Сделай Сам Свою Работу на 5

Строение твердого раствора Ge в Si в системе Ge-Si





Курсовая работа

Расчет свойств и режимов получения полупроводникового материала Si-Ge-P с целью создания на его основе приборной структуры

 

 

Студент: Кравчук А. С.

Группа: МПП-02-1

 

2006 год.


Содержание:

1. Материал на основе Si в системе Si-Ge-P……………………………………... стр. 3
2. Поведение германия в кремнии и фосфора в кремнии  
1) Строение твердого раствора Ge в Si в системе Ge-Se…………………........ стр. 5
2) Состояние Ge в твердом растворе на основе Si……………………….…..... стр. 5
3) Влияние Ge на физические свойства Si ……………………………….……. стр. 8
4) Взаимодействие атомов Ge со структурными дефектами в Si………….…. стр. 10
5) Влияние германия на радиационные свойства кремния……………….…... стр. 12
6) Поведение P в Si……………………………………………………………..... стр. 15
3. Параметры режима выращивания легированного бездислокационного монокристалла…………………………………………………………………........ стр. 16
4. Распределение градиента температуры в выращиваемом кристалле…….….. стр. 19
5. Расчет параметров режима охлаждения монокристалла…………………….. стр. 20
6. Физические свойства полученного монокристалла Si-Ge-P…………………. стр. 21
7. Обоснование глубины залегания p-n-перехода……………………………….. стр. 21

Материал на основе Si в системе Si-Ge-P



На основе SiGe уже разработаны и применяется множество различных приборов Это простые и каскадные фотоэлементы (гетероструктуры с варизонными слоями GexSi1-x), фотоприёмники для волоконно-оптических линий связи, регистрирующих сигналы с определенной длинной волны, приборы повышенной радиационной стабильностью, ядерные детекторы со скоростью счета в несколько раз выше, чем кремниевые, гетеро-биполярные транзисторы, гетеро-CMOS элементы и т.д. Гетеро-биполярные транзисторы способны работать на частотах до 200 ГГц, имеют низкий уровень шумов и при этом довольно технологичны в изготовлении. В данной работе рассматривается разработка материала для солнечных элементов.

 

Основные принципы работы солнечных батарей

Простейшая конструкция солнечного элемента (СЭ) – прибора для преобразования энергии солнечного излучения – на основе монокристаллического кремния показана на рис. 1.



 

 

Рис. 1. Конструкция солнечного элемента

 

На малой глубине от поверхности кремниевой пластины p-типа сформирован p-n-переход с тонким металлическим контактом. На тыльную сторону пластины нанесен сплошной металлический контакт. Когда СЭ освещается, поглощенные фотоны генерируют неравновесные электрон-дырочные пары. Электрон, генерируемые в p-слое вблизи p-n-перехода, подходят к p-n-переходу и существующим в нем электрическим полем выносятся в n-область. Аналогично и избыточные дырки, созданные в n-слое, частично переносятся в p-слой (рис. 2а).

 

Рис. 2. Зонная модель разомкнутого p-n-перехода: а) – в начальный момент освещения; б) – изменение зонной модели под действием постоянного освещения и возникновения фотоЭДС

 

В результате n-слой приобретает дополнительный отрицательный заряд, а p-слой – положительный. Снижается первоначальная контактная разность потенциалов между p- и n-слоями полупроводника, и во внешней цепи появляется напряжение (рис. 3б). Отрицательному полюсу источника тока соответствует n-слой, а p-слой – положительному.

 

Для эффективной работы солнечных элементов необходимо соблюдение ряда условий:

 

- оптический коэффициент поглощения активного слоя полупроводника должен быть достаточно большим, чтобы обеспечить поглощение существенной части энергии солнечного света в пределах толщины слоя;

- генерируемые при освещении электроны и дырки должны эффективно собираться на контактных электродах с обеих сторон активного слоя;



- солнечный элемент должен обладать значительной высотой барьера в полупроводниковом переходе;

- полное сопротивление, включенное последовательно с солнечным элементом (исключая сопротивление нагрузки), должно быть малым для того, чтобы уменьшить потери мощности (джоулево тепло) в процессе работы;

- структура тонкой пленки должна быть однородной по всей активной области солнечного элемента, чтобы исключить закорачивание и влияние шунтирующих сопротивлений на характеристики элемента.

 

Концентрация германия намного больше концентрации легирующей примеси. Концентрация германия должна быть порядка 1019 - 1020см-3 и даже больше, концентрация фосфора 1015см-3. Время жизни неосновных носителей заряда τннз ~ 50 мкс. Концентрация кислорода порядка 1017см-3. Удельное сопротивление материала ρ = 5,8 Ом∙см. Кристалл выращивается бездислокацинным.

 

Строение твердого раствора Ge в Si в системе Ge-Si

 

Кремний и германий – элементы IV группы Периодической системы Д. И. Менделеева – кристаллизуются в структуру алмаза. Они неограниченно растворяются друг в друге, образуя непрерывный ряд твердых растворов замещения с положительной энергией смешения.

Рис. 3. Фазовая диаграмма Ge-Si

 

Перед измерением все сплавы были подвергнуты гомогенизации в течении нескольких месяцев. Диаграмма состояния характеризуется образованием непрерывного ряда твердых растворов. Никаких фазовых превращений после отжига сплавов в течение нескольких месяцев при 925, 715, 295, 177 ˚ С не было обнаружено. Параметр решетки плавно изменяется при изменении состава и характеризуется средним сжатием решётки на 0,0008 нм, т.е. немного меньше, чем на 0,2% во всем интервале концентраций.

 

Происходит отрицательное отклонение от правила Вегарда. a = ∑xjaj, где a – период решетки твердого раствора, xjaj – конц. и период решетки j-го компонента. Максимальное отклонение (чуть более 0,1%) наблюдались в центральной части. Твердые растворы (Ge, Si) имеют разупорядоченную структуру типа алмаза, в которой атомы компонента, содержащегося в сплаве в меньшем количестве, вероятнее всего расположены во второй координационной сфере.

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.