close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент РФ 2336596

код для вставки
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
(19)
RU
(11)
2 336 596
(13)
C1
(51) МПК
H01L 31/042 (2006.01)
B82B 1/00 (2006.01)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
(21), (22) За вка: 2007113493/28, 11.04.2007
(72) Автор(ы):
Стребков Дмитрий Семенович (RU),
Шеповалова Ольга В чеславовна (RU),
Заддэ Виталий Викторович (RU)
(24) Дата начала отсчета срока действи патента:
11.04.2007
(45) Опубликовано: 20.10.2008 Бюл. № 29
2 3 3 6 5 9 6
R U
(57) Реферат:
Изобретение относитс к электронной технике,
а именно к приборам, преобразующим энергию
электромагнитного излучени в электрическую, и
технологии их изготовлени , в частности к
полупроводниковым фотоэлектрическим
генераторам. Полупроводниковый
фотоэлектрический генератор выполнен в виде
матрицы
из
скоммутированных
микрофотопреобразователей, у которых один или
два
линейных
размера
соизмеримы
с
диффузионной длиной неосновных носителей тока
в базовой области, плоскости р-n - переходов
перпендикул рны
рабочей
поверхности
генератора,
на
поверхности
микрофотопреобразователей, свободной от n-р переходов размещена изолирующа пленка
толщиной 10-30 нм, на которой размещены
нанокластеры металлов размером 10-40 нм с
рассто нием между нанокластерами 60-120 нм, а
над
нанокластерами
расположен
слой
пассивирующего антиотражающего покрыти из
диэлектрика. Также предложены еще два варианта
выполнени фотоэлектрического генератора.
Изобретение
обеспечивает:
повышение
кпд,
повышение
эффективности
преобразовани электромагнитного излучени при однократном
излучении. 3 н.п. ф-лы, 4 ил.
Страница: 1
RU
C 1
C 1
(54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР (ВАРИАНТЫ)
2 3 3 6 5 9 6
Адрес дл переписки:
109456, Москва, 1-й Вешн ковский пр-д, 2, ГНУ
ВИЭСХ, О.В. Голубевой
R U
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: SU 188163 A, 05.11.1971. SU 434872 A,
24.11.1976. RU 2217845 C1, 27.11.2003. US
7022910 B2, 04.04.2006. US 2005/0189014 A1,
01.09.2005.
(73) Патентообладатель(и):
Российска Академи Сельскохоз йственных
наук Государственное научное учреждение
Всероссийский научно-исследовательский
институт электрификации сельского хоз йства
(ГНУ ВИЭСХ) (RU)
RUSSIAN FEDERATION
(19)
RU
(11)
2 336 596
(13)
C1
(51) Int. Cl.
H01L 31/042 (2006.01)
B82B 1/00 (2006.01)
FEDERAL SERVICE
FOR INTELLECTUAL PROPERTY,
PATENTS AND TRADEMARKS
(12)
ABSTRACT OF INVENTION
(21), (22) Application: 2007113493/28, 11.04.2007
(72) Inventor(s):
Strebkov Dmitrij Semenovich (RU),
Shepovalova Ol'ga Vjacheslavovna (RU),
Zaddeh Vitalij Viktorovich (RU)
(24) Effective date for property rights: 11.04.2007
(45) Date of publication: 20.10.2008 Bull. 29
C 1
2 3 3 6 5 9 6
R U
generator
and
electromagnetic
conversion for single emission.
3 cl, 4 dwg
Страница: 2
EN
radiation
C 1
(57) Abstract:
FIELD: physics, phototechnics.
SUBSTANCE: invention concerns electronic
technics,
particularly
devices
converting
electromagnetic emission energy into electric
energy, and technologies of their manufacturing,
particularly
semiconductor
photoelectric
generators. Semiconductor photoelectric generator
takes
form
of
a
matrix
of
commuted
microphotoconverters with one or two linear
dimensions comparable to diffusion length of
secondary current carriers in base area; p-n
transition planes are perpendicular to working
surface of generator; microphotoconverter surface
free of n-p transitions carries a 10-30 nm thick
insulating film with 10-40 nm metal clusters
positioned on it at 60-120 nm distance from each
other;
and
dielectric
layer
of
passivating
antireflection coating is laid over nanoclusters.
Two more embodiments of photoelectric generator
are claimed.
