Разработана физико-математическая модель массопереноса при ионно-лучевой кристаллизации. Рассмотрено получение фотоактивных структур Si(n+)/Si(p)/Si(p+) на подложках 100 мм методом ионно-лучевой кристаллизации. Определены оптимальные условия этого процесса: остаточное давление в ростовой камере — 10−4 Па; температура подложки — 550 °C; плотность ионного тока — 2 мА/см2; ускоряющее напряжение пучка — 400 В; расстояние «мишень — подложка» — 150 мм. Данные сканирующей электронной микроскопии показывают, что выращенные фотоструктуры имеют практически бездефектную поверхность. Установлено, что фотоструктуры Si(n+)/Si(p)/Si(p+) характеризуются внешним квантовым выходом более 90 % в диапазоне длин волн 550—900 нм (спектр AM 1,5) при следующих условиях: толщина фронтального слоя Si(n+) 100 нм, уровень легирования n+ = 5·1018 см−3, толщина слоя Si(p) 130 мкм, уровень легирования p = 2·1016 см−3, толщина слоя Si(p+) 500 нм, уровень легирования p+ = 1·1018 см−3.
ионно-лучевая кристаллизация, фотоактивная структура, внешний квантовый выход
Введение
Достижения в фотовольтаике стимулировали исследования фотоактивных материалов и структур, а также разработку методов их получения. На основе кремния и соединений AIIIBV созданы высокоэффективные солнечные элементы [1].
Для получения структур c фотоактивными областями широко применяются методы молекулярно-лучевой [2] и газофазной эпитаксии [3]. В последние три десятилетия технологии получения фотоактивных материалов и структур стремительно развиваются, производство становится сложнее. При этом исследователи продолжают искать новые методы получения фотоактивных материалов. Цель настоящей работы - получение и исследование фотоактивных слоёв и структур на основе Si методом ионно-лучевой кристаллизации (ИЛК).
Теоретическая часть
Для теоретического исследования ионно-лучевой кристаллизации однокомпонентных полупроводниковых материалов разработана математическая модель процесса. Она основана на имитационном подходе Монте-Карло.
На рис. 1 показана схема моделируемого процесса ионно-лучевой кристаллизации и используемые математические величины. Первичный пучок ионов аргона с энергией 
,
плотностью тока 
, диаметром 
падает на центральную часть мишени. Причём диаметр мишени должен быть больше диаметра ионного пучка. Угол падения (между вектором 
и плоскостью мишени) - произвольный 
. Пучок ионов выбивает атомы мишени, центр которой
1. Алфёров, Ж. И. Тенденции и перспективы развития солнечной энергетики / Ж. И. Алфёров, В. М. Андреев, В. Д. Румянцев // Физика и техника полупроводников. - 2004. - Т. 38, вып. 8. - С. 937-948.
2. Структуры GaAs c квантовыми точками InAs и As, полученные в едином процессе молекулярно-лучевой эпитаксии / В. Н. Неведомский [и др.] // Физика и техника полупроводников. - 2009. - Т. 43, вып. 12. - С. 1662-1666.
3. Высокоэффективные двухпереходные GaInP/GaAs солнечные элементы, полученные методом МОС-гидридной эпитаксии / В. М. Лантратов [и др.] // Физика и техника полупроводников. - 2007. - Т. 41, вып. 6. - С. 751-755.
4. Чеботарёв, С. Н. Моделирование зависимостей функциональных характеристик кремниевых солнечных элементов, полученных методом ионно-лучевого осаждения от толщины и уровня легирования фронтального слоя / С. Н. Чеботарёв, А. С. Пащенко, М. Л. Лунина // Вестник Южного научного центра. - 2011. - Т. 7, № 4. - С. 25-30.
5. Ионно-лучевое осаждение фотоактивных нанослоёв кремниевых солнечных элементов / Л. С. Лунин [и др.] // Неорганические материалы. - 2012. - Т. 48, № 5. - С. 517-522.
