{"title":"优化光电接收器和太阳能元件量子点结构的外延合成模式","authors":"","doi":"10.34077/rcsp2019-107","DOIUrl":null,"url":null,"abstract":"Одним из самых перспективных путей увеличения эффективности солнечных элементов является\nиспользование германиевых квантовых точек на кремниевых подложках. В таких структурах\nформируется так называемая промежуточная зона – область разрешенных состояний в запрещенной\nзоне кремния. Поэтому становится возможным двухступенчатый переход носителей из валентной\nзоны в зону проводимости через промежуточную зону, вызванный поглощением\nнизкоэнергетических фотонов. В результате наблюдается продление спектра чувствительности\nсолнечного элемента в длинноволновую область и соответствующее увеличение эффективности\nпреобразования солнечной энергии. Кроме того, достоинством структур с квантовыми точками Ge/Si\n(гетероструктур II типа) является большое время жизни носителей, обусловленное непрямыми\nоптическими переходами и пространственным разделением электронов и дырок [1, 2].\nФотодетекторы с квантовыми точками германия в кремнии также привлекают большое внимание\nисследователей благодаря совместимости с хорошо развитой кремниевой технологией, работе в\nдиапазоне длин волн прозрачности атмосферы, а также потенциально высокой чувствительности.\nОднако для реализации всех потенциальных возможностей фотодетекторов и солнечных элементов\nна основе наноструктур с квантовыми точками германия в кремнии необходима тщательная\nотработка технологии их синтеза [3, 4].\nВ данной работе проводится анализ перспектив дальнейшего использования наногетероструктур с\nквантовыми точками германия на кремнии в различных оптоэлектронных устройствах, таких как,\nнапример, солнечные элементы и фотоприемники видимого и инфракрасного диапазонов. С\nиспользованием комплексной математической модели, позволяющей рассчитать зависимости\nпараметров выращиваемых методом молекулярно-лучевой эпитаксии массивов самоформирующихся\nнаноостровков германия-кремния от условий роста, потоков осаждаемых материалов, состояния\nподложки теоретически оценены ростовые параметры, необходимые для синтеза таких приборноориентированных гетероструктур. Произведен расчет темнового тока и обнаружительной\nспособности для реальных фоточувствительных структур с квантовыми точками германия на\nкремнии. Оценены темновые токи в таких структурах, вызванные тепловой эмиссией и барьерным\nтуннелированием носителей, а также обнаружительная способность фотоприемника в приближении\nограничений генерационно-рекомбинационными шумами. Показано, что при выборе для параметров\nмодели (в том числе расстояния между энергетическими уровнями и дисперсии этих расстояний от\nточки к точке, определяемой разбросом островков в массиве по размерам) значений,\nсоответствующих экспериментальным исследованиям морфологии и энергетической структуры\nрассматриваемых образцов, результаты моделирования хорошо соответствуют экспериментальным\nданным.\nОсобое внимание также уделяется теоретической оценке режимов роста для создания ансамблей\nостровков требуемого размера и высокой плотности, с заданными положениями дискретных\nэнергетических уровней и промежуточной зоны для создания солнечных элементов на их основе","PeriodicalId":118786,"journal":{"name":"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»","volume":"25 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0000,"publicationDate":"2019-05-24","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":"0","resultStr":"{\"title\":\"Оптимизация режимов эпитаксиального синтеза структур с квантовыми точками для\\nфотоприемников и солнечных элементов\",\"authors\":\"\",\"doi\":\"10.34077/rcsp2019-107\",\"DOIUrl\":null,\"url\":null,\"abstract\":\"Одним из самых перспективных путей увеличения эффективности солнечных элементов является\\nиспользование германиевых квантовых точек на кремниевых подложках. В таких структурах\\nформируется так называемая промежуточная зона – область разрешенных состояний в запрещенной\\nзоне кремния. Поэтому становится возможным двухступенчатый переход носителей из валентной\\nзоны в зону проводимости через промежуточную зону, вызванный поглощением\\nнизкоэнергетических фотонов. В результате наблюдается продление спектра чувствительности\\nсолнечного элемента в длинноволновую область и соответствующее увеличение эффективности\\nпреобразования солнечной энергии. Кроме того, достоинством структур с квантовыми точками Ge/Si\\n(гетероструктур II типа) является большое время жизни носителей, обусловленное непрямыми\\nоптическими переходами и пространственным разделением электронов и дырок [1, 2].\\nФотодетекторы с квантовыми точками германия в кремнии также привлекают большое внимание\\nисследователей благодаря совместимости с хорошо развитой кремниевой технологией, работе в\\nдиапазоне длин волн прозрачности атмосферы, а также потенциально высокой чувствительности.\\nОднако для реализации всех потенциальных возможностей фотодетекторов и солнечных элементов\\nна основе наноструктур с квантовыми точками германия в кремнии необходима тщательная\\nотработка технологии их синтеза [3, 4].\\nВ данной работе проводится анализ перспектив дальнейшего использования наногетероструктур с\\nквантовыми точками германия на кремнии в различных оптоэлектронных устройствах, таких как,\\nнапример, солнечные элементы и фотоприемники видимого и инфракрасного диапазонов. С\\nиспользованием комплексной математической модели, позволяющей рассчитать зависимости\\nпараметров выращиваемых методом молекулярно-лучевой эпитаксии массивов самоформирующихся\\nнаноостровков германия-кремния от условий роста, потоков осаждаемых материалов, состояния\\nподложки теоретически оценены ростовые параметры, необходимые для синтеза таких приборноориентированных гетероструктур. Произведен расчет темнового тока и обнаружительной\\nспособности для реальных фоточувствительных структур с квантовыми точками германия на\\nкремнии. Оценены темновые токи в таких структурах, вызванные тепловой эмиссией и барьерным\\nтуннелированием носителей, а также обнаружительная способность фотоприемника в приближении\\nограничений генерационно-рекомбинационными шумами. Показано, что при выборе для параметров\\nмодели (в том числе расстояния между энергетическими уровнями и дисперсии этих расстояний от\\nточки к точке, определяемой разбросом островков в массиве по размерам) значений,\\nсоответствующих экспериментальным исследованиям морфологии и энергетической структуры\\nрассматриваемых образцов, результаты моделирования хорошо соответствуют экспериментальным\\nданным.\\nОсобое внимание также уделяется теоретической оценке режимов роста для создания ансамблей\\nостровков требуемого размера и высокой плотности, с заданными положениями дискретных\\nэнергетических уровней и промежуточной зоны для создания солнечных элементов на их основе\",\"PeriodicalId\":118786,\"journal\":{\"name\":\"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»\",\"volume\":\"25 1\",\"pages\":\"0\"},\"PeriodicalIF\":0.0000,\"publicationDate\":\"2019-05-24\",\"publicationTypes\":\"Journal Article\",\"fieldsOfStudy\":null,\"isOpenAccess\":false,\"openAccessPdf\":\"\",\"citationCount\":\"0\",\"resultStr\":null,\"platform\":\"Semanticscholar\",\"paperid\":null,\"PeriodicalName\":\"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»\",\"FirstCategoryId\":\"1085\",\"ListUrlMain\":\"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-107\",\"RegionNum\":0,\"RegionCategory\":null,\"ArticlePicture\":[],\"TitleCN\":null,\"AbstractTextCN\":null,\"PMCID\":null,\"EPubDate\":\"\",\"PubModel\":\"\",\"JCR\":\"\",\"JCRName\":\"\",\"Score\":null,\"Total\":0}","platform":"Semanticscholar","paperid":null,"PeriodicalName":"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»","FirstCategoryId":"1085","ListUrlMain":"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-107","RegionNum":0,"RegionCategory":null,"ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":null,"EPubDate":"","PubModel":"","JCR":"","JCRName":"","Score":null,"Total":0}
Оптимизация режимов эпитаксиального синтеза структур с квантовыми точками для
фотоприемников и солнечных элементов
Одним из самых перспективных путей увеличения эффективности солнечных элементов является
использование германиевых квантовых точек на кремниевых подложках. В таких структурах
формируется так называемая промежуточная зона – область разрешенных состояний в запрещенной
зоне кремния. Поэтому становится возможным двухступенчатый переход носителей из валентной
зоны в зону проводимости через промежуточную зону, вызванный поглощением
низкоэнергетических фотонов. В результате наблюдается продление спектра чувствительности
солнечного элемента в длинноволновую область и соответствующее увеличение эффективности
преобразования солнечной энергии. Кроме того, достоинством структур с квантовыми точками Ge/Si
(гетероструктур II типа) является большое время жизни носителей, обусловленное непрямыми
оптическими переходами и пространственным разделением электронов и дырок [1, 2].
Фотодетекторы с квантовыми точками германия в кремнии также привлекают большое внимание
исследователей благодаря совместимости с хорошо развитой кремниевой технологией, работе в
диапазоне длин волн прозрачности атмосферы, а также потенциально высокой чувствительности.
Однако для реализации всех потенциальных возможностей фотодетекторов и солнечных элементов
на основе наноструктур с квантовыми точками германия в кремнии необходима тщательная
отработка технологии их синтеза [3, 4].
В данной работе проводится анализ перспектив дальнейшего использования наногетероструктур с
квантовыми точками германия на кремнии в различных оптоэлектронных устройствах, таких как,
например, солнечные элементы и фотоприемники видимого и инфракрасного диапазонов. С
использованием комплексной математической модели, позволяющей рассчитать зависимости
параметров выращиваемых методом молекулярно-лучевой эпитаксии массивов самоформирующихся
наноостровков германия-кремния от условий роста, потоков осаждаемых материалов, состояния
подложки теоретически оценены ростовые параметры, необходимые для синтеза таких приборноориентированных гетероструктур. Произведен расчет темнового тока и обнаружительной
способности для реальных фоточувствительных структур с квантовыми точками германия на
кремнии. Оценены темновые токи в таких структурах, вызванные тепловой эмиссией и барьерным
туннелированием носителей, а также обнаружительная способность фотоприемника в приближении
ограничений генерационно-рекомбинационными шумами. Показано, что при выборе для параметров
модели (в том числе расстояния между энергетическими уровнями и дисперсии этих расстояний от
точки к точке, определяемой разбросом островков в массиве по размерам) значений,
соответствующих экспериментальным исследованиям морфологии и энергетической структуры
рассматриваемых образцов, результаты моделирования хорошо соответствуют экспериментальным
данным.
Особое внимание также уделяется теоретической оценке режимов роста для создания ансамблей
островков требуемого размера и высокой плотности, с заданными положениями дискретных
энергетических уровней и промежуточной зоны для создания солнечных элементов на их основе