EFFECT: improved efficiency of photoelectric
2 3 3 6 5 9 6
(54) SEMICONDUCTOR PHOTOELECTRIC GENERATOR (VERSIONS)
R U
(73) Proprietor(s):
Rossijskaja Akademija Sel'skokhozjajstvennykh
nauk Gosudarstvennoe nauchnoe uchrezhdenie
Vserossijskij nauchno-issledovatel'skij
institut ehlektrifikatsii sel'skogo
khozjajstva (GNU VIEhSKh) (RU)
Mail address:
109456, Moskva, 1-j Veshnjakovskij pr-d, 2,
GNU VIEhSKh, O.V. Golubevoj
RU 2 336 596 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Изобретение относитс к электронной технике, а именно к приборам, преобразующим
энергию электромагнитного излучени в электрическую, и технологии их изготовлени , в
частности к полупроводниковым фотоэлектрическим генераторам.
Известен фотоэлектрический генератор матричного типа (патент РФ №2265915, 2005 г.,
МПК Н01L 31/18), в котором на полупроводниковой подложке расположены эпитаксиальные
слои n и р-типа, а запирающий эффект обратносмещенных переходов устранен путем
импульсного пробо . Недостатком указанного преобразовател вл етс недостаточно
высокий кпд, не превышающий 8.6% при однократной интенсивности освещени .
Так же известен преобразователь солнечной энергии в электрическую (патент РФ
№2217845, 2003 г., МПК Н01L 31/04) на основе фоточувствительного сло на
металлической пластине, содержащий металлические наночастицы в n-слое
полупроводникового полимера и полупроводниковые нанокристаллы р-типа. Недостатком
указанного преобразовател вл етс нестабильность состо ни , обеспечивающего
возрастание диэлектрической проницаемости среды фоточувствительного сло ,
увеличение потерь в n-области и по вление эффекта фотонной деградации.
В качестве прототипа прин та конструкци фотоэлектрического генератора (А.с.
№288163 СССР, 1967 г., МПК Н01L 31/042), выполненного в виде матрицы из
скоммутированных микрофотопреобразователей, у которых один или два линейных
размера соизмеримы с диффузионной длиной неосновных носителей тока в базовой
области, а плоскости р-n - переходов перпендикул рны рабочей поверхности генератора.
Недостатком указанного преобразовател вл етс недостаточно высока эффективность преобразовани .
Задачей предлагаемого изобретени вл етс повышение кпд фотоэлектрического
генератора, повышение эффективности преобразовани электромагнитного излучени .
Вышеуказанный результат достигаетс тем, что в полупроводниковом
фотоэлектрическом генераторе, выполненном в виде матрицы из скоммутированных
микрофотопреобразователей, у которых один или два линейных размера соизмеримы с
диффузионной длиной неосновных носителей тока в базовой области, а плоскости р-n переходов перпендикул рны рабочей поверхности генератора, на поверхности
микрофотопреобразователей, свободной от n-р - переходов, размещена изолирующа пленка толщиной 10-30 нм, на которой размещены нанокластеры металлов размером 10-40
нм с рассто нием между нанокластерами 60-120 нм, а над нанокластерами расположен
слой пассивирующего антиотражающего покрыти из диэлектрика.
Так же увеличение кпд и эффективности преобразовани достигаетс тем, что в
полупроводниковом фотоэлектрическом генераторе, выполненном в виде матрицы из
скоммутированных микрофотопреобразователей, у которых один или два линейных
размера соизмеримы с диффузионной длиной неосновных носителей тока в базовой
области, а плоскости n-р - переходов перпендикул рны рабочей поверхности генератора,
на поверхности микрофотопреобразователей, свободной от р-n - переходов, размещена
изолирующа пленка, в которой размещены нанокластеры металлов размером 10-40 нм, а
над пленкой расположен слой пассивирующего антиотражающего покрыти из диэлектрика.
Так же увеличение кпд и эффективности преобразовани достигаетс тем, что в
полупроводниковом фотоэлектрическом генераторе, выполненном в виде матрицы из
скоммутированных микрофотопреобразователей, у которых один или два линейных
размера соизмеримы с диффузионной длиной неосновных носителей тока в базовой
области, а плоскости n-р - переходов перпендикул рны рабочей поверхности генератора,
отличающийс тем, что на поверхности микрофотопреобразователей, свободной от р-n переходов, размещена изолирующа пленка, в которой размещены нанокластеры
металлов размером 10-40 нм, при этом изолирующа пленка выполн ет функцию
пассивирующего антиотражающего покрыти .
