2.2.6. Трехмерные объемные эффекты в гомогенных переходах

Большинство моделей электронно-дырочного перехода основано на рассмотрении геометрически плоской структуры, которая одномерна также и в пространстве энергий, в соответствии с общепринятой схемой построения зонной диаграммы. Однако в ряде случаев необходим анализ трехмерной модели перехода. Что касается его микроструктуры, то профиль распределения легирующей примеси статистически неоднороден и, кроме того, возможно ее скопление вокруг точечных дефектов. Включения нежелательных примесей или дефекты, введенные в материал в процессе

его обработки, могут создавать области, где время жизни носителей заряда на несколько порядков меньше, чем в расположенных рядом ненарушенных областях. В отдельных случаях эти дефекты могут существенным образом влиять на вольт-амперные характеристики приборов. Это было убедительно показано [Schwuttke, 1974] после получения данных о распределении времени жизни носителей заряда по поверхности пластин монокристаллического кремния (для измерений использовало» множество мельчайших конденсаторов со структурой металл-оксид-полупроводник) Изучение структуры этих же пластин методами растровой и просвечивающей электронной микроскопии показало, что области с малым временем жизни носителей заряда, как правило, представляют собой участки, содержащие микротрещины глубиной до 100 мкм, которые образовались в процессе резки слитков на пластины. Кроме того, границы зерен, проникающие в область перехода, и дефекты на границе раздела могут содержать электрический заряд, вследствие чего образуются области сильного поля и возникают большие туннельные токи.

Другой пример существования пространственных неоднородностей (играющих чрезвычайно важную роль в солнечных элементах) связан с вариациями скорости поверхностной рекомбинации носителей из-за наличия контактной сетки. На участках поверхности, заключенных между контактными полосами, скорость рекомбинации S можно существенно снизить с помощью оксидного пассивирующего покрытия. Однако под контактной сеткой значения S остаются большими (вплоть до см/с). Если диффузионный слой обладает такими свойствами, при которых определяется преимущественно скоростью поверхностной рекомбинации S (как следует из рис. 2.6, в этом случае ), то вольт-амперные характеристики элементов могут значительно ухудшиться даже при малой площади контактной сетки, составляющей лишь 5-10% площади поверхности элементов.

Установлено, что во многих солнечных элементах, имеющих диодный коэффициент и в особенности в элементах малой площади, преобладает темновой ток, обусловленный рекомбинацией носителей на тех участках границы раздела и внешних поверхностей, которые расположены вдоль периметра -перехода.

Показано [Stringfellow, 1976], что в светодиодах на основе гетероперехода рекомбинационно-генерационный ток зависит непосредственно от отношения площади прибора к периметру и его значение временно понижается после плазменного травления в Хотя и другие [Sah е. а., 1957], подтверждая справедливость своей теории, полагали, что в кремниевых диодах с -переходом краевые токи прибора пренебрежимо малы, в своей более поздней работе показал [Sah, 1962], что при отсутствии соответствующего поверхностного слоя оксида они могут быть весьма существенны. Подробные исследования [Henry е. а., 1978] процесса люминесценции в -гетеропереходах на основе привели к выводу о том, что токи, которым отвечают , обусловлены поверхностной рекомбинацией носителей по периметру перехода при различных видах обработки поверхности. По мнению авторов, равенство диодного коэффициента двум объясняется тем, что при фиксированном положении уровня Ферми для поддержания поверхности

в электронейтральном состоянии требуется сохранять постоянным отношение плотностей тока электронов и дырок. Несмотря на то что эти измерения были выполнены для приборов малой площади (около ), они отчетливо показывают, что в реальных солнечных элементах краевыми токами пренебрегать нельзя. Эти выводы справедливы также и для поликристаллических солнечных элементов, в которых подобные краевые токи могут существовать на границах зерен, пересекающих область перехода.