МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КРЕМЕНЧУЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ МИХАЙЛА ОСТРОГРАДСЬКОГО

IV Міжнародна науково-практична конференція

«Напівпровідникові матеріали,

інформаційні технології

та фотовольтаїка»

ТЕЗИ ДОПОВІДЕЙ

26-28 травня 2016 р.

Кременчук −2016

IV Міжнародна науково-практична конференція «Напівпровідникові матеріали,

інформаційні технології та фотовольтаїка»: Тези доповідей. − Кременчук: Кре-

менчуцький національний університет імені Михайла Остроградського, 2016.

−282 с.

ISSN 2222-4386

Друкується за рішенням Вченої ради Кременчуцького національного університету імені Ми-

хайла Остроградського (протокол 71-6 від 13.04.2016 р.). Посвідчення УкрІНТЕІ про ре-

єстрацію конференції 569 від 02.11.2015.

Збірник публікує тези доповідей, що містять нові теоретичні та практичні результати в галузі

технічних наук.

Співголови конференції

Оксанич А.П., Клюй М.І.

Співголови програмного комітету:

Кладько В.П., Хонг-Бо Сун

Члени програмного комітету: Бахрушин В.Є.

Бєляєв О.Є

Блонський І.В.

Боднарь І.В.

Горбань О.М

Гордієнко Ю.О.

Гученко М.І.

Єрохов В.Ю.

Затовський І.В.

Ізотов В.Ю.

Ковтун Г.П.

Корбутяк Д.В.

Левінзон Д.І.

Лисенко В.

Литовченко В.Г.

Мельник В.П.

Неймаш В.Б.

Рожин А.Г.

Романюк А.Б.

Скришевський В.А.

Сліпченко М.І.

Стронський О.В.

Хан Вей

Хрипунов Г.С.

Чирадзе Г.Д.

Чурюмов Г.І.

Голова організаційного комітету

Притчин С.Е.

Відповідальний секретар

Когдась М.Г.

© Кременчуцький національний університет ім. Михайла Остроградського імені Михайла

Остроградського, 2016 р.

ISSN 2222-4386

Відповідальний за випуск: к.т.н., доц., Притчин С.Е.

Кафедра інформаційно-управляючих систем Кременчуцького національного

університету імені Михайла Остроградського

Адреса редакції: 39600, м.Кременчук Полтавської обл., вул. Першотравнева, 20.

Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського,

кафедра ІУС, т. (05366) 30157; E-mail: kafius@kdu.edu.ua

- 3 -

ЗМІСТ

ПРОБЛЕМИ ФОТОВОЛЬТАЇКИ, ВЛАСТИВОСТІ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ МАТЕРІАЛІВ

ТА СТРУКТУР, ОБЛАСТІ І ОСОБЛИВОСТІ ЇХ ЗАСТОСУВАННЯ ............................................. 13

ДОСЛІДЖЕННЯ ЗМІНИ ЕФЕКТИВНОСТІ ПРОМИСЛОВИХ ЗРАЗКІВ КРЕМНІЄВИХ

ФОТОЕЛЕКТРИЧНИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ ІЗ ЗРОСТАННЯМ РОБОЧОЇ

ТЕМПЕРАТУРИ .......................................................................................................................................... 14 Кіріченко М.В.1, Зайцев Р.В. 1, Прокопенко Д.С.1, Хрипунов Г.С.1, Зайцева Л.В.2

ВПЛИВ НВЧ-ОПРОМІНЕННЯ НА ТРАНСФОРМАЦІЮ СПЕКТРІВ

ФОТОЛЮМІНЕСЦЕНЦІЇ МОНОКРИСТАЛІВ CdTe:Cl ПРИ Т=2K .............................................. 16 Лоцько О.П. *, Будзуляк С.І. *, Корбутяк Д.В.*, Вахняк Н.Д. *, Демчина Л.А.*, Конакова Р.В.*,

Мілєнін В.В.*, Охріменко О.Б. *, Редько Р.А.*, Березовська Н.І.**

ВПЛИВ РОЗКИДУ ПАРАМЕТРІВ RGB СВІТЛОДІОДІВ НА ОДНОРІДНІСТЬ СВІЧЕННЯ

СВІТЛОДІОДНИХ ЕКРАНІВ ................................................................................................................... 17 Велещук В.П., Власенко О.І., Киселюк М.П., Власенко З.К., Шинкаренко В.В., Кудрик Я.Я.

ЕЛЕКТРИЧНІ НЕОДНОРОДНОСТІ В РОЗПЛАВНИХ МОНОКРИСТАЛАХ Cd1-XZnXTe ........ 18 Велещук В.П., Даулетмуратов Б.К.*, Власенко З.К., Біляев С.В., Киселюк М.П.

DEFECT RELATED DARK CURRENT IN SILICON SOLAR CELLS ............................................... 20 Sukach A. , Tetyorkin V. , Tkachuk A. 1, Trocenko S.

PHOTOLUMINESCENCE OF Cd1-xZnxS NANOCRYSTALS SYNTHESIZED IN POLYMER

MATRICES.................................................................................................................................................... 22 Korbutyak D.V.а, Budzulyak S.I.а, Ermakov V.M.а, Shevchuk O.M.b, Ilchuk H.A.b, Petrus R.Yu.b, Tokarev V.S.b

INFLUENCE OF TECHNOLOGICAL FACTORS ON PHOTOLUMINESCENCE SPECTRA

OF CdTe:V SINGLE CRYSTALS .............................................................................................................. 23 Vakhnyak N.D , Budzulyak S.I. , Demchyna L.A. , Ermakov V.M. , Kuryk A.O.

A MODEL OF INHOMOGENEOUS P-N JUNCTION IN InSb(As) PHOTODIODES ........................ 24 Sukach A., Tetyorkin V., Tkachuk A.1,Trocenko S.

NANOCOMPOSITES BASED ON SILICON DIOXIDES AEROGELS FOR

OPTOELECTRONICS APPLICATIONS .................................................................................................. 26 Skryshevsky V.A.

НЕФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПОТЕРИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФЭП ИЗ

МУЛЬТИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ «СОЛНЕЧНОГО» КАЧЕСТВА ......................... 27 Приходько А.В.

КОМБІНАЦІЙНЕ РОЗСІЮВАННЯ СВІТЛА КРИСТАЛІВ PbGa2S4 .............................................. 29 Каменщиков В.М., Сусліков Л.М.

ОПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ СИЛЬНОЛЕГОВАНИХ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ n-Ge1-xSix .............. 30 Генцарь П.О.

ПРИНЦИПЫ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРЯМОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ХИМИЧЕСКОЙ

ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ НА ОСНОВЕ НАНОДИОДА ШОТТКИ .................................. 32 Гранкин В.П., Гранкин Д.В.

POROUS SILICON-BASED ADVANCED MULTIFUNCTIONAL MATERIALS FOR

THE SOLAR CELLS ANTIREFLECTION COATING .......................................................................... 33 Yerokhov V. *, Ierokhova O. **

ПЕРСПЕКТИВИ ВИКОРИСТАННЯ ГРАФЕНУ ................................................................................. 35 Цимбаленко О.М.

HIT SOLAR CELLS ON TEXTURED SI SUBSTRATE ......................................................................... 37 Klyui N.I. 1,3, Dusheiko M.G.2*,Semenenko M.O. 1,3

- 4 -

EFFECT OF PE/RIE ETCHING ON CHARACTERISTICS OF HIGH VOLTAGE

SOLAR CELLS WITH VERTICAL P-N JUNCTIONS ........................................................................... 39 Semenenko M. 1,2*, Klyui N. 1,2 , Dusheiko M. 1

ЕЛЕКТРИЧНО НЕАКТИВНІ АТОМИ БОРУ В МОНОКРИСТАЛІ КРЕМНІЮ ......................... 41 Оселедчик Ю.С., Головко О.К.

THE WAYS OF INCREASING THE EFFICIENCY OF PHOTOELECTRIC TRANSDUCERS ...... 43 Nikonova Z.А., Ivanchikov S.О., Nyebesnyuk О.Y., Nikonova А.О.

the analysis of defect impact on epitaxic structures for photoelectric transducers ................................. 44 Nyebesnyuk О.Y., Zahoda O.O., Maglysh M.A., Stogniy K.A.

ОСОБЛИВОСТІ СТВОРЕННЯ КОНТАКТНИХ СИСТЕМ ДЛЯ КРЕМНІЄВИХ

ФОТОПЕРЕТВОРЮВАЧІВ ...................................................................................................................... 45 Левінзон Д.І.1, Небеснюк О.Ю.2, Іванчиков С.О.2, Салам Алайк М.2

ПОКРАЩЕННЯ РАДІАЦІЙНОЇ СТІЙКОСТІ НАПІВІЗОЛЮЮЧОГО АРСЕНІДУ

ГАЛІЮ ЗА РАХУНОК ОСАДЖЕННЯ АЛМАЗОПОДІБНИХ ВУГЛЕЦЕВИХ ПЛІВОК ............ 47 Клюй М.І. 1,2, Лозінський В.Б. 1,2, Ліптуга А.І. 2, Горбулик В.І. 3, Дикуша В.М.2, Сторожук В.І. 2

СТАН І ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ НАПІВПРОВІДНИКОВОЇ СОНЯЧНОЇ

ЕНЕРГЕТИКИ В СВІТІ ТА УКРАЇНІ .................................................................................................... 49 Макаров А.В. 1, Горбулик В.І. 2

ОСОБЛИВОСТІ ТЕХНОЛОГІЇ ВИГОТОВЛЕННЯ КРЕМНІЄВИХ

ФОТОПЕРЕТВОРЮВАЧІВ СОНЯЧНОЇ ЕНЕРГІЇ З ДИФУЗІЙНО-ПОЛЬОВИМИ

БАР’ЄРАМИ ДЛЯ РОБОТИ ПРИ КОНЦЕНТРОВАНОМУ ВИПРОМІНЕННІ ............................ 51 Костильов В.П., Коркішко Р.М., Мелах В.Г., Дверніков Б.Ф.

КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ВИГОТОВЛЕННЯ МОБІЛЬНИХ

СОНЯЧНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ ДЛЯ ВИКОРИСТАННЯ В ПОЛЬОВИХ УМОВАХ ............. 52 Коркішко P.М., Костильов В.П., Серба О.А., Дверніков Б.Ф., Черненко В.В.52

ТЕМПЕРАТУРНІ ЗАЛЕЖНОСТІ ОСНОВНИХ ФОТОЕНЕРГЕТИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ

СОНЯЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ З РІЗНИМИ ТЕХНОЛОГІЯМИ ВИГОТОВЛЕННЯ ......................... 54 Саченко А.В., Костильов В.П., Коркішко P.М., Куліш М.Р., Соколовський І.О.,Черненко В.В.

