363
Фотоэнергетика является одним из основных источников обеспечения энергией
человечества в будущем. Хотя при использовании фотоэнергетики существуют ряд
недостатков и нерешенных проблем, но больше имеется таких преимуществ как:
бесконечность,
экологическая чистота, независимость от различных человеческих и
природных факторов при получении энергии от Солнца. Главное ограничение
широкомасштабного использования кремниевых фотоэлементов в земных условиях это
достаточно низкий коэффициент их полезного действия (~20 %). Хотя фотоэлементы на
основе полупроводниковых соединений имеют достаточно высокой КПД, более 50 % в
многокаскадных фотоэлементах, они практически не
могут быть использованы для
широкомасштабного использования в наземных условиях из-за: 1) слишком сложных и
дорогостоящих технологических операций при их изготовлении; 2) достаточно малого
запаса полупроводниковых соединений на земном шаре (по отношению к кремния в 10
6
÷
10
7
раз меньше); 3) токсичности элементов полупроводниковых соединений [1].
Одним из современных и удобных методов создания наноструктур в
полупроводниках является формирование кластеров примесных атомов в кристаллической
решетке. Преимущества этого метода в отличие от
существующих заключается в
следующем: возможность формирования наноразмерных структур по всему объему
кристалла, управление их концентрацией, структурой и составом, а также формирование
магнитных, многозарядных и бинарных кластеров. Эти особенности нанокластеров
примесных атомов позволяют не только управлять фундаментальными параметрами
материала, но и создавать принципиально новые материалы с наноразмерными
структурами.
В данной работе приводятся оригинальные результаты по структуре и составу
кластеров примесных атомов никеля.
Исследование показало, что практически все
примесные атомы Ni могут образовывать кластеры в решетке кристалла. Кинетику
формирования, а также размер, концентрацию и природу кластеров в основном определяют
коэффициент диффузии, коэффициент пресыщения твердого раствора, время и
температура после диффузионного низкотемпературного отжига.
Анализ результатов,
приведенных выше работ позволяет сделать некоторые важные выводы:
1. Для формирования нанокластеров необходимо вынудить атомы диффундировать
в решетке по междоузлиям и обеспечить их нахождение только в междоузельных
состояниях в решетке кремния.
2. Концентрации термодинамический равновесных вакансий в процессе диффузии
должны быть существенно меньше, чем концентрации атомов в междоузлиях, это означает,
что концентрация атомов в узлах решетки, которые появляются за счет захвата
междоузельных атомов должна быть существенно мала. Это условие необходимо для
максимального образования комплексов с участием примесных атомов и дефектами
решетка.
3. Атомы в междоузлиях должны находиться в
заряженном состоянии, это
обстоятельство необходимо не только для осуществления достаточно быстрого
перемещения атомов по междоузлиям, но и для скопления этих атомов вокруг каких-либо
отрицательно заряженных дефектов.
4. Расстояние между отрицательно заряженным дефектом и примесным атомом (где
существуют силы притяжения) и расстояние между двумя заряженными примесными
атомами (где существуют силы отталкивание) должны быть таковы, чтобы такие
комплексы могли стабильно существовать.
5. Не допускать во время диффузии эрозии поверхности кремния, в
результате
которых образуются различные силициды и различные сплавы, которые не позволяют
равномерно распределяться примеси в решетке.