Сущность изобретени по сн етс фиг.1-4.
На фиг.1 показаны основные элементы конструкции полупроводниковых
фотоэлектрических генераторов с нанокластерами, расположенными на изолирующей
Страница: 3
DE
RU 2 336 596 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
пленке, с базовой областью n-типа. На фиг.2 показаны основные элементы конструкции
полупроводниковых фотоэлектрических генераторов с эпитаксиальными вертикальными рn - переходами с нанокластарами, расположенными на изолирующей пленке, дл варианта
подложки n-типа. На фиг.3 показаны основные элементы конструкции полупроводниковых
фотоэлектрических генераторов с размещенными в изолирующей пленке нанокластерами.
На фиг.4 показаны основные элементы конструкции полупроводниковых
фотоэлектрических генераторов с нанокластерами внутри изолирующей пленки, котора выполн ет функцию пассивирующего антиотражающего покрыти .
На фиг.1 фотоэлектрический генератор состоит из микрофотопреобразователей 1,
содержащих n-р - переходы 2, базовую область 4 n-типа и легированный слой 5, рабочей
поверхности 3, внешних металлических контактов 6, внутренних металлических контактов
7, изолирующей пленки 8, нанокластеров 9, пассивирующего антиотражающего покрыти из диэлектрика 10, свободной от n-р - переходов поверхности 11. При этом n-р переходы 2 расположены перпендикул рно рабочей поверхности 3. Один или два
линейных размера микрофотопреобразователей 1 соизмеримы с диффузионной длиной
неосновных носителей тока в базовой области 4. Изолирующа пленка 8 расположена на
свободной от n-р переходов поверхности 11, толщина пленки 8 10-30 нм. На изолирующей
пленке 8 размещены нанокластеры 9, размер которых 10-40 нм, а рассто ние между
нанокластерами 9 составл ет 60-120 нм. Над нанокластерами 9 расположен слой
пассивирующего антиотражающего покрыти из диэлектрика 10.
На фиг.2 на подложке n-типа 12 размещены эпитаксиальные слои n-типа 5 и р-типа 4,
пробитые обратносмещенные р-n - переходы 7, а внутренние металлические контакты
отсутствуют.
На фиг.3 нанокластеры 9 размещены внутри изолирующей пленки 8, а пассивирующее
антиотражающее покрытие 10 расположено на изолирующей пленке 8.
На фиг.4 нанокластеры 9 размещены внутри изолирующей пленки 8, котора выполн ет
функцию пассивирующего антиотражающего покрыти .
Устройство работает следующим образом.
Падающее на рабочую поверхность 3 электромагнитное излучение через
пассивирующее антиотражающее покрытие 10 и изолирующую пленку 8 поступает на
поверхности 11 микрофотопреобразователей 1, свободные от n-р переходов 2, например,
перпендикул рно n-р переходам 2. Происходит поглощение фотонов, сопровождающеес образованием электронно-дырочных пар и по влением избыточных носителей зар да.
Электронно-дырочные пары раздел ютс полем, что вызывает во внешней цепи фототок,
направленный к базовой области 4. Одновременно излучение поступает на нанокластеры
9. При этом частота плазменного резонанса нанокластеров 9 соответствует частоте
падающего электромагнитного излучени что позвол ет переизлучать падающее излучение
через изолирующую пленку 8, и т.о. создаетс среда, в которой распростран етс электромагнитна волна. Происходит резкое увеличение количества неосновных носителей
зар да и увеличение функции генерации.
В устройстве по п.2 через пассивирующее антиотражающее покрытие из диэлектрика 10
излучение поступает на нанокластеры 9, расположенные в изолирующей пленке 8.
В устройстве по п.3 электромагнитное излучение поступает непосредственно на
изолирующую пленку 8, котора выполн ет функцию пассивирующего антиотражающего
покрыти , и расположенные в ней нанокластеры 9.
Сочетание оптических, механических и диффузионных характеристик покрыти и
характеристик нанокластеров позвол ет в р де случаев использовать изолирующую,
диэлектрическую пленку, в которой размещены нанокластеры и в качестве
антиотражающего покрыти (без дополнительного пассивирующего антиотражающего
покрыти из диэлектрика над пленкой).
Т.к. дл матричных фотоэлектрических генераторов характерна возможность генерации
носителей зар да практически во всем объеме, то введение дополнительных источников
генерации носителей в виде нанокластеров позвол ет достичь при однократном излучении
Страница: 4
RU 2 336 596 C1
5
10
15
20
25
значений кпд, достижимых в других конструкци х при высоких концентраци х излучени .