IMPROVEMENT OF SI-BASED SOLAR CELLS PARAMETERS BY HIGH-FREQUENCY

RADIATION AND WEAK MAGNETIC FIELDS .................................................................................... 56 Red’ko R.A. *, Semenenko M.O.

ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ И СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫХ

МАТЕРИАЛОВ В АСТРОФИЗИКЕ ........................................................................................................ 57 Ковтун Г.П.

ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ МАСИВІВ НАНОЧАСТИНОК Au ОДЕРЖАНИХ ХІМІЧНИМ

ОСАДЖЕННЯМ ДЛЯ СОНЯЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ CdS/CdTe ........................................................... 59 Кусьнеж В.В., Ільчук Г.А., Цюпко Ф.І., Семків І.В., Змійовська Е.О.

ПОЛЯРИЗАЦІЙНІ ДОСЛІДЖЕННЯ Hg3In2Te6-ЕЛЕКТРОДІВ У РОЗЧИНАХ

ЕЛЕКТРОЛІТІВ .......................................................................................................................................... 60 Сема О.В., Дійчук В.В., Кобаса І.М.

ОПТИЧНI ВЛАСТИВОСТІ ЛІТІЙ-ГЕРМАНАТНОГО СКЛА ТА СКЛОКЕРАМІКИ У

ВИДИМІЙ ОБЛАСТІ СПЕКТРА ............................................................................................................. 62 Цюк Б.А.1, Поперенко Л.В.1, Юргелевич І.В.1, Неділько С.Г. 1, Рибак Я.О.1, Трубіцин М.П.2, Нестеров О.О.2

ОПРОМІНЕНИЙ НЕЙТРОНАМИ КУБІЧНИЙ SiC ЯК ПОТЕНЦІЙНИЙ МАТЕРІАЛ

ДЛЯ ФОТОВОЛЬТАЇКИ ........................................................................................................................... 62 Братусь В.Я., Коломис О.Ф., Мельник Р.С., Родіонов В.М. 1, Стрельчук В.В.

УВЕЛИЧЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ CU(IN,GA)SE2 С

КВАНТОВЫМИ ТОЧКАМИ INAS ......................................................................................................... 63 Вельченко А.А. 1, Мирончук В.И. 1, Пелещак Р.М. 2

- 5 -

ВПЛИВ ОБРОБКИ ПОВЕРХНІ НА РАДІАЦІЙНУ СТІЙКІСТЬ КРЕМНІЄВОГО

ФОТОЕЛЕКТРИЧНОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА КОСМІЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ ...................... 65 Гетьман А.В., Душейко М.Г., Іващук А.В.

СЕНСОРИ КУТОВИХ КООРДИНАТ СОНЦЯ СТУДЕНТСЬКОГО НАНОСУПУТНИКА

POLYITAN-2 ................................................................................................................................................. 67 Фадєєв М.С., Душейко М.Г., Іващук А.В.

ЦИФРОВИЙ СЕНСОР КУТОВИХ КООРДИНАТ СОНЦЯ ДЛЯ СУПУТНИКІВ

СТАНДАРТУ CUBESAT ............................................................................................................................ 69 Душейко М.Г., Точковий В.О., Іващук А.В.

ВПЛИВ ТОВЩИНИ ЕЛЕКТРОДІВ НА ВНУТРІШНІЙ ОПІР СУПЕРКОНДЕНСАТОРІВ ....... 71 Ізотов В.Ю. 1,2, Клюй М.І.1,2, Вей Хан 1, Ші Лун Лю, Селіхова А.В.1, Гавриков Д. С.2.

ВЛИЯНИЕ КОМПЕНСИРУЮЩЕЙ ПРИМЕСИ НА ДЕТЕКТОРНЫЕ СВОЙСТВА

МОНОКРИСТАЛЛОВ CdTe ..................................................................................................................... 73 Беляев С.В., Гнатюк В.А., Левицкий С.Н.

ІНДУКОВАНА МЕТАЛОМ КРИСТАЛІЗАЦІЯ АМОРФНОГО КРЕМНІЮ:

ПЕРСПЕКТИВИ І ПРОБЛЕМИ ЗАСТОСУВАННЯ У СОНЯЧНІЙ ЕНЕРГЕТИЦІ .................... 74 Неймаш В.Б.

МЕТОДИ ПІДВИЩЕННЯ НАДІЙНОСТІ ОКСИДНО- НАПІВПРОВІДНИКОВИХ

КОНДЕНСАТОРІВ ..................................................................................................................................... 76 Лепіх Я.І., Лавренова Т.І.

МАТЕРІАЛ ДЛЯ ТОВСТОПЛІВКОВИХ ЕЛЕМЕНТІВ ГІС НА БАЗІ

НАПІВПРОВІДНИКОВИХ НАНОКОМПОЗИТІВ ”СКЛО – ОКСИДИ МЕТАЛІВ” ................... 77 Лепіх Я.І. , Лавренова Т.І.

ПЛЕНКИ ZnxCd1-хS, ПОЛУЧЕННЫЕ МЕТОДОМ СПРЕЙ-ПИРОЛИЗА, ДЛЯ ОКОН

ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ..................................................................... 78 Ерёменко Ю.С. , Демиденко М.Г. , Опанасюк А.С., Салогуб А.О., Курбатов Д.И.

ВПЛИВ ПРУЖНОЇ ДЕФОРМАЦІЇ ТА МАГНІТНОГО ПОЛЯ НА

ЕЛЕКТРОПРОВІДНІСТЬ КРИСТАЛІВ p-Si ......................................................................................... 80 Лис Р.М. , Павлик Б.В., Дідик Р.І. , Шикоряк Й.А.

ВПЛИВ ПРЕСУВАННЯ НА ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ

НАПІВПРОВІДНИКОВИХ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ Sb2Te3 - Bi2Te3 ................................................... 82 Мартинова К.В., Рогачова О.І.

STAND ALONE THERMO-PHOTOVOLTAIC POWER PLANT WITH SOLAR RADIATION

CONCENTRATOR ....................................................................................................................................... 83 Kirichenko M.V., Zaitsev R.V., Khrypunov G.S.

HIGH-VOLTAGE POWER TAKE-OFF SYSTEM FOR PHOTOVOLTAIC STATION.................... 85 Zaitsev R.V., Kirichenko M.V., Khrypunov G.S., Prokopenko D.S.

ВПЛИВ ГРАФЕНУ НА ОПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ СИСТЕМИ СU-HFO2,

НАНЕСЕНОЇ НА СКЛЯНУ ПІДКЛАДКУ ............................................................................................. 87 Негруб М.М.1*, Кравець В.Г.2, Лопатинська О.Г.1, Юргелевич І.В.1, Поперенко Л.В.1

ABSORPTION CHARACTERISTICS of SiO2, CaO and SOFTWARE “KERN-DP”

of ANISOTROPY AUTOMATED SYSTEM .............................................................................................. 88 Onanko A.P., Kulish M.P., Dmytrenko O.P., Prodayvoda G.T., Vyzhva S.A., Onanko Y.A., Kolendo A.Y.,

Kutsevol N.V.

INDICATORY SURFACE of INELASTICITY-ELASTICITY CHARACTERISTICS of SiO2,

CaO and AUTOMATED SYSTEM “KERN-DP” ...................................................................................... 91 Onanko A.P., Kulish M.P., Dmytrenko O.P., Prodayvoda G.T., Vyzhva S.A., Onanko Y.A., Kolendo A.Y.,

Kutsevol N.V.

INELASTICITY-ELASTICITY CHARACTERISTICS of SiO2, CaO and SOFTWARE

“KERN-DP” of AUTOMATED SYSTEM .................................................................................................. 93

- 6 -

Onanko A.P., Kulish M.P., Dmytrenko O.P., Prodayvoda G.T., Vyzhva S.A., Onanko Y.A., Kolendo A.Y., Kutsevol N.V.

ОПТИЧЕСКИЙ МЕТОД ДИАГНОСТИКИ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В

ПЛАСТИНАХ КРЕМНИЯ ......................................................................................................................... 95 Кислый В.П. , Липтуга А.И. , Пипа В.И. , Серёжкин Ю.Г.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НАНОНАПОЛНЕННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ

УМЕНЬШЕНИЯ РЕКОМБИНАЦИОННЫХ ПОТЕРЬ В КРИСТАЛЛАХ SOLAR-Si ПРИ

РАДИАЦИОННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ ..................................................................................................... 97 Стебленко Л.П. , Подолян А.А. , Ященко1 Л.Н., Курилюк А.Н. , Кобзарь Ю.Л. , Воронцова Л.А. 1,

Калиниченко Д.В. , Крит А.Н. , Науменко С.Н.

СУПЕРКОНДЕНСАТОРЫ С ВЫСОКОЙ УДЕЛЬНОЙ МОЩНОСТЬЮ ДЛЯ

ГИБРИДНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ .......................................................................................... 99 Вей Хан1, Изотов В.Ю. 1,2, Ши Лун Лю 1

МОБІЛЬНА СОНЯЧНА СТАНЦІЯ «СОЛАР 1» ................................................................................ 101 Оксанич А.П., Притчин С.Е., Когдась М.Г.

A NEW CARBON PHASE CONSTRUCTED BY LONG-RANGE ORDERED AMORPHOUS

CARBON CLUSTERS FROM COMPRESSING FULLERENE SOLVATES .................................... 103 ORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES, PERFORMANCE IMPROVEMENT BY LASER

MICRO-NANOSTRUCTURING .............................................................................................................. 103 Hong-Bo Sun*, Yan-Gang Bi , and Jing Feng

ВПЛИВ ПОТЕНЦІАЛУ НА ІНТЕГРАЛЬНУ ЄМНІСТЬ СУПЕРКОНДЕНСАТОРІВ ............... 104 Ізотов В. Ю., Клюй М. І., Селіхова А. В., Гавриков Д. С., Северінова І.Д., Братусь Т.І.

ПЕРСПЕКТИВНІ МЕТОДИ ОТРИМАННЯ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ МОНОКРИСТАЛІВ,

ТОНКИХ ПЛІВОК ТА КВАНТОВО-РОЗМІРНИХ СТРУКТУР ..................................................... 107

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ИНФОРМАТИКА В НАНОТЕХНОЛОГИЯХ ................................... 108 Богорош А.Т.

ОПТИМИЗАЦИЯ УСЛОВИЙ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ С

ОДНОРОДНЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ПРИМЕСЕЙ ...................................................................... 109 1)Критская Т.В., 2)Журавлёв В.Н.,3) Левинзон Д.И.

