Физические принципы роста кристаллических полупроводниковых структур для создания солнечных фотопреобразователей и термоэлектрических преобразователей (промежуточный, 2015 г.)

Получены режимы формирования тонкопленочных структур на основе кремния, германия, соединений A³B⁵ с параметрами, требуемыми для изготовления солнечных фотопреобразователей и термоэлектрических преобразователей. Экспериментально установлено, что на скорость роста слоев Ge методом «горячей проволоки» сильно влияет ее температура: с повышением температуры (1200 - 1550°C) скорость роста повышается. Исследовано влияние послеростового отжига гетероструктур на структурное совершенство слоев Ge. Отжиг при температуре 800°C в течение 30 мин, проводимый в установке роста, улучшает структурное совершенство слоев. При этом гладкость поверхности сохраняется. Установлено также, что в режиме двухтемпературного роста (рост затравочного слоя Ge при ~350°C и основного слоя при 500°C) структурное совершенство слоев Ge улучшается по сравнению с однотемпературным режимом роста. При этом поверхность слоя становится несколько грубее. Изготовлены образцы фотоэлектрических преобразователей на основе гетероструктуры с GaAs p-n-переходом и широкозонными ограничивающими слоями InGaP на подложках GaAs(100). Коэффициент преобразования на длине волны 0,8 мкм составил 35%, коэффициент полезного действия фотопреобразователей, исследованных на солнечном симуляторе, - 33%. Проведен выбор метода формирования и материала для термоэлектрических преобразователей энергии на основе полупроводниковых гетероструктур. Материал представляет собой сверхрешётку Si₀,₂Ge₀,₈/Ge (чередование слоев полупроводника Ge и твердого раствора Si₀,₂Ge₀,₈, толщиной 250 Å), которая формируется методом газофазной эпитаксии при атмосферном давлении на поверхности Si. На сформированных структурах исследованы температурные зависимости коэффициента Зеебека и рассчитаны значения фактора мощности в диапазоне температур 50 - 350°С. Получено, что для структур общей толщиной не более 4 мкм значения коэффициента Зеебека сопоставимы со значениями, полученными для объёмных материалов.