Андронова Олена Валеріївна. Рідиннофазна епітаксія структур на основі CaSb для термофотовольтаічних перетворювачів

Краткое описание

Андронова Олена Валеріївна. Рідиннофазна епітаксія структур на основі CaSb для термофотовольтаічних перетворювачів: дисертація канд. техн. наук: 05.27.06 / Херсонський держ. технічний ун-т. - Херсон, 2003

Андронова О.В. Рідиннофазна епітаксія структур на основі GaSb для термофотовольтаічних перетворювачів. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.27.06 технологія, обладнання та виробництво електронної техніки. Херсонський державний технічний університет, Херсон, 2003.
Дисертація присвячена розробці методик отримання з рідкої фази гомо- та гетероепітаксійних структур на основі GaSb для ТФВ-перетворювачів, а також дослідженню можливості підвищення ефективності ТФВ-перетворювачів за рахунок створення масиву квантових крапок у матриці GaSb. Для формування субмікронних емітерних областей ТФВ-перетворювачів на основі GaSb запропоновано та розроблено метод імпульсного охолодження насиченого розчину-розплаву з реалізацією теплообміну між теплопоглиначем і підкладкою через шар водню. Отримано структури GaSb/InAs з різкими гетерограницями, розроблено методику отримання з рідкої фази квантоворозмірних структур InSb в матриці GaSb.

Проведено комплекс досліджень з отримання рідиннофазною епітаксією структур на основі GaSb з параметрами, необхідними для створення ТФВ-перетворювачів, в результаті якого розроблено методику виготовлення гомо- і гетероепітаксійних структур з високою контрольованістю товщини (включаючи субмікронні шари) і складу вирощених шарів, а також методику отримання з рідкої фази квантоворозмірних структур InSb в матриці GaSb, перспективних як альтернатива каскадним ТФВ-перетворювачам.
Показано, що використання методу примусового охолодження розчину сурми в розплаві галію дозволяє вирощувати при температурах початку епітаксії 450-6000С на підкладках орієнтацією (111) дзеркальні гомоепітаксійні шари GaSb з товщиною понад 1 мкм при створенні квазірівноважних умов кристалізації шляхом зниження швидкості охолодження розчину-розплаву до 0,10С/хв. Для формування субмікронних гомоепітаксійних шарів GaSb розроблено та використано метод імпульсного охолодження насиченого розчину-розплаву, в якому теплообмін між теплопоглиначем та підкладкою здійснюється через шар водню, що дозволило в широких межах варіювати тривалість переохолодження розчину-розплаву і здійснювати кристалізацію епітаксійних шарів з товщиною від десятків до сотень нанометрів.
Розроблено методику виготовлення гомоепітаксійних p-n-структур GaSb з контрольованою товщиною емітерних епітаксійних шарів, яка базується на використанні методу імпульсного охолодження насиченого розчину-розплаву з реалізацією теплообміну між теплопоглиначем і підкладкою через шар водню та на циклічному повторі операцій імпульсного охолодження до досягнення необхідної товщини епітаксійного шару. Виготовлено епітаксійні p-n-структури GaSb для ТФВ-перетворювачів з товщиною емітерної області близько 0,5 мкм, які не поступаються за значеннями зворотних струмів і шунтуючих опорів структурам з дифузійними p-n-переходами, описаними в літературі.
Досліджено процеси вирощування гетероепітаксійних шарів GaSb на підкладках InAs методом примусового охолодження розчину-розплаву. Показано, що в квазірівноважних умовах у зв’язку з розчиненням підкладки InAs при контакті з розчином-розплавом Ga-Sb відбувається кристалізація гетероепітаксійних шарів четверних твердих розчинів InXGa1-XAsYSb1-Y. Запропоновано та досліджено вирощування структур GaSb/InAs с різкою гетерограницею шляхом формування на початкових стадіях кристалізації захисного шару GaSb, який запобігає розчиненню підкладки InAs.

Запропоновано та розроблено модифікований метод імпульсного охолодження насиченого розчину-розплаву, в якому охолодження підкладки теплопоглиначем здійснюється через шар водню до контакту підкладки InAs з розчином-розплавом Ga-Sb, що дозволяє запобігти розчиненню підкладки та отримувати гетероструктури GaSb/InAs з планарною гетерограницею. Показана перспективність використання отриманих гетероструктур для виготовлення каскадних ТФВ-перетворювачів.
Вперше в якості альтернативи каскадним ТФВ-перетворювачам запропоновано використання масиву квантових крапок InSb в матриці GaSb для утилізації довгохвильового випромінювання, що знаходиться за межею поглинання антимоніду галію. Граничний приріст ефективності перетворення за рахунок утилізації довгохвильового випромінювання при оптимальних розмірах квантових крапок InSb в матриці p-GaSb (~13 нм) та n-GaSb (~10 нм) склав, відповідно, 7 та 7,5 %.
Продемонстровано можливість отримання з рідкої фази та вперше методом імпульсного охолодження насиченого розчину-розплаву отримано квантоворозмірні структури InSb в матриці GaSb. Спектри фотолюмінесценції отриманих структур були пояснені на основі моделі, згідно з якою квантоворозмірні структури InSb в матриці GaSb являють собою плоскі диски висотою 5 нм та радіусом 10 нм, сформовані на змочувальному шарі антимоніду індію товщиною 2 нм.