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ КРЕМНИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОНИКИ

И СОЛЕНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ ........................................................................................................ 110 1)Критская Т.В., 2)Шварцман Л.Я.

MAGNETIC AND PHOTOELECTRIC PROPERTIES OF NANOMETRIC FILMS BASED

ON IRON AND CHROMIUM OXIDES ................................................................................................... 112 Smirnov A.B. 1, Sadovnikova M.L.1, Savkina R.K.1, Mulenko S.А.2, Gorbachuk N.T. 3, Stefan N 4, Sizov F.F.1

МЕХАНІЗМИ ФОРМУВАННЯ НАНОСТРУКТУР ПРИ ІОННОМУ ОПРОМІНЕННІ

ГЕТЕРОЕПІТАКСІЙНИХ ШАРІВ КРТ ............................................................................................... 114 Смірнов А.Б., Савкіна Р.К., Удовицька Р.С.

НИЗЬКО-РОЗМІРНІ КОМПОЗИТНІ СТРУКТУРИ НА ОСНОВІ ПОРУВАТОГО

КРЕМНІЮ З ОКИСДНИМИ ПЛІВКАМИ .......................................................................................... 116 Левінзон Д.І.1, Хрипко С.Л.2

РЕНТГЕНОВСКАЯ ДИАГНОСТИКА СТРУКТУРНОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ

МОНОКРИСТАЛЛОВ С ДЕФЕКТАМИ ПРОИЗВОЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ ................................... 118 Молодкин В.Б., Низкова А.И., Богданов Е.И., Мазанко В.Ф. *, Василик Я.В. , Богданов С.Е. **

ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ТОНКИХ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ФАКТОРІВ НА ПАРАМЕТРИ

БАР`ЄРНИХ ПЕРЕХОДІВ НА GaAs ..................................................................................................... 119 Дмитрієв В.С., Дмитрієва Л.Б.

ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ РІВНЯ ІНЖЕКЦІЇ БАР`ЄРНИХ ПЕРЕХОДІВ МЕТАЛ-

АРСЕНІД ГАЛІЮ ВІД ТЕХНОЛОГІЇ ЇХ ВИГОТОВЛЕННЯ ......................................................... 120 Дмитрієв В.С., Дмитрієва Л.Б.

- 7 -

CТРУКТУРА, ХІМІЧНИЙ СКЛАД ТА ОПТИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛІВОК

Zn2SnO4, ОТРИМАНИХ МЕТОДОМ ПУЛЬСУЮЧОГО СПРЕЙ-ПІРОЛІЗУ ............................. 121 Салогуб А.О., Климов О.В., Возний А.А., Опанасюк А.С., Манжос О.П.

As2 S3 CHALCOGENIDE GLASSES DOPED WITH Mn FOR THE VIS &

IR-TRANSMITTING APPLICATIONS AND FABRICATION OF OPTICAL ELEMENTS ........... 123 Paiuk O.1, Meshalkin A.2, Stronski A.1 , Achimova E.2 , Abashkin V.2, Prisacar A.2 , Triduh G.2 , Lytvyn P.1,

Oleksenko P.1, Kryskov Ts3.

МЕХАНИЗМ РОСТА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ НИТЕВИДНЫХ

НАНОКРИСТАЛЛОВ, УЧИТЫВАЮЩИЙ ДИФФУЗИЮ ГОРЯЧИХ АТОМОВ ПО

ПОВЕРХНОСТИ ....................................................................................................................................... 124 Гранкин Д.В., Гранкин М.В.

МЕХАНИЗМ РАСТВОРЕНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЕТКИ

МОНОКРИСТАЛЛОВ ZnSe В РАСТВОРЕ БРОМА ......................................................................... 125 1 Беляев С.В., 2 Гнатюк Д.В., 1Левицкий С.Н.

ОСОБЕННОСТИ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ

СТЕКЛОКЕРАМИКИ СИСТЕМЫ VO2−V2O5–P2O5−SnO2−Cu ........................................................ 127 Колбунов В.Р., Ивон А.И.

ВЛИЯНИЕ АТОМАРНОГО ВОДОРОДА НА ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ВАРИСТОРНОЙ

ОКСИДНО-ЦИНКОВОЙ КЕРАМИКИ ................................................................................................ 129 Лавров Р.И., Ивон А.И.

ФОНОННІ СПЕКТРИ СПОЛУК CU2ZNSNSE4 ІЗ ЗАМІНОЮ SN НА GE АБО SI ..................... 131 Бабічук І.С.1, Гаврилюк Є.О.1, Лемішко І.С.1, Джаган В.М.1, Юхимчук В.О.1, Валах М.Я.1, Боднар І.В.2,

Guc M.3

ТЕХНОЛОГІЧНІ АСПЕКТИ РОСТУ ГЕТЕРОНАНОВІСКЕРІВ GaAs/In1-XGaXAs/GaAs

ПРИ НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНОМУ CVD-МЕТОДІ ........................................................................ 133 Губа С.К. *, Пелещак Р.М.**, Гуменюк Д.В.*

СТВОРЕННЯ ГЕТЕРОСТРУКТУРИ InSe – ГРАФІТ ....................................................................... 134 Ткачук І.Г., Поцілуйко Р.Л.

МУЛЬТИФРАКТАЛЬНЫЕ СПЕКТРЫ ПЛОЩАДИ ПОВЕРХНОСТИ

ГЕТЕРОКОМПОЗИЦИЙ Znx Cd1-xTe –Si (111), СИНТЕЗИРОВАННЫХ ВАКУУМНЫМ

АНОДНЫМ НАПЫЛЕНИЕМ ............................................................................................................... 135 Москвин П.П., Крыжановский В.Б., Литвин П.М.1 , Рашковецкий Л.В.1 ,Рудницкий В.А.

СПЕКТРАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ЗРАЗКІВ GaSe, ІНТЕРКАЛЬОВАНИХ

ГІДРООКСИДОМ КАЛІЮ ..................................................................................................................... 136 Цибуленко Ю.М.

ДОСЛІДЖЕННЯ ПЛІВОК MgхZn1-хO НА ДІЕЛЕКТРИЧНИХ ПІДКЛАДКАХ Al2O3 ІЧ-

СПЕКТРОСКОПІЇ .................................................................................................................................... 137 Венгер Є.Ф., Мельничук Л.Ю.*, Мельничук О.В.*, Боpковська Л.В., Хоменкова Л.Ю., Корсунська Н.О.

DOPING OF PbI2 MONOCRYSTALS BY Fe AND Ni IN THE PROCESS OF GROWTH

FROM VAPOUR PHASE........................................................................................................................... 138 Rybak O.V.

АНАЛІЗ СПЕКТРІВ СКАНУЮЧОЇ ТУНЕЛЬНОЇ СПЕКТРОСКОПІЇ ДЛЯ СИСТЕМИ

МЕТАЛ-НАПІВПРОВІДНИК INSE(NI) ............................................................................................... 139 Галій П.В. 1, Ненчук Т.М. 1, Мазур П. 2, Ціжевський А. 2, Яровець І.Р. 1

ОДЕРЖАННЯ СКЛОКЕРАМІЧНИХ ЕЛЕКТРОДНИХ МАТЕРІАЛІВ НА ОСНОВІ

Na4MII3P4O15 (MII – Co, Ni) ........................................................................................................................ 141

Одинець Є.В. 1, Затовський І.В. 1,2

ОЧИСТКА ВКЛЮЧЕНЬ ФАЗИ Те В КРИСТАЛАХ CdTe МЕТОДОМ РУХОМОГО

НАГРІВАЧА ............................................................................................................................................... 143 Фочук П.М.1, Захарук З.І.1, Никонюк Є.С.2, Раренко Г.І.1

- 8 -

ДЕФЕКТНА ПІДСИСТЕМА І КРИСТАЛОХІМІЧНА МОДЕЛЬ АМФОТЕРНОЇ ДІЇ

ДОМІШКИ ВІСМУТУ У ПЛЮМБУМ ТА СТАНУМ ТЕЛУРИДАХ ............................................. 144 Прокопів В.В.1, Туровська Л.В.2, Бойчук В.М.1, Малярська І.В.1

ФОСФАТНІ МАТЕРІАЛИ ДЛЯ Li-Na-ЙОНИХ БАТАРЕЙ ............................................................. 146 Затовський І.В. 1,2

ВПЛИВ УМОВ ОДЕРЖАННЯ НА ЕЛЕКТРОПРОВІДНІСТЬ ТОНКИХ ПЛІВОК

β-Ga2O3 Та (Y0.06Ga0.94)2О3 ......................................................................................................................... 147 Медвідь І.І., Бордун О.М., Бордун Б.О.

СПЕКТРАЛЬНІ І КІНЕТИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАТОДОЛЮМІНЕСЦЕНЦІЇ

ТОНКИХ ПЛІВОК Y2O3:Eu .................................................................................................................... 148 Бордун І.О. , Кухарський І.Й. , Половинко І.І. , Антонюк В.Г.

ЕЛІПСОМЕТРИЧНА ДІАГНОСТИКА ОРГАНО-НЕОРГАНІЧНИХ МЕТАЛОКСИДНИХ

ГІБРИДНИХ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ ПЛІВОК ...................................................................................................... 149 Поперенко Л.В., Юргелевич І.В., Легка Н.М., Стронський О.В.1, Леоненко Е.В. 2, Тельбіз Г.М. 2

ВПЛИВ КРЕМНІЄВОЇ ПІДКЛАДКИ НА ФОТОЕЛЕКТРИЧНІ ПАРАМЕТРИ

ГЕТЕРОПЕРЕХОДУ ОРГАНІЧНИЙ ШАР/КРЕМНІЙ .................................................................... 150 Горбач T.Я.a, Смертенко П.С.a, Костильов В.П.a, Линник А.О.а, Рощина Н.a, Душейко М.Г.b, Wisz G.с

NONUNIFORM BAND BENDING FOR THE NbNGaAs HETEROJUNCTION ............................ 151 Shekhovtsov L.V., Venger E.F.

ВПЛИВ ПОВЕРХНЕВОГО ПОТЕНЦІАЛУ ТА ШВИДКОСТІ ПОВЕРХНЕВОЇ

РЕКОМБІНАЦІЇ НА ФОТОПРОВІДНІСТЬ МАКРОПОРИСТОГО КРЕМНІЮ ....................... 153 Онищенко В.Ф., Карась М.І., Паршин К.А., Морозовська Д.В.

РОЗПОДІЛ ФОТОНОСІЇ ЗАРЯДУ В МАКРОПОРИСТОМУ КРЕМНІЇ ПРИ РІЗНІЙ

ГЛИБИНІ МАКРОПОР ........................................................................................................................... 155 Онищенко В.Ф.

