Сектор "Технологічні методи наноелектроніки"

Сектор "Технологічні методи наноелектроніки"

Завідувач сектором с.н.с., канд..фіз.-мат.наук Литвиненко С.В.

 

Напрями наукових досліджень:

Сенсоріка:

·        Розробка оригінальних трансдюсерних принципів, тобто шляхів перетворення первинної хімічної інформації у зручні електричні сигнали. Запропоновано принцип, який включає два основних етапи: на першому етапі досліджувана хімічна речовина впливає на властивості інтерфейсу з кремнієм, а на другому – утворюється фотоелектричний сигнал, що залежить від властивостей інтерфейсу.

·        Запропоновані сенсорні структури, які підтримують цей принцип. Серед них структури з пласким p-n переходом на тильній поверхні, з зустрічно-смужковим переходом на тильній поверхні, з смужковим бар’єром Шотткі на лицевій поверхні.

·        Проводяться дослідження по модифікації поверхні шарами оксидів, нітридів, наночастинками різної природи, з метою задати специфічну взаємодію з певною речовиною.

·        Виготовлено структури прототипу електронного носу та проведено дослідження з розпізнавання речовин

Сонячні елементи:

·        Розроблюються методи дослідження СЕ, які спираються на аналіз наведеного фотоелектричного сигналу при скануванні лазерним променем.

·        Запропоновано отримувати інформацію про дефекти пластин – підкладинок для СЕ з дослідження електрохімічної комірки кремній-електроліт

·        Досліджується можливість застосування розподілу магнітного поля для визначення якості СЕ та пластин.

Воднева енергетика:

·        Розроблено пристрій – кероване джерело водню, яке зберігає водень у твердому порошку пористого кремнію, генерує газ при потребі споживання паливним елементом, зупиняє генерацію при відключенні споживання. Значною перевагою є те, що зберігання та генерація водню відбувається при кімнатній температурі та нормальному атмосферному тиску.

Оскільки сонячні елементи являють собою напівпровідникові прилади великої площі, то однорідність фізичних параметрів напівпровідника та переходу вельми сильно впливає на ефективність перетворення енергії. Найбільш відомим засобом контролю неоднорідності є метод наведених струмів (Light Beam Induced Current, LBIC). Як приклад, представлено розподіл фотоструму, одержаного цим методом експериментально при лазерному скануванні.

В цьому напрямі розроблюється декілька інноваційних підходів. Неоднорідний розподіл важливих параметрів фізичної структури сонячного елемента створює певний розподіл густини струмів в ньому. Зокрема, можуть існувати окремі дефектні місця в сонячному елементі, через які проходить струм підвищеної густини. Незважаючи на незначну площу таких дефектів, через них може проходити більша частина загального темнового струму, що суттєво зменшує показники – напруга холостого ходу (фото е.р.с.), коефіцієнт форми ВАХ, коефіціент корисної дії.

Для розробників важливо виявити такі дефекти, встановити причини їх виникнення. На жаль, згаданий метод LBIC не відображує розподіл темнових струмів. Відомо, що така задача була вирішена шляхом спостереження температурного розподілу на поверхні, що обумовлений локальним перегрівом дефектних місць при пропусканні імпульсного струму.

Для вимірювання температурного сигналу були застосовані чутливі температурні датчики або інфрачервоні камери. Недоліком такого підходу є те, що потрібно подолати компроміс між покращенням локалізації при збільшенні частоти стуму та збільшенням сигналу при зменшенні частоти. Натомість нами було запропоновано відслідковувати розподіл струмів за його прямим проявом – магнітним полем. На наступному рисунку представлено розподіл магнітного поля для того ж самого сонячного елемента при пропусканні прямого струму певної величини від зовнішнього електричного кола.

 

Шкала умовних кольорів відповідає величинам магнітного поля, яке, в свою чергу, відображує розподіл густини струмів. Застосування різних експериментальних режимів, таких, як наявність освітлення, проходження струмів від зовнішнього кола, математична обробка даних дозволяє отримати важливу інформацію про згадані дефектні місця з підвищеною густиною струму, а також дефекти та ефективність струмозбираючої гребінки. Інший підхід діагностики напівпровідникових пластин для сонячних елементів спирається на вже згадану методику наведених струмів. Але, для отримання електричних сигналів потрібно включити пластину до вимірювального кола за допомогою електричних контактів, які відсутні у пластини.

Тому було запропоновано створити такі контакти за допомогою електроліту та оптично прозорих шарів виродженого напівпровідника ITO. Прикладення електричної напруги певної полярності між досліджуваною пластиною та згаданим контактом утворює вигин зон на поверхні напівпровідника, як у справжньому сонячному елементі. Хоча, порівняно високий опір такого бар’єру дозволяє вимірювати лише малі змінні сигнали в цьому колі.

Такий підхід є аналогом потенціометричних вимірювань, коли наведений сигнал залежить від контактної різниці потенціалів між двома електродами. При незмінних характеристиках референтного електроду та електроліту розподіл наведеного сигналу покаже неоднорідність поверхневих характеристик пластини напівпровідника.

Якщо ж за допомогою електроліту та додаткового електроду створити випрямляючий бар’єр на тильній стороні пластини, то фотоелектричний сигнал можна буде спостерігати і в цьому випадку. Але, на відміну від уже розглянутого, тут сигнал залежатиме від поглинання світла, рекомбінаційних властивостей поверхні та об’єму напівпровідника, від процесів дифузії носіїв заряду. Отже, може бути реалізовано два режими LBIC, які відображують різні властивості пластини кремнію, і це дає можливість оцінити її якість як проміжного етапу при виготовленні сонячних елементів.

ІНСТИТУТ ВИСОКИХ ТЕХНОЛОГІЙ Матеріали дозволено використовувати на умовах GNU FDL без незмінюваних секцій та Creative Commons Attribution/Share-Alike
Дизайн: Інститут високих технологій
Ivan Ivanov