УДК 681.382.473
БЛЫНСКИЙ В.И., МАЛЫШЕВ С.А.
преобразование коротковолновых квантов света в длинноволновые с

последующим поглощением и генерацией носителей заряда в
КРЕМНИЕВЫЕ ФОТОДИОДЫ
монокристаллическом кремнии не могут быть определяющими
С ПАССИВИРУЮЩЕЙ ПЛЕНКОЙ ИЗ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ
механизмами из-за их низкой эффективности. Рассеяние света в пористом

кремнии должно было бы увеличить чувствительность в длинноволновой
Институт электроники НАН Беларуси,
области спектра [1], что не наблюдается экспериментально
220090, Минск,Логойский тракт, 22, тел.:(017) 265-33-27,

fax:(017) 283-91-51, e-mail: lpo@inel.bas-net.by
0,6

0,5
В работе исследовались спектральные характеристики кремниевых
фотодиодов с тонкой плёнкой пористого кремния на поверхности.
0,4
Объектом исследования являлись кремниевые p-n переходы, на
/Вт 0,3
фоточувствительной поверхности которых создавалась тонкая ( 1 мкм)
, A
2
плёнка пористого кремния. Фотодиоды формировались в кремниевой
Sl 0,2
3
подложке n- типа (100) с удельным сопротивлением 20W см. Поверхность
1
подложки защищалась пленкой термического SiO
0,1
2 толщиной 0,3 мкм.
После проведения по ней фотолитографии и имплантации бора
0
формировались p-n переходы глубиной 1,2-1,3 мкм и площадью 1,6 см2.
0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2
Алюминиевый контакт к p-области кремния формировался по ее
l, мкм

периферии, соответственно, к n- области кремния - с тыльной стороны

кремниевой подложки, предварительно легированной фосфором. В
Рис. 1 Спектральные
характеристики p-n переходов
в
исследуемых фотодиодах плёнка двуокиси кремния, пассивирующая края
фотогальваническом режиме. 1, 2 - толщина плёнки пористого кремния
выхода p-n перехода на поверхность, дополнительно закрывалась
0.55 и 0.27 мкм соответственно; 3 - p-n переход без плёнки пористого
химически
стойким
лаком.
Анодирование
фоточувствительной
кремния
поверхности
фотодиода
проводилось
в
электролите
состава

HF:C2H5OH:H2O = 1:1:1 Положительный потенциал прикладывался к
Интерференционные явления в пористом кремнии могут оказывать
подложке, освещенной лампой накаливания мощностью 100 Вт.
определенное влияние на спектральную чувствительность, приводя к
Формируемые
пленки
пористого
кремния
имели
коэффициент
уменьшению коэффициента отражения света от фоточувствительной
преломления и пористость, соответственно 1,8 и 50%.
поверхности фотодиода. Однако с учетом того, что максимум
Как в контрольном, так и в исследуемом фотодиодах положение
коэффициента отражения света от фоточувствительной поверхности
длинноволновой границы области спектральной чувствительности
кремниевых фотодиодов не превышает 30%, даже уменьшение
соответствовало 1,13 мкм, а максимума спектральной чувствительности -
коэффициента отражения до нуля не может объяснить наблюдаемое
0,93 мкм. Создание на поверхности фотодиода пленки пористого кремния
увеличение спектральной чувствительности
приводило к увеличению спектральной чувствительности в
Наиболее вероятным механизмом, определяющим высокую
коротковолновой области спектра на 100-200% (рис.1). Уменьшение
спектральную чувствительность в КВ области спектра исследуемых
толщины пористого кремния приводило к увеличению спектральной
фотодиодов, является низкая скорость поверхностной рекомбинации на
чувствительности.
границе раздела пористый кремний - монокристаллический кремний. К
Проанализированы
различные
механизмы,
влияющие
на
снижению скорости поверхностной рекомбинации могут привести две
спектральную чувствительность фотодиодов с пассивирующей пленкой из
причины.
пористого кремния: в коротковолновой области спектра.
Первая может быть обусловлена тем, что пленка пористого кремния
Фотогенерация носителей заряда в пористом кремнии и
формируется из приповерхностного слоя монокристаллического кремния,

обогащенного дефектами. При высокой пористости кремния ширина его
запрещенной зоны возрастает. В данном случае пленка пористого кремния
являлась бы широкозонным окном. Однако, это должно было бы привести
к увеличению фоточувствительности в коротковолновой области спектра
при увеличении толщины пленки пористо кремния, что противоречило
результатам эксперимента (рис.1, кривая 2). По-видимому, это связано с
относительно низкой пористостью пленки пористого кремния.
На наш взгляд доминирующим механизмом, определяющим
высокую спектральную чувствительность исследуемых фотодиодов,
является проникновение водорода в приповерхностную область кремния p-
типа при электрохимическом анодировании [2]. Происходящая при этом
пассивация глубоких центров обуславливает уменьшение количества
рекомбинационных центров, а пассивация водородом акцепторных
уровней - обеднение приповерхностной области кремния р- типа
основными носителями заряда. Оба фактора приводят к уменьшению
скорости поверхностной рекомбинации[3].
При условии, что диффузионная длина генерируемых светом
неосновных носителей заряда в p- области кремния превышает глубину
залегания p-n перехода, это приводит к увеличению спектральной
чувствительности,
наиболее
существенному
для
квантов
света,
преимущественно поглощающихся в p- области кремния. При увеличении
длины волны света, когда большая часть квантов поглощается за p-n
переходом, влияние этого эффекта снижается, что и наблюдается
экспериментально. При уменьшении толщины плёнки пористого кремния
уменьшается доля нефотоактивного поглощения коротковолнового света в
фотодиоде, что приводит к увеличению спектральной чувствительности в
синей области спектра.
Полученные результаты могут быть использованы при разработке
перспективных кремниевых солнечных элементов.

1. Фаренбрух В.И., Бьюб Р. Солнечные элементы. Теория и эксперимент.
М. Энергоатомиздат,1987, - 274 с.
2. S.J.Pearton, J.W.Corbett, T.S.Shi .Hydrogen in crystalline semiconductors.
Appl. Phys. А. 1987, vol.43, p.153-195.
3. В.А.Зуев,
Ф.В.Саченко,
К.В.Толпыго.
Неравновесные
приповерхностные процессы в полупроводниковых приборах М. Сов.
Радио, 1977,-256 с.