ОДНАКОВИЙ ЕФЕКТИВНИЙ ЧАС ЖИТТЯ ФОТОНОСІЇВ ЗАРЯДУ В

МАКРОПОРИСТОМУ КРЕМНІЇ ПРИ ВІДПОВІДНОМУ ДІАМЕТРІ ТА ВІДСТАНІ

МІЖ МАКРОПОРАМИ ........................................................................................................................... 157 Онищенко В.Ф.

LUMINESCENCE PROPERTIES ZINC OXIDE NANOPARTICLES IN SbA-16 MATRIX ........... 159 Rudko G.Yu. 1*, Kovalenko S.A. 1, Gule E. G. 1, Bobyk V.V. 2, Solomakha V.M. 2, Bogoslovskaya A.B. 1

ЛЮМІНЕСЦЕНТНІ ВЛАСТИВОСТІ АРГІРОДИТУ Ag8GeSe6 ...................................................... 160 Семків І.В.1, Ільчук Г.А.1, Кусьнеж В.В.1, Петрусь Р.Ю.1, Чекайло М.В.1, Pawlowski М.2

ВПЛИВ ПЛІВОК SiC НА ПОВЕРХНЕВІ РЕКОМБІНАЦІЙНІ ПРОЦЕСИ В

КРЕМНІЄВИХ ФОТОЧУТЛИВИХ СТРУКТУРАХ .......................................................................... 161 Власюк В.М.,Костильов В.П.,Русавський А.В.,Васін А.В.,Назаров О.М.,Черненко В.В.

РОЗСІЯННЯ НОСІЇВ ЗАРЯДУ НА БЛИЗЬКОДІЮЧОМУ ПОТЕНЦІАЛІ

КРИСТАЛІЧНИХ ДЕФЕКТІВ В CdTe І CdS ...................................................................................... 162 Малик О.П., Петрусь Р.Ю., Родич В.М.

НАПІВЕМПІРИЧНІ ЕНЕРГІЇ УТВОРЕННЯ ВАКАНСІЙ У НАПІВПРОВІДНИКАХ .............. 164 Прокопів В.В., Горічок І.В., Пилипонюк М.А., Матеїк Г.Д.

ІНДУКОВАНА ОЛОВОМ НАНОКРИСТАЛІЗАЦІЯ ПЛІВОК АМОРФНОГО

КРЕМНІЮ ПРИ ЛАЗЕРНОМУ ОПРОМІНЕННІ .............................................................................. 165 Мельник В.В.1, Неймаш В.Б.1, Шепелявий П.Є.2

ВПЛИВ КОМІРКОВОГО РОЗПАДУ НА НАДПРОВІДНІСТЬ СПЛАВУ СВИНЦЮ

З ОЛОВОМ ................................................................................................................................................. 167 Краковний А.О., Руденко Е.М., Савчук М.І., Шматко І.О., Шматко О.А.

EPITAXIAL SILICON FILMS GROWN ON ELECTROCHEMICALLY OXIDIZED

POROUS SILICON STRUCTURE ........................................................................................................... 169 Lukianov A.1,2, Krikunov K. 2, Ihara M.3

- 9 -

EPITAXIAL Si FILMS GROWN BY THE LOW-PRESSURE CVD FOR THE

LAYER-TRANSFER PROCESS ............................................................................................................... 171 Lukianov A.1,2, Krikunov K.2, Ihara M.3

INFLUENCE OF INTERLAYER INTERACTION ON PHONON SPECTRA

NANO-SIZED MoS2 LAYER CRYSTALS............................................................................................... 173 Yaremko A.M., Yukhymchuk V.O., Romanyuk Yu.A.

THE NATURE OF PARAMAGNETIC DEFECTS IN SILICON FILMS OBTAINED BY

GAS DETONATION DEPOSITION METHOD ..................................................................................... 174 Bratus’V.Ya.,Klyui M.I., TemchenkoV.P.

СИНТЕЗ, ВИРОЩУВАННЯ ТА ТЕМПЕРАТУРНА ЗАЛЕЖНІСТЬ ВІДНОСНОГО

ЛІНІЙНОГО РОЗШИРЕННЯ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ ЗАМІЩЕННЯ InXTl1-XI ........................... 176 Кашуба А.І., Франів А.В., Брезвін Р.С., Бовгира О.В., Франів В.А.

ВПЛИВ НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНОГО І КОРОТКОЧАСНОГО ВІДПАЛУ НА

ПОВЕДІНКУ ГЕТЕРОСТРУКТУРи GaSe–InSe ................................................................................. 177 Сидор О.М., Сидор О.А.

ДОСЛІДЖЕННЯ ФАЗОВОГО СКЛАДУ ТОНКИХ ПЛІВок ОРГАНІЧНОГО

НАПІВПРОВІДНИКА ДИГІДРОДИБЕНЗОТЕТРААЗААНУЛЕНУ .............................................. 179 Удовицький В.Г.

POSSIBILITIES OF EPR IN CHARACTERIZATION OF ZnS DISORDERED SYSTEMS ........... 181 Nosenko V. 1, Vorona I.1, Ishchenko S.1, Baran N.1, Bacherikov Yu.1, Zhuk A.1, Selishchev A.2

ОТРИМАННЯ ТА РЕГУЛЮВАННЯ СТІЙКІСТЮ ВИСОКОДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ

НА ОСНОВІ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ МАТЕРІАЛІВ ТИПУ АIIВVI .......................................... 182 Борук С.Д., Дремлюженко К.С., Цалий В.З., Юрійчук І.М., *Капуш О.А.

ЗАЛЕЖНІСТЬ ДЕФЕКТНОСТІ ПОВЕРХНЕВОГО ШАРУ ВІД РІЗНИХ СПОСОБІВ

ОБРОБКИ CdMnTe:In.............................................................................................................................. 183 Фочук П.М., Дремлюженко С.Г., Захарук З.І.

ВЗАЄМОДІЯ Tl4HgI6 З ПОЛІРУЮЧИМИ РОЗЧИНАМИ ................................................................ 184 Дремлюженко С.Г., Фочук П.М,

БЕЗАКТИВАЦИОННАЯ РЕКОМБИНАЦИЯ РАДИАЦИОННЫХ ДЕФЕКТОВ В

ДЕТЕКТОРНОМ CdTe ............................................................................................................................. 185 Беляев С.В., Гнатюк В.А., Левицкий С.Н.

STRUCTURAL CHANGES UNDER THE INFLUENCE OF E-BEAM IRRADIATION IN

PERSPECTIVE (Ag3AsS3)0.9(As2S3)0.1 THIN FILMS .............................................................................. 186 Neymet Yu.Yu. 1, Studenyak I.P. 1, Molnar Z.R. 1, Daróci L. 2, Cserháti C.2, Kökényesi S. 3

ВИРОЩУВАННЯ ТА СТРУКТУРНІ ПАРАМЕТРИ КРИСТАЛІВ Ag7GeS5I ............................... 187 Погодін А.І. 1, Кохан О.П. 1, Соломон А.М. 2, Ізай В.Ю. 1, Студеняк І.П. 1

OPTICAL ABSORPTION EDGE AND REFRACTIVE INDEX DISPERSION OF

Cu6PS5I-BASED THIN FILMS DEPOSITED BY MAGNETRON SPUTTERING ............................ 188 Studenyak I.P. 1, Rybak S.O. 1, Bendak A.V. 1, Izai V.Yu. 1, Kúš P. 2, Mikula M. 2

ОТРИМАННЯ І ЛАЗЕРНА МОДИФІКАЦІЯ ТОНКОПЛІВКОВИХ

ГЕТЕРОПЕРЕХОДІВ CdSb-In4Se3 ТА CdSb-CdTe ............................................................................. 190 Клето Г.І., Стребежев В.В., Обедзинський Ю.К., Юрійчук І.М., Гарькуша Д.В.

ДОСЛІДЖЕННЯ ОСОБЛИВОСТЕЙ ФОТО-СТИМУЛЬОВАНИХ ПЕРЕТВОРЕНЬ

В ШАРАХ ХАЛЬКОГЕНІДІВ ГЕРМАНІЮ ........................................................................................ 192 Минько В.І. , Індутний І.З. , Данько В.А. , Луканюк М.В. , Шепелявий П.Є. , Свєженцова К.В.

ЗАЛЕЖНІСТЬ ЕФЕКТИВНОСТІ ЗОННО-ЗОННОЇ ТА ДОМІШКОВОЇ

ЛЮМІНЕСЦЕНЦІЇ НАПІВПРОВІДНИКА ВІД РІВНЯ ЗБУДЖЕННЯ: ТЕОРЕТИЧНІ

ДОСЛІДЖЕННЯ ....................................................................................................................................... 193 Даценко О.І., Поперенко Л.В.

ЛЮМІНЕСЦЕНТНІ КОМПОЗИТИ НАНО-CdTe/KCl(KBr) ........................................................... 195 Окрепка Г.М., Філоненко С.*, Халавка Ю.Б.

- 10 -

ПРОВІДНІСТЬ ПРИХОВАНИХ ПРОВІДНИХ КАНАЛІВ В ГЕРМАНІЇ ПРИ РІЗНИХ

ДОЗАХ ОПРОМІНЕННЯ ПРОТОНАМИ ВИСОКИХ ЕНЕРГІЙ .................................................... 196 Жарких Ю.С., Лисоченко C.В., Кухаренко О.Г., Третяк О.В., Глушко, К.Е., Скрипчук А.І., Васильєв А.Г.,

Толмачов Н.Г.

ФОТОПРОВІДНІСТЬ СТРУКТУР МАКРОПОРИСТОГО КРЕМНІЮ З ОКСИДНИМ

ПОКРИТТЯМ ............................................................................................................................................ 199 Карась М.І., Онищенко В.Ф.

ФОТОДИОДНЫЕ СВОЙСТВА МАКРОПОРИСТОГО КРЕМНИЯ ПРИ СИЛЬНОМ

ПОВЕРХНОСТНОМ ПОГЛОЩЕНИИ СВЕТА .................................................................................. 201 Карась Н.И.

ЗАЛЕЖНІСТЬ МОДУЛЬОВАНОЇ ФОТОПРОВІДНОСТІ ШАРУВАТИХ КРИСТАЛІВ

GaSe ТА InSe ВІД ДОВЖИНИ ХВИЛІ СВІТЛОВОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ ........................... 202 Флюнт О.Є.

СИНТЕЗ МАКРОСТРУКТУР З ВУГЛЕЦЕВИХ НАНОТРУБОК ДУГОВИМ МЕТОДОМ З

АКТИВАЦІЄЮ ПРОЦЕСУ СИНТЕЗУ ЕЛЕКТРИЧНИМ ТА МАГНІТНИМ ПОЛЯМИ ......... 204 Кропотов О.Ю., Удовицький В.Г.

