Технологія напівпровідникових гетероструктур на основі органічних та неорганічних матеріалів для електрооптичних елементів мікроелектроніки

Abstract

В роботі наведені результати розробки технології електрооптичних та фотовольтаїчних елементів мікроелектроніки на основі нанорозмірних плівок електропровідних полімерів поліортометоксианіліну, поліортотолуїдину отриманих методом термовакуумного напилення, та полі(3,4-етилендіокситіофен)-полі(стиренсульфонату), молекулярних напівпровідників (пентацен, N-N’-dimethyl-3,4,9,10-perylenetetracarboxylic diimide) і неорганічного напівпровідника ZnSe. Створено фоточутливі гетероструктури, досліджено їхні фізичні та оптичні властивості, показано їх використання в фотовольтаїчних елементах, сонячних комірках. Розроблено висококонтрастні модулятори лазерного випромінювання з використанням нанорозмірних плівок електропровідних полімерів. В работе представлены результаты технологических разработок по созданию электрооптических и фотовольтаических элементов микроэлектроники. Разработана технология создания на основе метода термовакуумного напыления наноразмерных пленок электропроводящих полимеров полиортометоксианилина (ПОМА) и полиортотолуидина (ПОТИ) с сохранением их молекулярной структуры. Исследовано влияние температурных режимов осаждения полимерного материала на морфологические, оптические, структурные свойства осажденных пленок. Пленки ПОМА имеют аморфно-глобулярную структуру, объем глобул увеличивается с увеличением температуры нанесения (3500С – 4500С). При увеличении температуры напыления наблюдается возникновение и испарение продуктов глубокой термической деструкции, которые по своей природе значительно отличаются от исходного материала. В видимом диапазоне излучения пленки ПОМА, полученные методом теомовакуумного напыления, характеризуются двумя основными полосами поглощения: первая – с максимумом Е~3.20-3.25 эВ, обусловленная электронными переходами из  (валентной) зоны в * зону (зона проводимости), и вторая – с максимумом Е~2.5 эВ, характерная для n-*–перехода в имино-хиноидных структурах полиаминоаренов. Получены фоточувствительные гетероструктуры на основе органических и неорганических полупроводников и исследованы их физические и оптические свойства. Разработана технология поочередного термовакуумного напыления наноразмерных пленок органических полупроводников пентацена и DiMe-PTCDI с целью формирования гетероструктуры ITO/пентацен/DiMe-PTCDI/Al. Показано, что полученная фотовольтаическая структура имеет резкий p-n–переход, а прохождение тока в ней определяется термоионной эмиссией. Ток короткого замыкания созданной гетероструктуры составляет 0.8 мкА/см2, при освещенности 75 мВт/см2. Значение фактора заполнения составляет 0,31. В результате комбинированного осаждения тонких органических пленок и пентацена методами центифугирования и термовакуумного напыления на гибких органических подложках полиэтилентерафталата (ПЭТ) с оптически прозрачным электропроводящим покрытием сформирована и исследована эластичная фоточувствительная гетероструктура ПЕТ/ІТО/ПЕДОТ:ПСС/пентацен/Al. В результате исследования полученных спектров такого фотовольтаического элемента установлено, что он имеет четыре пика с максимумами на 1.8, 1.96, 2.2 и 2.7 эВ. По вольт-амперным характеристикам (ВАХ) гетероперехода ІТО/ПЕДОТ:ПСС/пентацен/Al при их освещении определены значения напряжения холостого хода и тока короткого замыкания, составляющие 0.5 В и 0.6 мкА/см2 соответственно. Реализован органический выпрямляющий контакт к монокристаллическому полупроводнику ZnSe, обеспечивающий создание приборов на основе барьера Шоттки. Установлен механизм прохождения тока в структурах ПЕДОТ:ПСС/ZnSe на основе исследований температурных зависимостей ВАХ, характеризующихся незначительной температурной зависимостью наклона кривых, характерной для туннельного механизма прохождения тока. Показана возможность использования разработанных гетероструктур в качестве фотовольтаических элементов или ячеек солнечных батарей. Обнаружена перспективность использования наноразмерных пленок ПОМА и ПОТИ в качестве ориентирующих покрытий для создания высококонтрастных модуляторов лазерного излучения. При этом обеспечено время срабатывания прибора в миллисекундном диапазоне при увеличении уровня модуляции на ~5%. Results of development in technology of electro-optical and photovoltaic elements of microelectronics on the basis of nanoscaled films of conductive polymers of poly(o-methoxyaniline), poly(o-toluidine) (obtained by means of thermovacuum deposition), poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate), molecular semiconductors are described in this work. Photosensitive heterostructures have been created, their physical and optical properties are investigated; their application in photovoltaic elements and solar cells is substantiated. High-contrast modulators of laser radiation with the use of nanoscaled films of conductive polymers have been developed.