Оптимизация режимов эпитаксиального синтеза структур с квантовыми точками для фотоприемников и солнечных элементов

Одним из самых перспективных путей увеличения эффективности солнечных элементов являетсяиспользование германиевых квантовых точек на кремниевых подложках. В таких структурахформируется так называемая промежуточная зона – область разрешенных состояний в запрещеннойзоне кремния. Поэтому становится возможным двухступенчатый переход носителей из валентнойзоны в зону проводимости через промежуточную зону, вызванный поглощениемнизкоэнергетических фотонов. В результате наблюдается продление спектра чувствительностисолнечного элемента в длинноволновую область и соответствующее увеличение эффективностипреобразования солнечной энергии. Кроме того, достоинством структур с квантовыми точками Ge/Si(гетероструктур II типа) является большое время жизни носителей, обусловленное непрямымиоптическими переходами и пространственным разделением электронов и дырок [1, 2].Фотодетекторы с квантовыми точками германия в кремнии также привлекают большое вниманиеисследователей благодаря совместимости с хорошо развитой кремниевой технологией, работе вдиапазоне длин волн прозрачности атмосферы, а также потенциально высокой чувствительности.Однако для реализации всех потенциальных возможностей фотодетекторов и солнечных элементовна основе наноструктур с квантовыми точками германия в кремнии необходима тщательнаяотработка технологии их синтеза [3, 4].В данной работе проводится анализ перспектив дальнейшего использования наногетероструктур сквантовыми точками германия на кремнии в различных оптоэлектронных устройствах, таких как,например, солнечные элементы и фотоприемники видимого и инфракрасного диапазонов. Сиспользованием комплексной математической модели, позволяющей рассчитать зависимостипараметров выращиваемых методом молекулярно-лучевой эпитаксии массивов самоформирующихсянаноостровков германия-кремния от условий роста, потоков осаждаемых материалов, состоянияподложки теоретически оценены ростовые параметры, необходимые для синтеза таких приборноориентированных гетероструктур. Произведен расчет темнового тока и обнаружительнойспособности для реальных фоточувствительных структур с квантовыми точками германия накремнии. Оценены темновые токи в таких структурах, вызванные тепловой эмиссией и барьернымтуннелированием носителей, а также обнаружительная способность фотоприемника в приближенииограничений генерационно-рекомбинационными шумами. Показано, что при выборе для параметровмодели (в том числе расстояния между энергетическими уровнями и дисперсии этих расстояний отточки к точке, определяемой разбросом островков в массиве по размерам) значений,соответствующих экспериментальным исследованиям морфологии и энергетической структурырассматриваемых образцов, результаты моделирования хорошо соответствуют экспериментальнымданным.Особое внимание также уделяется теоретической оценке режимов роста для создания ансамблейостровков требуемого размера и высокой плотности, с заданными положениями дискретныхэнергетических уровней и промежуточной зоны для создания солнечных элементов на их основе