ОПТИЧНІ Й ЕЛЕКТРОННІ ВЛАСТИВОСТІ СИЛІЦІЮ, ІМПЛАНТОВАНОГО

ВИСОКОЕНЕРГЕТИЧНИМИ ЙОНАМИ АРГЕНТУМУ................................................................. 206 Стащук В.С.1, Мельник В.П.2, Ямпольський А.Л.1, Бабіч Д.П.1

ФОТОЕЛЕКТРИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ СТРУКТУРИ InGaAs З КВАНТОВИМИ

ТОЧКАМИ ТА ПАЯНИМИ ІНДІЄВИМИ КОНТАКТАМИ ............................................................ 207 Козак О.О. 1, Даценко О.І.1, Поперенко Л.В.1, Кондратенко С.В. 1, Головинський С.Л.2, Gombia E. 3,

Seravali L.3, Trevisi G. 3, Frigeri P. 3.

ДЕФЕКТИ У ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ InAlAs НА ПІДКЛАДКАХ InP ДЛЯ КВАНТОВО-

КАСКАДНИХ ЛАЗЕРІВ........................................................................................................................... 208 Ісипов П.С.1, Головинський С.Л.2, Даценко О.І.1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОТОУПРУГОЙ ПОСТОЯННОЙ АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ В

ЗАВИСИМОСТИ ОТ АНИЗОТРОПИИ ЕГО УПРУГИХ СВОЙСТВ ............................................ 210 Остриковская Д.А.

НОВІТНЯ ІОННО – ПЛАЗМОВА КОМБІНОВАНА СИСТЕМА ДЛЯ ФОРМУВАННЯ

ФУНКЦІОНАЛЬНИХ ПЛІВКОВИХ СТРУКТУР .............................................................................. 212 Гончаров О.А., Дробков М.Є., Семенюк В.Ф., Четверик В.В.

THE PROCESSES OF RECOMBINATION OF CHARGE CARRIERS IN InGaAs-GaAs

HETEROSTRUCTURE NANOOBJECTS InGaAs ................................................................................ 214 Holovin V.V.1, Prokopets V.M.2, Kondratenko S.V.3

PHOTOLUMINESCENCE STUDY OF CU2ZNSNS4 THIN FILMS GROWN FROM

SULPHIDE PRECURSORS AT LOWER TEMPERATURE ................................................................ 216

Semenenko M. *, Ganus V., Babichuk I., Krikunov K., Klyui A.

LONG-TERM RADIATION-INDUCED OPTICAL EFFECTS IN CHALCOGENIDE

VITREOUS SEMICONDUCTORS ........................................................................................................... 218 Kavetskyy T.S. 1,2

THE NATURE OF PARAMAGNETIC DEFECTS IN SILICON FILMS OBTAINED BY GaS

DETONATION DEPOSITION METHOD ............................................................................................... 219 Bratus’ V.Ya. 1, Klyui M.I. 1,2, Temchenko V.P. 1,2, Gorbulik V.I. 3

ПУТИ ПОСТРОЕНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ ДАТЧИКОВ ВОДОРОДА НА

ПОРИСТОМ АРСЕНИДЕ ГАЛЛИЯ ..................................................................................................... 221 Оксанич А.П., Притчин С.Э., Холод А.Г.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ГРАДИЕНТОВ В КРИСТАЛЛЕ И РАСПЛАВЕ

ПОЛУИЗОЛИРУЮЩЕГО АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ ............................................................................ 223 Оксанич А.П., Андросюк М.С.

- 11 -

ІНФОРМАЦІЙНІ ТА КОМП’ЮТЕРНО – ІНТЕГРОВАНІ ТЕХНОЛОГІЇ, СИСТЕМИ

АВТОМАТИКИ ТА УПРАВЛІННЯ, МОДЕЛЮВАННЯ ОБ’ЄКТІВ КЕРУВАННЯ .................. 225

AN INFORMATION AND ADVISING SYSTEM OF MAKING DECISION SUPPORT OF

THE EMPLOYMENT SERVICE FOR A CLIENT SEARCHING FOR A JOB ................................. 226 Rylova N.V., Olefirenko S.V., Zakharchenko J.R.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В РЕЗОНАНСНЫХ ИНВЕРТОРАХ НА ОСНОВАНИИ

МЕТОДА ПЕРЕМЕЩЕНИЯ РАБОЧЕЙ ТОЧКИ .............................................................................. 228 Хансаа А. Гази Алькасра, Чернышов Н.Н., Слюсаренко А.А.

ЛОКАЛІЗАЦІЯ ШТРИХ-КОДІВ НА ЗОБРАЖЕННЯХ .................................................................... 230 Рибальченко О.В., Жураковська О.С.

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ ОБРАБОТКИ РАСТРОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ ..................................................................................................... 232 Ивон А.И., Истушкин В.Ф., Лищенко А.А.

USING PRNG BASED ON MULTIDIMENSIONAL DISCRETE HYPER CHAOTIC

SYSTEM FOR IMAGE ENCRYPTION .................................................................................................. 234 Krulikovskyi O.V., Haliuk S.D., Politanskyi L.F.

КОНФІГУРАТОР ДЛЯ НАЛАГОДЖУВАЛЬНИХ ПРИСТРОІВ НА ОСНОВІ FPGA

МАТРИЦЬ .................................................................................................................................................. 236 Шевченко І.О.

РОЗШИРЕНА АЛГЕБРА СТРУКТУРНИХ ЧИСЕЛ ДЛЯ ПОБУДОВИ АЛГОРИТМІВ

КЕРУВАННЯ ............................................................................................................................................. 237 Ямненко Ю.С., Моргун А.В.

ІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ РОЗРОБЛЕННЯ ПРОТОТИПІВ ЕЛЕКТРОННИХ

ПРИСТРОЇВ ТА СИСТЕМ ...................................................................................................................... 238 Алексієв В.О.

ЧИСЛОВЕ МОДЕЛЮВАННЯ СВІТЛОВИХ ВОЛЬТ-АМПЕРНИХ ХАРАКТЕРИСТИК

КРЕМНІЄВИХ ФОТОПЕРЕТВОРЮВАЧІВ З АМОРФІЗОВАНИМИ ШАРАМИ ...................... 240 Козинець О.В., Скришевський В.А.

ПОБУДОВА МАКРОМОДЕЛЕЙ ДЛЯ ЗДІЙСНЕННЯ МОДЕЛЮВАННЯ

ЕНЕРГОСПОЖИВАННЯ У СИСТЕМІ SMART HOUSE ................................................................. 242 Тєлєга В.В., Комаревич О.М.

ПЕРСПЕКТИВИ ВИКОРИСТАННЯ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ В

УПРАВЛІННІ ПІДПРИЄМСТВОМ ...................................................................................................... 244 Терещенко В.Л., Терещенко В.В.

ПЕРСПЕКТИВИ ВИКОРИСТАННЯ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ В ОСВІТІ .............. 246 Терещенко В.Л., Терещенко В.В.1, Терещенко Л.П.2

ОСОБЛИВОСТІ ПОБУДОВИ PLC КОМУНІКАЦІЙНОГО СЕРЕДОВИЩА З

ВИКОРИСТАННЯМ ПОДОВЖУВАЧА............................................................................................... 248 Федін І.С., Куцаченко Є.Р.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МНОГОКАНАЛЬНЫХ ОПТИЧЕСКИХ

ВРАЩАЮЩИХСЯ СОЕДИНИТЕЛЕЙ ............................................................................................... 250 Шапарь В.Н.

СППР ДЛЯ ПОДОЛАННЯ НАСЛІДКІВ НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЙ НА ОБ’ЄКТАХ

ХІМІЧНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ ............................................................................................................ 252 Кобилінський І.А.

ІНФОРМАЦІЙНА СИСТЕМА для ОЦіНЮВАННЯ ФІНАНСОВОГО СТАНУ

ПІДПРИЄМСТВ ........................................................................................................................................ 254 Гожий В.О.

- 12 -

МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЭРГОНОМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОУПРОВОДНИКОВЫХ

ИНДИКАТОРОВ ....................................................................................................................................... 256 Бушма А.В.

РЕАЛІЗАЦІЯ НЕЧІТКОЇ СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ ПРИПЛИВНОЮ ВЕНТИЛЯЦІЄЮ НА

КОМПОНЕНТАХ АВТОМАТИЗАЦІЇ SIEMENS ............................................................................... 258 Мащенко М.А., Дзябенко О.В.*

CLUSTERING IN MEASUREMENT OF DISLOCATION DENSITY OF SEMICONDUCTOR

WAFFER ...................................................................................................................................................... 260 Samoilov A.N.

ІМПУТАЦІЯ ПРОПУЩЕНИХ ДАНИХ ЗМІШАНОЇ ПРИРОДИ В ЗАДАЧАХ

ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОГО АНАЛІЗУ ....................................................................................................... 262 Слабченко О.О., Сидоренко В.М.

РЕАЛИЗАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ МОНИТОРИНГА

РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИМЕСИ В СЛИТКАХ КРЕМНИЯ .............................................................. 264 Оксанич И.Г., Притчин О.С.

СИСТЕМОЛОГИЧЕСКИЙ МЕТОД АНАЛИЗА ИЗМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РЭА .............. 266 Невлюдова В.В., Жарикова И.В., Боцман А.С.

MOBILE PLATFORMS CONTROL SYSTEM DEVELOPMENT ON THE BASE OF

VIRTUAL DIVE METHOD TO THE ENVIRONMENT. ...................................................................... 268 prof. Nevlyudov I., prof. Yevsieiev V., assoc. prof. Miliutina S., Salieva V.

РОЗРОБКА АПАРАТУ ГЕНЕРАЦІЇ ІМПУЛЬСНОГО МАГНІТНОГО ПОЛЯ ВИСОКОЇ

ІНТЕНСИВНОСТІ "мАк - 1" ................................................................................................................. 270 Оксанич А.П., Притчин С.Е., Когдась М.Г., Мащенко М.А.

ЕЛЕКТРОННІ ВИДАННЯ В ВИДАВНИЧІЙ СПРАВІ ..................................................................... 272 Шаповал І.С., Петросян М.С.

СИСТЕМНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ РАБОЧИХ

МЕСТ ........................................................................................................................................................... 273 Шевченко И.В., Федорунько Д.А.

СИСТЕМНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ

РАБОЧИХ МЕСТ ...................................................................................................................................... 276 Шевченко И.В., Федорунько Д.А.

