Звіт по науково-дослідній роботі. Євтух Анатолій Антонович. Впорядковані наноструктури на поверхні кремнію для високоефективних фотоелектричних перетворювачів

Реєстраційний номер

0215U007714, 0115U005559 , Науково-дослідна робота

Назва роботи

Впорядковані наноструктури на поверхні кремнію для високоефективних фотоелектричних перетворювачів

Назва етапу роботи

Керівник роботи

Євтух Анатолій Антонович,

Дата реєстрації

25-12-2015

Організація виконавець

Інститут фізики напівпровідників імені В.Є.Лашкарьова НАН України

Опис етапу

Звіт подається в одному томі і складає 86 сторінок, у тому числі рисунків 42, таблиць 4, використаних джерел 100. Ключові слова: мікро- та наноструктурована поверхня, кремнієві нанодроти, метал-каталітичне хімічне травлення, електрохімічне травлення, пористі оксидні матриці. Мета проекту: Дослідження та розробка формування впорядкованих наноструктур, а саме систем ямок та нанодротів, на поверхні кремнію для створення високоефективних фотоелектричних перетворювачів. В результаті виконання проекту отримані наступні основні результати: 1. Розроблена технологія формування нанодротин кремнію методом метал-каталітичного хімічного травлення. Встановлено, що при травленні кремнію у розчині HF/AgNO3 протягом 5 хв. утворюються прості протравлені структури, а протягом 30 хв.- ниткоподібні кристали. Модифікування методу метал-каталітичного хімічного травлення шляхом різного способу створення маски дозволило отримати регулярні нанопоруваті структури Si з середнім діаметром пор порядку 700-800 нм, а також довільно впорядковані нанопоруваті структури з діаметром пор 200 нм. На основі аналізу технологічних особливостей розглянутих методів отримано наноструктуровані поверхні кремнію, які характеризувались високою поглинальною та низькою відбивною здатністю. 2. При формуванні кремнієвих нанодротин методом електрохімічного травлення встановлено, що додавання окисника до розчину електроліту збільшує електродний потенціал кремнію відносно електроліту під час електрохімічного травлення за рахунок гальванічної анодизації, що сприяє екстракції дірок з кремнію на іони окисника, завдяки чому відбувається більш однорідне травлення поверхні. Шорсткість плівок por-Si при збільшенні концентрації H2O2 від 0,97М до 2,5М зменшується майже в два рази (від 3,17 нм до 1,82 нм). При цьому розміри крупних пор однакові, але їх поверхнева концентрації зменшується. Запропонована модель для розрахунку оптичних параметрів плівок поруватого кремнію з еліпсометричних вимірів. В рамках моделі було підтверджено, що із збільшенням часу травлення одночасно з травленням об'ємного кремнію вглиб проходить розтравлювання поверхні вже сформованих нанокристалітів por-Si. 3. Використавши метод хімічного парового осадження у відкритій проточній системі отримано масиви нановіскерів Si на кремнієвій підкладці з середнім діаметром 200-600 нм. Встановлено, що мінімальне значення коефіцієнта відбивання для нановіскерів Si становило 5%, а максимальне значення коефіцієнта поглинання 97%. Як результат, запропоновано концепцію створення антивідбивних поверхонь на основі нановіскерів Si, вирощених методом хімічного парового осадження та нанопоруватих структур Si, отриманих матодом метал-каталітичного хімічного травлення. 4. Розроблено та оптимізовано режими формування пористих оксидних матриць. Встановлено, що для відтворюваного отримання діелектричних матриць оксиду алюмінію з малим розкидом діаметру і відстані між порами необхідно використовувати багатостадійний процес. На першій стадії проводиться анодне окислення в 0,3 М розчині щавлевої кислоти при напрузі 40 В і температурі 0°С протягом 2 год. Потім весь пористий оксид алюмінію видаляється в суміші кислот 0,2 М H2CrO4 і 0,4M Н3РО4 при 60°С протягом 5хв. Потім знову проводиться процес анодування. І так до тих пір поки не спостерігається різкий спад струму. В результаті отримуються пори розміром 20 - 35 нм. Найбільша впорядкованість досягається при напрузі близько 40 В, вона поліпшується зі збільшенням часу першого анодування та концентрації кислоти. При товщині плівки 2 мкм час анодування становив 15 хв.

Опис продукції

Технологічні процеси формування впорядкованих наноструктур на поверхні кремнію методами метал-каталітичного хімічного травлення, електрохімічного травлення та вирощування ноновістрів з парогазової фази. Результати досліджень оптичних характеристик наноструктурованих поверхонь.

Автори роботи

Євтух Анатолій Антонович
Братусь Олег Леонідович
Григор'єв Антон Олександрович
Кизяк Анатолій Юрійович
Парфенюк Павло Васильович
Чудовська Галина Вікторівна

Додано/оновлено в НРАТ

2020-04-02