ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ ПОРИСТОГО НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ

Рассмотрены особенности технологии изготовления, а также результаты исследования морфологии, электрофизических и фотоэлектрических свойств фоточувствительных структур на основе кремния, содержащих слои карбида кремния и пористого кремния. Пористый слой создан на поверхности монокристаллических подложек кремния методом электролитического травления во фторсодержащих растворах. Использованы пластины с разным микрорельефом поверхности — полированной, шлифованной, текстурированной. Карбидизация образцов, приводящая к образованию гетероструктур SiC/Si, проведена методом газотранспортной эндотаксии в потоке водорода в вертикальном реакторе с холодными стенками с использованием графитового контейнера. Исследованы структура и состав изготовленных гетероструктур SiC/Si на разных типах структурированной поверхности поликристаллического и монокристаллического кремния, включая поверхность пористого слоя кремния. Показано, что в процессе эндотаксии на всех типах поверхности образуется фаза монокристаллического карбида кремния кубической модификации. Проведено исследование морфологии изготовленных структур методами растровой и просвечивающей электронной микроскопии. Зафиксировано наличие нитевидных образований различной структуры на поверхностях без пор, которые идентифицированы как карбидокремниевые, а также цилиндрических или конических образований на пористой поверхности, природа которых неясна. Построены графики вольт−амперных и ампер−ваттных характеристик для всех типов изготовленных структур, общий вид которых свидетельствует
о наличии в них нескольких потенциальных барьеров. Проанализированы фотоэлектрические свойства структур и перспективность их использования в фотоэлектрических преобразователях солнечных элементов. 

1. Garcia−Linares, P. Advances on multijunction solar cell characterization aimed at the optimization of real concentrator performance / P. Garcia−Linares, C. Dominguez, P. Voarino, P. Besson, M. Baudrit // AIP Conf. Proc. − 2014. − V. 1616. − P. 110.

2. Conebeer, G. Silicon nanostructures for third generation photovoltaic solar cells / G. Conebeer, M. Green, R. Corkish, Y. Cho, E.−C. Cho, C.−W. Jiang, T. Fangsuwannarak, E. Pink, Y. Huang, T. Puzzer, T. Trupke, B. Richards, A. Shalav, K.−L. Lin // Thin Solid Films. − 2006. − V. 511/512. − P. 654—662.

3. Bisi, O. Porous silicon: a quantum sponge structure for silicon based optoelectronics / O. Bisi, S. Ossicini, L. Pavesi // Surf. Sci. Rep. − 2000. − V. 38. − P. 1—126.

4. Bilyk, T.Yu. Improvement of silicon solar cells performance by using of nanostructured silicon layer / T. Yu. Bilyk, M. M. Melnichenko, O. M. Shmyryeva, K. V. Svezhentsova // Электроника и связь (Електроніка та зв’язок, Electronics and Communications). − 2010. − V. 6(59). − P. 101—106.

5. Латухина, Н. Новые перспективы старых материалов: кремний и карбид кремния / Н. Латухина, В. Чепурнов, Г. Писаренко // Электроника НТБ. − 2013. − No 4(00126). − С. 104—110.

6. Латухина, Н. В. Кремний и карбид кремния: новые перспективы развития / Н. В. Латухина, В. И. Чепурнов, Г. А. Писаренко, А. С. Рогожин // Сб. трудов 12 Междунар. науч. конф.−шк. «Материалы нано−, микро−, оптоэлектроники и волоконной оптики: физические свойства и применение». − Саранск, 2013. − С. 35.

7. Латухина, Н. В. Структуры с макропористым кремнием для фотопреобразователей на кремниевой подложке / Н. В. Латухина, Н. А. Нечаева, В. А. Храмков, А. В. Волков, А. Н. Агафонов // Тонкие пленки в оптике и наноэлектронике. Сб. докл. 18 Междyнар. симп. − Харьков, 2006. − Т. 2. − С. 207—211.

8. Латухина, Н. В. Фотоэлектрические свойства структур с микро− и нанопористым кремнием / Н. В. Латухина, Т. С. Дереглазова, С. В. Ивков, А. В. Волков, В. А. Деева // Изв. Самарского научного центра РАН. − 2009. − Т. 11, No 3(29). − С. 66—71.

9. Латухина, Н. В. Фоточувствительная матрица на основе пористого микрокристаллического кремния / Н. В. Латухина, Г. А. Писаренко,А.В.Волков,В.А.Китаева//Вестн.Самарского гос. ун−та. Естественно−науч. сер. − 2011. − No 5 (86). − C. 115—121.

10. Чепурнов, В. И. Пат. No 2370851. Способ самоорганизующейся эндотаксии моно 3C−SiC на Si подложке / В. И. Чепурнов / Заявл. 01.2006.

11. Латухина, Н.В. Фоточувствительные гетероструктуры на основе пористого нанокристаллического кремния для ФЭП / Н. В. Латухина, А. С. Рогожин // Кн. тез. IX Междунар. конф. и VIII Школы молодых ученых «Кремний−2012». − СПб., 2012. − С. 257—258.

12. Яровой, Г. П. Кремниевые фотоэлектрические преобразователи для космической и авиационной отрасли / Г. П. Яровой, Н. В. Латухина, А.С. Рогожин, А.С. Гуртов, С.В. Ивков, С.И. Миненко // Изв. СНЦ РАН. − 2012. − Т. 14, No 1(2). − С. 521—524.

13. Кузнецов, В. Л. Общие закономерности формирования углеродных наноструктур и нитевидных кристаллов карбида кремния на поверхности металлических катализаторов / В. Л. Кузнецов, А. Н. Усольцева, И. Н. Мазов // Российский хим. журнал. − 2004. − Т. XLVIII, No 5. − С. 37—45.

14. Харламов, А.И. Полые наноструктуры карбида кремния /А.И. Харламов, Н.В. Кириллова, С.Н. Каверина // Теоретическая и экспериментальная химия. − 2002. − Т. 38, No 4. − С. 232—237.

15. Wei, B.Q. Simultaneous growth of silicon carbide nanorods and carbon nanotubes by chemical vapor deposition / B. Q. Wei, J. W. Ward, R. Vajtai, P. M. Ajayan, R. Ma, G. Ramanath // Chem. Phys. Lett. − 2002. − V. 354, iss. 3–4. − P. 264—268.