НМІТФ – 2016

- 13 -

ПРОБЛЕМИ ФОТОВОЛЬТАЇКИ, ВЛАСТИВОСТІ

НАПІВПРОВІДНИКОВИХ МАТЕРІАЛІВ ТА

СТРУКТУР, ОБЛАСТІ І ОСОБЛИВОСТІ ЇХ

ЗАСТОСУВАННЯ

Матеріали, структури, технології, устатку-

вання для фотовольтаїки та сонячної енерге-

тики.

Комплексні дослідження фізичних явищ в

оптичних монокристалах, наносистемах та їх

фізико-хімічних властивостей.

Матеріали і приладові структури для сенсо-

рів, сонячних елементів і матричних перет-

ворювачів інформації.

НМІТФ – 2016

- 14 -

УДК 621.472:629.78

ДОСЛІДЖЕННЯ ЗМІНИ ЕФЕКТИВНОСТІ ПРОМИСЛОВИХ ЗРАЗКІВ

КРЕМНІЄВИХ ФОТОЕЛЕКТРИЧНИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ ІЗ

ЗРОСТАННЯМ РОБОЧОЇ ТЕМПЕРАТУРИ

Кіріченко М.В.1, Зайцев Р.В. 1, Прокопенко Д.С.1, Хрипунов Г.С.1, Зайцева Л.В.2 1Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» 2 Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуквоського «Харківський авіаційний

інститут», E-mail: kirichenko.mv@gmail.com

У теперішній час виробники з Китаю стали найбільшими експортерами фотоелектри-

чної продукції в світі [1] та забезпечили підвищення коефіцієнта корисної дії (ККД) промис-

лових зразків монокристалічних кремнієвих фотоелектричних перетворювачів (Si-ФЕП) до

17-18 % при істотному зниженні їх собівартості. Значна частина підприємств, що займаються

промисловою зборкою фотоенергетичних модулей для сонячних електростанцій, в якості ба-

зових використовує Si-ФЕП виробництва КНР.

Проте, слід зазначити, паспортні величини ККД та вихідних параметрів, що вказують-

ся виробниками з КНР при продажу Si-ФЕП, вимірюються при стандартизованій температурі

25оС. Однак в процесі експлуатації таких Si-ФЕП у складі сонячної електростанції у відпо-

відності з величиною ККД тільки незначна частина сонячної енергії використовується для

вироблення електричної енергії. Більша частина сонячного випромінювання перетворюється

у приладових структурах на тепло. Це призводить до підвищення робочої температури Si-

ФЕП, що обумовлює зниження їх ефективності. У той же час дослідження Si-ФЕП виробниц-

тва КНР, спрямовані на аналіз впливу температури на ефективність монокристалічних Si-

ФЕП, за поодинокими виключеннями [2] не проводяться, на відміну від досліджень аналогі-

чних приладів, виготовлених в Європі [3]. Таким чином, дослідження впливу температури на

ефективність фотоелектричних процесів у промислових зразках Si-ФЕП виробництва КНР

можна вважати актуальною науково-дослідницькою задачею, що має велике практичне зна-

чення.

Тому в даній роботі було проведено дослідження шляхом вимірювання та наступного

аналітичного опрацювання світлових навантажувальних вольт-амперних характеристик серії

ФЕП промислового виробництва КНР в діапазоні робочих температур 0-50ОС для визначен-

ня оптимальної робочої температури таких Si-ФЕП та необхідності забезпечення примусово-

го охолодження Si-ФЕП у складі фотоенергетичного модуля сонячної електростанції. Дослі-

джувані зразки, виготовлені компанією «Yingli Green Energy Holding Co» (КНР), – однопере-

хідні фотоелектричні перетворювачі розміром 156×156 мм, зовнішній вигляд яких показано

на рисунку 1а. Ці зразки були виготовлені на основі пластин монокристалічного кремнію р-

типу провідності, n+-шар має глибину 0,5 мкм, просвітлююче покриття SixNy із товщиною

шару 80-100 нм, струмознімальні електроди виготовлені за допомогою стандартної «screen

printed» технології, на основі алюмо- та срібловмісних паст.

Визначення вихідних параметрів Si-ФЕП здійснювалось за допомогою програми аналітич-

ного опрацювання світлових вольт-амперних характеристик (ВАХ), що заснована на апроксимації

експериментальної світлової ВАХ теоретичним виразом. Світлові ВАХ досліджуваних Si-ФЕП

вимірювались навантажувальним методом при опроміненні від імітатору сонячного випроміню-

вання в наземних умовах з потужністю світлового потоку 100 мВт/см2. Вимірювальний стенд ба-

зується на використанні світлодіодного освітлювача із мікроконтролерним керуванням для імітації

сонячного випромінювання. В якості опору навантаження використано магазин активних опорів,

що має шість декад з опорами відповідної величини та дозволяє прецизійно варіювати опір наван-

таження при вимірюванні світлових ВАХ Si-ФЕП в діапазоні від 0,01 до 1000 Ом. Досягнення не-

обхідної робочої температури Si-ФЕП в діапазоні від 0 до 50 ОС забезпечувалось обдуванням їх

НМІТФ – 2016

- 15 -

поверхні вентилятором, що подавав або холодне вуличне повітря (до Т=15ОС) або повітря, підігрі-

те електричною спіраллю (від 15ОС до 50 ОС).

Експериментально визначені залежності ККД від робочої температури для типових

зразків з дослідженої серії наведено на рисунку 1б.

а) б)

Рисунок 1 – Зовнішній вигляд досліджуваних Si-ФЕП (а) та експериментальні залеж-

ності ККД досліджуваних зразків від робочої температури (б).

Дослідження впливу робочої температури на ефективність Si-ФЕП виробництва КНР

показало, що із зростанням робочої температури зниження коефіцієнта корисної дії складає

0,07 %/C (рис. 1б). При цьому густина струму короткого замкнення знижується, а фактор за-

повнення світлової ВАХ практично не змінюється. Зафіксована швидкість спадання ККД із

температурою є істотно вищою, ніж у приладових структурах європейського або американ-

ського виробництва та обумовлена, як показали експериментальні дані, нетрадиційним зни-

женням густини струму короткого замкнення.

Аналіз діодних характеристик показав, що аномально високе зниження ККД та нетра-

диційне зниження густини струму короткого замкнення обумовлено зафіксованим експери-

ментально зменшенням шунтувального опору Si-ФЕП. Струм по ділянках з високою провід-

ністю знижує внесок фотоструму у струм короткого замкнення, та є додатковим фізичним

механізмом, що знижує ККД поряд із традиційним негативним впливом від зростання гус-

тини діодного струму насичення.

Експериментально встановлена висока швидкість зниження ККД Si-ФЕП виробництва

КНР в процесі експлуатації нівелює їх достатньо високі початкові значення вихідних пара-

метрів та обумовлює доцільність розробки для використання таких Si-ФЕП конструкції фо-

тоелектричного модуля, котрий являє собою гібрид Si-ФЕП та теплового сонячного колекто-

ру та дозволяє при реалізації принципу циркуляції теплоносія шляхом природної конвекції

забезпечувати охолодження фотоелектричних перетворювачів без додаткових витрат енергії

на прокачку теплоносія.

Таким чином, можна заключити, що експериментально встановлений характер тем-

пературної залежності коефіцієнту корисної дії Si-ФЕП виробництва КНР свідчить про доці-

льність оснащення фотоенергетичних модулів, виготовлених із використанням таких фотое-

лектричних перетворювачів, системою рідинного охолодження ФЕП, що забезпечить збере-

ження високих початкових величин коефіцієнту корисної дії Si-ФЕП виробництва КНР.

Список использованной литературы

1. Bye G. Solar grade silicon: Technology status and industrial trends / G. Bye, B. Ceccaroli //

Solar Energy Materials & Solar Cells. – 2014. – V. 130. – P. 634–646.

2. Cai W. The influence of environment temperatures on single crystalline and polycrystalline

silicon solar cell performance / W. Cai, F. Chao, T. JinLong, L. DeXiong, H. SiFu, X. ZhiGang //

Physics, Mechanics & Astronomy. – 2012. – V. 55. – 2. – P. 235–241.

3. Radziemska E. Effect of temperature on dark current characteristics of silicon solar cells

and diodes / E. Radziemska // International Journal Energy Res. – 2006. – V. 30. – 2. – P. 127–

134.

НМІТФ – 2016

- 16 -

УДК 621.315.592; 535.37

ВПЛИВ НВЧ-ОПРОМІНЕННЯ НА ТРАНСФОРМАЦІЮ СПЕКТРІВ

ФОТОЛЮМІНЕСЦЕНЦІЇ МОНОКРИСТАЛІВ CdTe:Cl ПРИ Т=2K

Лоцько О.П. *, Будзуляк С.І. *, Корбутяк Д.В.*, Вахняк Н.Д. *, Демчина Л.А.*, Конакова

Р.В.*, Мілєнін В.В.*, Охріменко О.Б. *, Редько Р.А.*, Березовська Н.І.** * Інститут фізики напівпровідників ім. В. Є. Лашкарьова НАН України, ** Фізичний факультет Київського національного університету імені Тараса Шевченка

E-mail: div47@isp.kiev.ua

Високоомні монокристали CdTe:Cl є перспективним матеріалом для створення неохо-

лоджуваних детекторів іонізуючого випромінювання [1, 2], тому дослідження трансформації

домішково-дефектних комплексів у цьому матеріалі під впливом зовнішніх технологічних

чинників і пошук оптимальних режимів обробок, що покращують кристалічну структуру, є

дуже важливими.

У роботі проведено експериментальні дослідження люмінесцентних властивостей мо-

нокристалів CdTe:Cl вирощених методом Бріджмена у залежності від НВЧ-опромінення. Ле-

гування хлором здійснювали під час вирощування кристалів, концентрація введеної легуючої

домішки 51019 см-3.

НВЧ-опроміннення монокристалів CdTe:Cl проводилося в гіротронному комплексі для

мікрохвильової обробки матеріалів при частоті 24 ГГц. Для забезпечення у камері інтенсивно-

сті 1,5 Вт/см2 вихідна потужність становила 150 Вт. Повний час експозиції набирався часови-

ми інтервалами опромінення по 5 с з проміжками між опроміненнями 3 хвилини. Вимірювання

показали, що при кожному процесі опромінення зміна температури не перевищувала 2 С

порівняно з початковою температурою зразка. Для досліджень люмінесцентних властивостей

використовувалися монокристали CdTe:Cl, опромінені при різних експозиціях: 10, 60 і 120 с.

Проведений аналіз досліджуваних спектрів низькотемпературної (Т = 2 K) фотолюмі-

несценції (ФЛ) монокристалів CdTe:Cl у залежності від дози НВЧ-опромінення показав, що

при тривалості опромінення до t = 10 c спостерігається ефект малих доз з відповідним рос-

том інтенсивності ФЛ усіх смуг. Опромінювання зразків в інтервалі від 10 с до 60 c приво-

дить до складних змін у спектрах ФЛ, викликаних генерацією як випромінювальних, так і

безвипромінювальних центрів. Внаслідок НВЧ-опромінення тривалістю 120 с у монокриста-

лах CdTe:Cl формуються безвипромінювальні центри дефектного походження, що відобра-

жається в суттєвому зменшенні інтенсивності ФЛ.

