сырья, и эта концентрация составляет приблизительно 1017 см-3, этот порядок совпадает с порядком величины концентрации носителей заряда в образцах.
Это позволяет сделать вывод, что тип полупроводника и концентрацию носителей заряда в нашем случае определяет именно бор и фосфора.
3. Диффузионная длина, фотопроводимость, время жизни.
Для полного исследования образцов кремния на предмет применимости их в качестве солнечных элементов, недостаточно всех вышеупомянутых методов, позволяющих контролировать основные электрофизические параметры. Необходимо представлять кинетику происходящих в полупроводнике процессов. Основой кинетической характеристикой (7) полупроводниковых материалов является диффузионная длина пробега: длина L на которой (p или (n уменьшаться в e раз в отсутствии внешнего поля. Прямым методом это измерить в нашем случае затруднительно из-за большого количества примесей. Поэтому наша задача измерить время жизни неравновесных носителей заряда (.
3.1 Понятие времени жизни неравновесных носителей заряда.
В полупроводнике (5,7) под влиянием внешнего воздействия концентрации электронов и дырок могут изменяться на много порядков. При термодинамическом равновесии действует принцип детального равновесия, который говорит:
(12=(21
(1.1)
При внешних воздействиях этот принцип нарушается и появляется компонента
(12’. При этом в зонах появляются неравновесные носители заряда с концентрациями:
(n=n-n0 (p=p-p0
(1.2)
Если в полупроводнике нет электрического тока, то изменение концентрации электронов и дырок, при внешнем воздействии, выглядит так: d(n/dt = Gn-Rn d(p/dt = Gp-Rp
(1.3)
Gn , Gp – означает темп генерации
Rn , Rp – соответственно темп рекомбинации
Для количественного описания приводится схема кинетики неравновесных электронных процессов применяется понятие среднего времени жизни неравновесных электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне:
Rn=(n-n0)/(n Rp=(p-p0)/(p
(1.4)
Иначе говоря, 1/( есть вероятность исчезновения одного избыточного заряда из одной зоны в единицу времени в следствии рекомбинации d(n/dt = Gn-(n/(n d(p/dt = Gp-(p/(p
(1.5)
Стационарные концентрации неравновесных носителей заряда, устанавливающиеся после длительного воздействия внешней генерации, равны
((n)s =Gn(n ((p)s = Gp(p (1.6)
Величины (n (p зависят от физических особенностей элементарных актов рекомбинации электронов и дырок. При этом (n и (p , вообще говоря, могут сами зависеть от неравновесных концентраций (n и (p , а также от температуры. Поэтому (n и (p не являются характеристиками данного полупроводника , но зависят еще от условий опыта. Если (n=(p, то и времена
(n (p равны, и мы имеем единое время жизни электронно-дырочных пар (=(n=(p.
3.2 Понятие фотопроводимости.
Простейший способ создания неравновесных носителей заряда состоит в освещении полупроводника. Возникновение неравновесных носителей проявляется в изменении электропроводности полупроводника (фотопроводимость).
Электронные переходы при оптической генерации могут быть различными. Если энергия фотонов h( ( Eg , те неравновесные электроны и дырки образуются вследствие возбуждения электронов из валентной зоны в зону проводимости
(собственная оптическая генерация, собственная фотопроводимость). Однако при наличии примесей фотопроводимость может возникать и при h( ( Eg .
Оптическая генерация электронов и дырок обязательно сопровождается дополнительным поглощением света. Собственное поглощение света, наблюдается при h( ( Eg и связано с переходами зона-зона и образованием пар. Примесное поглощение, связанное с возбуждением электронов и дырок с примесных уровней в зоны. Поглощение в собственной полосе частот обычно на много порядков больше поглощения в примесной зоне.
Темп оптической генерации связан с коэффициентом поглощения света
G=((()((()I(x)
(2.1)
((()-квантовый выход внутреннего фотоэффекта, равный числу носителей заряда, рождаемых в среднем одним поглощенным фотоном
I(x) - монохроматический световой поток, рассчитанный на единицу поверхности.
((() - коэффициент поглощения света.
В общем случае g различно в разных точках полупроводника (неоднородная генерация). Изменение проводимости полупроводника обусловлено тем, что при освещении изменяется как концентрация электронов и дырок, так и их подвижность. Однако относительное влияние обоих этих причин может быть весьма различным. Действительно, возникающая в результате поглощения пара электрон-дырка получает некий квазиимпульс и энергию (h(-Eg).Пусть, для простоты, энергия передается только одному из фотоносителей, скажем электрону (что имеет место при сильном различии масс Mn и Mp). Эта избыточная энергия затем растрачивается всл...
ВНИМАНИЕ!
Текст просматриваемого вами реферата (доклада, курсовой) урезан на треть (33%)!
Чтобы просматривать этот и другие рефераты полностью, авторизуйтесь на сайте:
|
|
|
Добавлено: 2011.01.16
Просмотров: 1246
|
Notice: Undefined offset: 1 in /home/area7ru/area7.ru/docs/linkmanager/links.php on line 21
При использовании материалов сайта, активная ссылка на AREA7.RU обязательная! |
