Caractérisation, Modélisation et Simulation des Phénomènes de transport dans les couches de silicium déposées par les techniques PECVD et HWCVD

Abstract

الملخص: السيليكون غير المتبلور المهدرج a-Si:H هو شكل من السيليكون غير البلوري المستخدم للالكترونيات منطقة واسعة مع تطبيقات هامة في العروض الاستشعار صورة و الطاقة الشمسية العمل المنجز في هذه الأطروحة هو جزء من دراسة خواص السيليكون غير المتبلور المهدرج a-Si:H المطبق على الخلايا الشمسية على بنية المتغايرة a-Si: H (p) / c-Si (n) الذي تحقق عوائد عالية. تعد جودة الواجهة وخصائص النقل الخاصة بها أمرًا أساسيًا وكل ما يهمنا هو تقييم كثافة العيوب ومعرفة كيفية تقليلها من أجل تحسين جودة وأداء الجهاز. في هذا السياق يتم وضع نماذج مختلفة من الاختلافات. تم تحضير المادة a-Si: H باستخدام PECVD (ترسيب البخار الكيميائي المعزز بالبلازما) و / أو HWCVD (ترسيب بخار السلك الساخن الكيميائي) باستخدام خليط الغاز SiH4 / H2. لقد درسنا تأثير تقنية التفصيل وشروط الترسب على الخصائص الكهربائية للتغيرات المتغايرة المفصلة. في الجزء الأول ، تمت دراسة الاعتماد على درجة الحرارة للمعلمات الكهربائية للتغاير a-Si: H (p) / c-Si (n) باستخدام خصائص الجهد الحالي I-V-T في نطاق درجة الحرارة من 100 حتى 300K. المعلمات الكهربائية مثل عامل المثالي n تعتمد بدرجة كبيرة على درجة الحرارة. فوق 280K ، n تساوي تقريبًا 2 ربما تهيمن إعادة التركيب عبر حالات الواجهة في منطقة استنفاد السيليكون البلورية بينما يسيطر تأثير النفق على درجات حرارة منخفضة. في الجزء الثاني ، درسنا تأثير كثافة حالات السطح البيني ومقاومة السلسلة على الخصائص C-V-F و G-V-F من خلال تغيير التردد. تم الحصول على المقاومة بواسطة طريقة Nicollian and Brews. يتم الحصول على قيم NSS باستخدام طريقة Hill-Coleman لكل تردد. تؤكد النتائج التي تم الحصول عليها أن كثافة واجهة NSS ومقاومة سلسلة RS هما معلمتان مهمتان لهما تأثير مباشر على السلوك الكهربائي للتغاير غير المتزامن a-Si: H (p) / c-Si (n) ---------------------------------------------- Résumé (Français ) : Résumé Le silicium amorphe hydrogéné a-Si: H est la forme de silicium non cristallin utilisée pour l'électronique de grande surface, avec des applications majeures dans les écrans d'affichage, la détection d’images et le photovoltaïque. Le travail accompli dans cette thèse s’inscrit dans le cadre de l’étude des propriétés du silicium amorphe hydrogéné a-Si: H appliqué aux cellules solaires basées sur les hétérojonctions a-Si: H(p) /c-Si(n) qui ont atteint un rendement élevé. La qualité de l’interface et ses propriétés de transport sont essentielles et tout l’intérêt est d’évaluer la densité des défauts et de savoir comment les réduire afin d’améliorer la qualité et les performances du dispositif. C'est dans ce contexte que différents échantillons d'hétérojonctions sont élaborés. Le matériau a-Si: H a été préparé avec la technique PECVD (dépôt chimique en phase vapeur amélioré par plasma) et / ou HWCVD (dépôt chimique en phase vapeur par fil chaud) en utilisant un mélange gazeux SiH4/H2. Nous avons étudié l'impact de la technique d'élaboration et des conditions de dépôt sur les caractéristiques électriques des hétérojonctions élaborées. Dans la première partie, la dépendance en température des paramètres électriques de l'hétérojonction a-Si: H(p)/c-Si(n) a été étudiée en utilisant les caractéristiques courant- tension I-V-T dans la plage de températures allant de 100 à 300K. Les paramètres électriques tels que le facteur d'idéalité n est fortement dépendant de la température. Au-dessus de 280K, n est approximativement égal à 2; la recombinaison domine probablement via les états d’interface dans la région d’appauvrissement du silicium cristallin tandis que l’effet Tunnel domine aux basses températures. Dans la deuxième partie, nous avons étudié l’effet de la densité des états d’interface et de la résistance série sur les caractéristiques C-V-F et G-V-F en faisant varier la fréquence. La résistance a été obtenue par la méthode de Nicollian et Brews. Les valeurs de NSS sont obtenues en utilisant la méthode de Hill-Coleman pour chaque fréquence. Les résultats obtenus confirment que la densité d'états d'interface NSS et la résistance série RS sont des paramètres importants qui ont un impact direct sur le comportement électrique des hétérojonctions a-Si: H(p) /c-Si(n).

--------------------------------------- Résumé (Anglais) : Abstract : Hydrogenated amorphous silicon a-Si:H is the non crystalline form of silicon used for large area electronics, with major applications in displays, image sensing and photovoltaic. The work done in this thesis is part of the study of the properties of hydrogenated amorphous silicon a-Si: H applied to solar cells based on the heterojunctions a-Si: H (p) / c-Si (n)which have reached high efficiency. Interface quality and its transport properties are critical and all the interest is to evaluate the density of defects and how to reduce them in order to improve the quality and device performance. It was in this context, various heterojunctions samples are elaborated. The a-Si: H material was prepared with PECVD technique (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) and/or HWCVD (Hot Wire Chemical Vapor Deposition) by using SiH4/H2 mixture gas. We investigated how the technique of elaboration and the deposition conditions affected the electrical characteristics of the elaborated heterojunctions. In the first part, the temperature dependence of the electrical parameters of a-Si: H (p) /c-Si (n)has been investigated using current-voltage I-V-T characteristics in the temperature range 100-300K. The electrical parameters such as the ideality factor n are found to be strongly temperature dependent. Above than 280K, n is approximately equal to 2; Recombination dominates probably via the interface states in the crystalline silicon depletion region whereas a Tunneling mechanism dominates at low temperatures. In the second part, we study the effect of the density of interface states and that of series resistance on the C-V-F and GV-F characteristics by varying the frequency. The resistance was obtained using Nicollian and Brews method. The values of NSS are obtained using the Hill- Coleman method for each frequency. The obtained results confirm that the interface states density NSS and series resistance RS are important parameters witch have a direct impact on the electrical behavior of a-Si: H (p)/c-Si (n) heterojuntion.