При режимах НВЧ-опромінення монокристалів CdTe:Cl на частоті 24 ГГц та тривало-

сті 10 с виявлено ефект малих доз, який проявляється у зростанні інтенсивності всіх смуг ни-

зькотемпературної ФЛ.

Автори висловлюють щиру подяку Ю. В. Быкову (Институт прикладной физики РАН)

за проведення НВЧ-опромінення досліджуваних зразків CdTe:Cl.

Список використаної літератури

1. Телурид кадмію: домішково-дефектні стани та детекторні властивості: моно-

графія / Д. В. Корбутяк, С. В. Мельничук, Є. В. Корбут, М. М. Борисюк. – К.: «Іван Федо-

ров», 2000. – 198 с.

2. Люмінесцентна діагностика трансформації домішково-дефектних комплексів в

CdTe:Cl під дією зовнішніх чинників / Н. Д. Вахняк, Л. А. Демчина, Д. В. Корбутяк,

О. П. Лоцько // Нові технології. – 2008. – 2 (20). – С. 73–78.

НМІТФ – 2016

- 17 -

УДК 621.383:621.381.2

ВПЛИВ РОЗКИДУ ПАРАМЕТРІВ RGB СВІТЛОДІОДІВ НА

ОДНОРІДНІСТЬ СВІЧЕННЯ СВІТЛОДІОДНИХ ЕКРАНІВ

Велещук В.П., Власенко О.І., Киселюк М.П., Власенко З.К., Шинкаренко В.В., Кудрик Я.Я.

Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, пр. Науки 41, 03028,

м. Київ, Україна, e-mail: vvvit@ukr.net

Вступ. Виробники світлодіодних екранів прагнуть досягти однорідність їх свічення у

всьому діапазоні яскравості для всіх кольорів. Проте це є дуже проблематичним при низьких

(мінімальних) градаціях яскравості, при цьому неоднорідність проявляється для кристалів си-

нього кольору випромінювання. Однією причиною цього є розкид електричних та світлових па-

раметрів окремих кристалів RGB світлодіодів.

Мета роботи полягає у вивченні розкиду вольт-амперних (ВАХ) та вольт-фарадних (ВФХ)

характеристики окремих кристалів RGB світлодіодів.

Матеріал і результати. Вивчались типові промислові RGB-світлодіоди FM-Z3535RGB.

Кристали виготовлені з таких напівпровідників: червоний – AlGaInP, зелений - In0.3Ga0.7N/GaN,

синій − In0.2Ga0.8N/GaN. Тобто червоний виготовлено з іншої напівпровідникової сполуки. Вимі-

ряно ВАХ, ВФХ та імпульси електролюмінісценції при тривалості імпульсу 40 та 100 нс. Із

Рис.1, а видно, що ВАХ деяких кристалів має більший тунельний струм, кристали 2, 3 мають

нижчий струм за інші в діапазоні 2,5 – 3 В. Це узгоджується із ВФХ на Рис.1,б: дифузійна ємність

кристалів 2, 3 є найнижчою серед 10-и кристалів. Дифузійна ємність пов’язана з протіканням

прямого (дифузійного) струму і пропорційна прямому струму І та часу життя τ неосновних носіїв.

1,0 1,5 2,0 2,5 3,01E-11

1E-10

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

0,01 01

02

03

04

05

06

07

08

09

10

I, A

U, В

а)

0 1 2 3

40

60

80

100

120

140

160

180 01

02

03

04

05

06

07

08

09

10

C,

пФ

U, В б)

Рисунок 1− а) ВАХ, б) ВФХ In0.2Ga0.8N/GaN структур синього кольору синього кольору. Ви-

міряно 10 світлодіодів.

Відомо, що розкид електричних та світлових параметрів окремих кристалів світлодіо-

дів зумовлений суто технологічними причинами при їх епітаксії та технологічних обробках.

Встановлено, що розкид струму при фіксованій напрузі: 18,4 мА – 11 мА = 7,4 мА для синіх

кристалів (при 3 В), 5,9 мА – 3,9 мА = 2 мА для зелених кристалів (при 2,46 В), 11,7 мА – 7,5

мА = 4,2 мА для червоних кристалів (при 1,91 В). Розкид ємності при фіксованій напрузі: 180

пФ – 73 пФ = 107 пФ при напрузі 3 В. для синіх кристалів; 210 пФ −150 пФ = 60 пФ при

2,5 В. для зелених кристалів; 49 пФ – 39 пФ = 10 пФ при 2 В. для червоних кристалів.

Висновок: більший розкид електричних характеристик RGB світлодіодів мають

In0.2Ga0.8N/GaN кристали синього кольору випромінювання.

НМІТФ – 2016

- 18 -

УДК 535.21, 539.534.9

ЕЛЕКТРИЧНІ НЕОДНОРОДНОСТІ В РОЗПЛАВНИХ

МОНОКРИСТАЛАХ Cd1-XZnXTe

Велещук В.П., Даулетмуратов Б.К.*, Власенко З.К., Біляев С.В., Киселюк М.П.

Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, пр. Науки 41, 03680,

м. Київ, Україна, e-mail: vvvit@ukr.net *Каракалпакський державний університет ім. Бердаха, вул. Академіка Ч. Абдірова 1, 230112,

м. Нукус, Узбекистан.

Вступ. Монокристали Cd1-хZnхTe, вирощені з розплаву, безпосередньо після кристалі-

зації мають низьку електричну та оптичну однорідність, що обумовлено низкою обставин.

Це висока в'язкість розплаву з переважно ковалентною складовою хімічного зв'язку, що при-

гнічує конвекційні потоки, які призводять до вирівнювання складу; температурні нестабіль-

ності по фронту кристалізації, які призводять до захоплення мікрообластей переохолоджено-

го розплаву; наявність поздовжніх і радіальних температурних градієнтів, які призводять у

процесі тривалого зниження температури після вирощування до виникнення в злитку полів

локальних механічних напруг.

Метою роботи було з'ясування ростових і кристалізаційних причин нерівномірного

розподілу домішок у високоомних розплавних монокристалах Cd1-хZnхTe (х = 0,02…0,04), а

також особливостей їх електропровідності.

Матеріал і результати. Основною особливістю високоомного стану є зростання Де-

баєвської довжини екранування, що характеризує просторову протяжність потенціальних

бар’єрів. У високоомних монокристалах Cd1-xZnxTe виникають додаткові локальні неоднорі-

дності в розподілі фонових домішок різної хімічної природи. Звичайне фонове забруднення

домішками різної хімічної природи знаходиться на рівні 5·1017 см-3 [1]. У кращих, найбільш

чистих розплавних зразках неконтрольоване забруднення може бути знижене до мінімально

досяжної концентрації на рівні 1·1016 см-3.

Оцінимо величину флуктуації рівня фонового забруднення в найбільш чистих зразках.

У невідпаленого зразка флуктуації складу призводять до випадкових відхилень концентрації

в об'ємі кристала на рівні 0,0001 - 0,01%. Звідси абсолютне значення флуктуації домішкового

складу в найбільш чистих зразках знаходиться на рівні 1·1012 см-3, а в забруднених кристалах

значно перевищує зазначену величину.

Це означає, що в низькоомних кристалах з рівноважною концентрацією носіїв 5·1015

см-3 флуктуації домішкового складу представляють соті частки відсотка, тобто грають роль

незначних поправок. У високоомних же монокристаллах з величиною питомої опору 5·106 –

109 Ом·см випадкові відхилення фонових домішок співмірні або навіть перевищують рівно-

важну концентрацію вільних носіїв 109 см-3. Нерівномірний розподіл концентрації фонових

домішок у такому монокристалі викликає дифузні потоки електронів і призводить до утво-

рення бар'єрів, які локалізуються на неоднорідностях і мають сильне електричне поле [2].

У низькоомному стані довжина бар'єрів в кристалі порівняна або менше від довжини

вільного пробігу електронів. У високоомному стані дебаєвська довжина екранування

0

2

0

ne

kTlD

у багато разів перевищує довжину вільного пробігу електронів, внаслідок чого

функція розподілу носіїв по станах істотно відрізняється від рівноважної, що призводить до

порушення умов, за яких справедливе кінетичне рівняння Больцмана 10 fff . f – Нерівно-

важна функція розподілу електронів по станам, f0 – рівноважна функція розподілу електронів

при відсутності зовнішнього поля. 1f – відносно мала додаткова величина, що визначає про-

цеси переносу при наявності зовнішнього слабого електричного поля ε. Е – енергія, – час

НМІТФ – 2016

- 19 -

релаксації, що характеризує процес відновлення рівноважного стану, порушеного зовнішнім

електричним полем після виключення. υх – дрейфова швидкість руху електронів під дією зо-

внішнього поля ε.

E

feff x

0

0 .

Просторово неоднорідний розподіл заряджених фонових донорів та акцепторів у кри-

сталічній ґратці супроводжується відповідною модуляцією електростатичного потенціалу в

об’ємі кристалу. Наявність протяжних електричних бар'єрів із сильно збідненими областями,

які поводяться як діелектрик, та горбів електростатичного потенціалу в об’ємі Cd1-xZnxTe

суттєво змінює характер провідності. Зокрема, в монокристалах з'являються рівні протікан-

ня, тобто значення енергії, при яких електрони провідності, що рухаються під кутом до сило-

вих ліній зовнішнього поля, які або огинають горби електростатичного потенціалу або підні-

маються на вищий рівень (проте це енергетично не вигідно).

Бар'єри, локалізовані на неоднорідностях різної природи, можуть бути у вигляді висо-

коомних прошарків та запираючих шарів, товщина і ступінь збіднення яких залежать, зокре-

ма, від напруженості та частоти електричного поля.

Процеси формування запираючих шарів, які належать до релаксаційних, у зв'язку з

великими часами максвелівскої релаксації можуть спричиняти струмову нестабільність. За

наявності зовнішнього електричного поля, дрейфовий зсув нерівноважних носіїв у процесі

рекомбінації супроводжується просторовою асиметрією їхнього захоплення на глибокі елек-

тронні пастки, які за своєю природою є неконтрольованою фоновою домішкою. Зазначені

процеси захоплення на глибокі електронні центри захвату призводять до виникнення додат-

кового внутрішнього поля в кристалі і явища поляризації, що підсилює електричну неодно-

рідність.

