The physical and mathematical mass-transfer model of the ion-beam crystallization method is developed. The derivatization of photoactive structures Si(n+)/Si(p)/Si(p+) on 100 mm substrates through ion-beam crystallization is considered. The optimum conditions for the process: residual pressure in the growth chamber — 10−4 Pa; the substrate temperature — 550 °C; ion current density — 2 mA/cm2; acceleration voltage — 400 V; target — substrate distance — 150 mm are determined. The scanning electron microscopy data show that the grown photoactive structures have closely a faultless surface. The results demonstrate that the photoactive structures Si(n+)/Si(p)/Si(p+) offer the external quantum efficiency over 90 % in the wavelength range of 550—900 nm (spectrum AM 1.5) under the following conditions: front layer thickness Si(n+) — 100 nm; donor doping density n+ = 5∙1018 cm−3; layer thickness Si(p) — 130 μm; acceptor doping density p = 2∙1016 cm−3; layer thickness Si(p+) — 500 nm; acceptor doping density p+ = 1∙1018 cm−3.
ion-beam crystallization, photoactive structure, external quantum efficiency
Введение
Достижения в фотовольтаике стимулировали исследования фотоактивных материалов и структур, а также разработку методов их получения. На основе кремния и соединений AIIIBV созданы высокоэффективные солнечные элементы [1].
Для получения структур c фотоактивными областями широко применяются методы молекулярно-лучевой [2] и газофазной эпитаксии [3]. В последние три десятилетия технологии получения фотоактивных материалов и структур стремительно развиваются, производство становится сложнее. При этом исследователи продолжают искать новые методы получения фотоактивных материалов. Цель настоящей работы - получение и исследование фотоактивных слоёв и структур на основе Si методом ионно-лучевой кристаллизации (ИЛК).
Теоретическая часть
Для теоретического исследования ионно-лучевой кристаллизации однокомпонентных полупроводниковых материалов разработана математическая модель процесса. Она основана на имитационном подходе Монте-Карло.
На рис. 1 показана схема моделируемого процесса ионно-лучевой кристаллизации и используемые математические величины. Первичный пучок ионов аргона с энергией 
,
плотностью тока 
, диаметром 
падает на центральную часть мишени. Причём диаметр мишени должен быть больше диаметра ионного пучка. Угол падения (между вектором 
и плоскостью мишени) - произвольный 
. Пучок ионов выбивает атомы мишени, центр которой
1. Alferov, Zh. I. Tendentsii i perspektivy razvitiya solnechnoy energetiki / Zh. I. Alferov, V. M. Andreev, V. D. Rumyantsev // Fizika i tekhnika poluprovodnikov. — 2004. — T. 38, vyp. 8. — S. 937–948.
2. Struktury GaAs c kvantovymi tochkami InAs i As, poluchennye v edinom protsesse molekulyarno-luchevoy epitaksii / V. N. Nevedomskiy [i dr.] // Fizika i tekhnika poluprovodnikov. — 2009. — T. 43, vyp. 12. — S. 1662–1666.
3. Vysokoeffektivnye dvukhperekhodnye GaInP/GaAs solnechnye elementy, poluchennye metodom MOS-gidridnoy epitaksii / V. M. Lantratov [i dr.] // Fizika i tekhnika poluprovodnikov. — 2007. — T. 41, vyp. 6. — S. 751–755.
4. Chebotarev, S. N. Modelirovanie zavisimostey funktsional'nykh kharakteristik kremnievykh solnechnykh elementov, poluchennykh metodom ionno-luchevogo osazhdeniya ot tolshchiny i urovnya legirovaniya frontal'nogo sloya / S. N. Chebotarev, A. S. Pashchenko, M. L. Lunina // Vestnik Yuzhnogo nauchnogo tsentra. — 2011. — T. 7, № 4. — S. 25–30.
5. Ionno-luchevoe osazhdenie fotoaktivnykh nanosloev kremnievykh solnechnykh elementov / L. S. Lunin [i dr.] // Neorganicheskie materialy. — 2012. — T. 48, № 5. — S. 517–522.