Таким образом, рост функции генерации в базовой области, повышение эффективности
преобразовани электромагнитного излучени приводит к повышению кпд в предлагаемой
конструкции фотоэлектрического генератора в реальных услови х эксплуатации по
сравнению с известными конструкци ми.
Пример выполнени полупроводникового фотоэлектрическиого генератора.
ПРИМЕР 1. Фотоэлектрический генератор представл ет собой матрицу из столбика
микрофотопреобразователей с вертикальной n-p-n...-р - структурой.
Микрофотопреобразователи представл ют собой пластины кремни марки КДБ 0,5(0.1) с
диффузионными переходами и сплошными омическими контактами из инди с обоих n- и рсторон пластин. На поверхности, свободной от n-р - переходов, размещена изолирующа пленка двуокиси кремни толщиной 10-20 нм, на которой расположены нанокластеры
металла, например золота, размером 10-40 нм, при этом рассто ние между
нанокластерами 60-120 нм. Над нанокластерами расположен слой пассивирующего
антиотражающего покрыти из диэлектрика типа нитрида кремни SixNу.
ПРИМЕР 2. Фотоэлектрический генератор представл ет собой многослойную
эпитаксиальную n-p-n...-р - структуру на полупроводниковой подложке из кремни n-типа
марки КДБ 0,5(0.1) с пробитыми обратносмещенными р-n - переходами. На поверхности,
свободной от n-р - переходов, размещена изолирующа пленка двуокиси кремни толщиной 10-20 нм, на которой расположены нанокластеры металла, например атомов
серебра, размером 10-40 нм, при этом рассто ние между нанокластерами 60-120 нм. Над
нанокластерами расположен слой пассивирующего антиотражающего покрыти из
диэлектрика типа нитрида кремни SixNу.
Следует отметить, что указанные примеры осуществлени никак не ограничивают
прит зани за вител , которые могут быть определены прилагаемой формулой
изобретени , и множество модификаций и усовершенствований может быть сделано в
рамках насто щего изобретени . Например, возможно создание в
микрофотопреобразовател х дополнительных р-n- или изотопных переходов, а также
создание косоугольных матриц.
30
35
40
45
50
Формула изобретени 1. Полупроводниковый фотоэлектрический генератор, выполненный в виде матрицы из
скоммутированных микрофотопреобразователей, у которых один или два линейных
размера соизмеримы с диффузионной длиной неосновных носителей тока в базовой
области, а плоскости р-n-переходов перпендикул рны рабочей поверхности генератора,
отличающийс тем, что на поверхности микрофотопреобразователей, свободной от n-рпереходов размещена изолирующа пленка толщиной 10-30 нм, на которой размещены
нанокластеры металлов размером 10-40 нм с рассто нием между нанокластерами 60-120
нм, а над нанокластерами расположен слой пассивирующего антиотражающего покрыти из диэлектрика.
2. Полупроводниковый фотоэлектрический генератор, выполненный в виде матрицы из
скоммутированных микрофотопреобразователей, у которых один или два линейных
размера соизмеримы с диффузионной длиной неосновных носителей тока в базовой
области, а плоскости n-р-переходов перпендикул рны рабочей поверхности генератора,
отличающийс тем, что на поверхности микрофотопреобразователей, свободной от р-nпереходов размещена изолирующа пленка, в которой размещены нанокластеры металлов
размером 10-40 нм, а над пленкой расположен слой пассивирующего антиотражающего
покрыти из диэлектрика.
3. Полупроводниковый фотоэлектрический генератор, выполненный в виде матрицы из
скоммутированных микрофотопреобразователей, у которых один или два линейных
размера соизмеримы с диффузионной длиной неосновных носителей тока в базовой
области, а плоскости n-р-переходов перпендикул рны рабочей поверхности генератора,
отличающийс тем, что на поверхности микрофотопреобразователей, свободной от р-nСтраница: 5
CL
RU 2 336 596 C1
переходов размещена изолирующа пленка, в которой размещены нанокластеры металлов
размером 10-40 нм, при этом изолирующа пленка выполн ет функцию пассивирующего
антиотражающего покрыти .
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Страница: 6
RU 2 336 596 C1
Страница: 7
DR
RU 2 336 596 C1
Страница: 8
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
175 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа