Реферат: Исследование взаимосвязи электрофизических параметров кремния полученного методом карботермического восстановления от технологии его получения

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.

N	Тип провод.	r Ом× см	s Ом-1 × см-1	R см3 к	n см-3	m см3 в× с	d см
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
10-1	N	1.240	0.800	13.050	4.79*1017	10.450	0.17
10-2	N	0.670	1.490	31.410	1.99*1017	46.700	0.20
10-3	P	1.920	0.520	17.360	3.60*1017	10.450	0.17
11-1	P	1.390	0.735	31.000	2.00*1017	22.300	0.30
11-2	P	0.670	1.500	22.300	2.80*1017	33.800	0.29
13-1*	P	0.274	3.650	13.890	4.50*1017	51.000	0.20
13-2*	P	0.255	3.920	25.000	2.50*1017	98.000	0.17
14-1	P	0.192	5.200	9.8750	6.30*1017	51.350	0.14
14-2	P	0.165	6.060	6.3900	9.78*1017	38.720	0.16
15-1	P	0.181	5.525	4.5400	1.38*1018	25.080	0.15
15-2	P	0.260	3.846	4.6800	1.34*1018	18.000	0.12
16-1*	P	0.094	10.70	6.2000	1.00*1018	66.340	0.26
16-2*	P	0.104	9.590	7.4500	8.39*1017	71.440	0.24
21-1*	P	0.094	10.64	8.4700	7.38*1017	90.100	0.20
21-2*	P	0.089	11.24	8.8100	7.10*1017	99.000	0.20
21-4*	P	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 r, 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 dp или dn 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 t.

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:

J12=J21 (1.1)

При внешних воздействиях этот принцип нарушается и появляется компонента J12’. При этом в зонах появляются неравновесные носители заряда с концентрациями:

dn=n-n0 dp=p-p0 (1.2)

Если в полупроводнике нет электрического тока, то изменение концентрации электронов и дырок, при внешнем воздействии, выглядит так:

ddn/dt = Gn-Rn ddp/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)/tn Rp=(p-p0)/tp (1.4)

Иначе говоря, 1/t есть вероятность исчезновения одного избыточного заряда из одной зоны в единицу времени в следствии рекомбинации

ddn/dt = Gn-dn/tn ddp/dt = Gp-dp/tp (1.5)

Стационарные концентрации неравновесных носителей заряда, устанавливающиеся после длительного воздействия внешней генерации, равны

(dn)s =Gntn (dp)s = Gptp (1.6)

Величины tn tp зависят от физических особенностей элементарных актов рекомбинации электронов и дырок. При этом tn и tp , вообще говоря, могут сами зависеть от неравновесных концентраций dn и dp , а также от температуры. Поэтому tn и tp не являются характеристиками данного полупроводника , но зависят еще от условий опыта. Если dn=dp, то и времена tn tp равны, и мы имеем единое время жизни электронно-дырочных пар t=tn=tp.