Висновок. Поєднання низької концентрації вільних носіїв з неоднорідним розподілом

фонових домішок у розплавних монокристалах призводить до зміни їх фізичних характерис-

тик: зростають дебаєвська довжина екранування і час максвелівської релаксації, виникають

протяжні електричні бар'єри, горби електростатичного потенціалу, явище поляризації і пере-

хід до канальної провідності. Відповідно сумарна електропровідність у розплавних високо-

омних монокристалах повинна мати змішаний характер, тобто, окрім набору складових (зок-

рема – через локальні неоднорідності хімічного складу домішок, тощо) з постійною густи-

ною струму повинні існувати окремі канали провідності, в яких, зокрема, електрони огина-

ють горби електростатичного потенціалу або тунелюють крізь тонкі бар’єри.

Публікація містить результати досліджень, проведених при грантовій підтримці Дер-

жаного фонду фундаментальних досліджень за конкурсним проектом Ф64-2016.

Список використаної літератури

1. Матвеев О.А., Терентьев А.И. Основные принципы послеростового отжига

CdTe:Cl для полуизолирующих кристаллов // ФТП. – 2000. – Т.34, вип. 11. – C. 1316 – 1321.

2. Біляєв С.В., Велещук В.П., Ляшенко О.В., Гнатюк В.А. Вплив рівня фонового забру-

днення на електричні неоднорідності в розплавних монокристалах CdTe та Cd1-xZnxTe // Віс-

ник Київського університету. Серія: фіз.-мат. науки – 2007. – 4. – С. 301–305.

НМІТФ – 2016

- 20 -

УДК 621.315.592

DEFECT RELATED DARK CURRENT IN SILICON SOLAR CELLS

Sukach A. , Tetyorkin V. , Tkachuk A. 1, Trocenko S.

V. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine

Kirovohrad Volodymyr Vynnychenko State Pedagogical University, Kirovograd, Ukraine

E-mail: teterkin@isp.kiev.ua

Despite the fact that silicon solar cells have been investigated intensively for decades their

dark current-voltage characteristics are still not well understood. At the same time, the increase in

the dark results in degradation of a solar cell efficiency during its operation. The reason for the ad-

ditional dark current which is often observed in commercial solar cells may be extended defects like

dislocations and precipitates, which are generated during their manufacture. Typically, the presence

of such defects in the depletion region of p-n junction results in tunneling current. In order to clarify

the carrier transport mechanisms in n+-p- p+ - type solar cells, the dark current has been measured in

the temperature range 77-370 K. The solar cells of n+-p-p+ structure were manufactured using

standard technological procedure. The highly doped regions were prepared by phosphorus and bo-

ron diffusion into p-type single crystal substrates with specific resistivity close to 9 Ω cm. The in-

vestigated samples had area in the range 0.05-0.25 cm2. They were characterized by the conversion

efficiency close to 13% at AM1.5.

10-2

10-1

100

10-7

10-6

10-5

10-4

10-3

I, A

U, V

0,01 0,1 1 1010

-9

10-8

10-7

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

325

368

140

231

291

77

I, A

U, V

Fig.1. Typical reverse current-voltage charac-

teristics in Si solar cells at T=290 K. The p-n

junction area is 0.11 and 0.06 cm2 (square and

triangular dots, respectively).

Fig.2. Reverse current-voltage charac-

teristics in a solar cell at different tem-

peratures.

Typical reverse current-voltage characteristics at room temperature are shown in Fig.1. It

should be pointed out that the reverse current linearly depends on the bias voltage up to the value of

НМІТФ – 2016

- 21 -

1 V. The reverse current-voltage characteristics measured at different temperatures are shown in

Fig.2.

For the reverse biases U ≤ 1 V generation current is dominant at temperatures T ≥ 291 K. At

higher biases U>1 V the reverse current weakly depends on temperature. This can be attributed to

tunneling mechanism of carrier transport. The direct I-U characteristics is found to be approximated

by two exponential dependences

kT

IRUeI

E

eUII S

expexp 02

0

01 , (1)

where E0 is the characteristic energy, β is the ideality coefficient and RS is the series resistance. Ex-

perimentally determined parameters are shown in Table 1. It should be also pointed out that in the

temperature range 130-240 K both reverse and direct current measured at bias voltages U ≤ 1 V is

linearized in Mott’s coordinates lnIi – T-1/4, which is a proof of hopping conductivity.

Table 1. Parameters of direct I-U characteristics

T, K 77 140 231 291 325 368

I01, А 4.3·10-15 4.3·10-11 1.2·10-9 1.0·10-8 5.2·10-8 4.3·10-7

I02, А 5.0·10-48 3.5·10-22 7.6·10-14 8.6·10-11 4.5·10-10 1.4·10-7

E0, mеВ 42.7 65.1 66.5 57.9 50.3 47.9

Β 1.5 1.7 1.5 1.3 1.1 1.2

Experimental data are explained within a model of inhomogeneous p-n junction. The inho-

mogeneities may be connected to extended defects (dislocations) in the depletion region. It is

known that in a p-n junction dislocations can influence the dark conductivity in twofold manner –

by direct conduction along the dislocation line and/or by introduction of deep defect states in the

gap. The observed hopping conductivity at bias voltages U < 1 V may be explained by existence of

dislocation-related energy band in the gap. The conduction mechanism in this model includes tun-

neling of carriers from dislocations. Thus, the characteristic energy E0 has a meaning of a potential

barrier between the band and dislocation states. In the voltage range 1 < U≤ 8 V the trap assisted

tunneling current seems to be dominant carrier transport mechanism in the whole temperature

range. At higher reverse biases U ≥10 V interband tunneling dominates the total dark current. Evi-

dences are presented in favour of more fast degradation of solar cells with defect related tunneling

current component.

Conclusions 1. The carrier transport mechanisms are investigated in commercially available silicon solar

cells in the temperature range 77-368 K. The reverse current is shown to be composed of generation

and tunneling components.

2. The main reason for the tunneling current is existence of extended defects (dislocations)

in the depletion region of p-n junction.

НМІТФ – 2016

- 22 -

UDC 535.3; 538.958; 539.23

PHOTOLUMINESCENCE OF Cd1-XZnXS NANOCRYSTALS SYNTHESIZED

IN POLYMER MATRICES

Korbutyak D.V.а, Budzulyak S.I.а, Ermakov V.M.а, Shevchuk O.M.b, Ilchuk H.A.b, Petrus R.Yu.b,

Tokarev V.S.b a Lashkarev Institute of Semiconductor Physics, National Academy of Sciences of Ukraine, pr.

Nauky 41, Kyiv, 03680 Ukraine, e-mail: kdv45@isp.kiev.ua b Lviv Polytechnic National University, vul. S. Bandery 12, Lviv, 79013, Ukraine.

In the past few years an interest to organic-inorganic hybrid nanostructures, which represent

nanocrystals (NC) of inorganic material embedded into polymer matrix, has grown substantially.

Such structures are characterized by stable optical characteristics, peculiarities of interphase interac-

tion between polymer matrix and semiconductor nanoinclusions, and an influence of matrix nature

on the NC physicochemical properties: bandgap, electrochemical potential, surface defects, etc.

Moreover, it is possible to change purposefully the NC properties in such nanostructures by doping

the NCs and creating the ternary compounds.

This work is devoted to the development of the new approaches to the formation of nanocom-

posite films with embedded Cd1-xZnxS NCs and to the study of their luminescent characteristics.

As a binder for nanocomposite films the cross-linked polymer composition was exploited,

which comprise the reactive copolymer (RC) with the structure shown below and poly(ethylene

glycol) with molecular weight of 200 Da (PEG) [1].

where:

l = 19 mol.%;

m = 35 mol.%;

n-k = 25 mol.%;

k = 21 mol.%

Formation of the thin nanocomposite films was carried out by applying the following tech-

nology.

Initially, two kinds of solutions (both in DMF) were prepared separately: the first ones con-

tained RC and PEG at a ratio of 10:1; and the second one contained a mixture of cadmium acetate

Cd(Ac)2 and zinc acetate Zn(Ac)2 at different proportions, while their total amount took always

48 % relative to the total weight of polymer component (RC + PEG). Afterwards, these solutions

were mixed and immediately used for deposition of thin polymer films with a thickness of 20 nm on

the glass slides by spin coating (ω=2000 rpm). These slides were heated at 393 K for 1.5 h to form

cross-linked polymer films containing Cd2+ and Zn2+ ions. Then, films were placed in desiccator in

H2S atmosphere and kept there at 333 K for 12 h. The Cd1-xZnxS NCs were synthesized in situ in

the polymer film via sol-gel process as a result of the interaction between cations of cadmium and

zinc incorporated into the film with gaseous H2S. UV-Vis spectra of the nanocomposite films re-

vealed appearance of one maximum at the absorbance curves indicating that zinc cations were in-

corporated into the host CdS nanocrystals and separate ZnS phase was not formed. A blue shift of

the absorption maxima were observed with increasing Zn content.

Four bands are observed in the photoluminescence (PL) spectra of the Cd1-xZnxS NCs at

Т = 300 К. The most short-wavelength PL band is explained by the radiative recombination of qua-

si-free excitons, while three “impurity” bands are caused by the radiative recombination of electrons

and holes captured, respectively, by shallow surface traps for electrons and deeper traps for holes

[2]. A gradual increase of zinc content in Cd1-xZnxS NCs leads to the PL spectrum shift to the short-

wavelength range. Simultaneously, the redistribution of the intensity of the individual PL bands and

3

N

C H 3

C H

O C C O

O

( C H C H ) n-k

C ( C H 3 ) 2

O : O – C ( C H 3 ) 3

C C

( C H 2 C H ) l

O = C

O C 4 H 9

( C H 2 C ) m H ( C H C H ) k

O

O C C O

H O

C H 2 C H 2

НМІТФ – 2016

- 23 -

non-monotonic dependence of the integral PL intensity on x are observed. Maximum of the PL in-

tensity is achieved at х = 0.5. The reasons of these features of the Cd1-xZnxS PL spectra are dis-

cussed.

Conclusions

The technology of synthesis of Cd1-xZnxS NCs in the polymer matrices has been developed

and their luminescence characteristics have been studied. It is established that PL spectrum contains

the band of quasi-free excitons and three “impurity” bands arising due to radiative recombination of

electrons and holes captured by surface traps.

Acknowledgments

This work contains the results of studies carried out with the grant support from the State

Fund for Fundamental Research according to the competitive project Ф64/37-2015

References

1. Thin polymer films with embedded CdS nanocrystals / V. Tokarev, O. Shevchuk, H. Ilchuk,

S. Tokarev, V. Kusnezh, D. Korbutyak, S. Budzulyak, S. Kalytchuk, N. // Colloid Polym. Sci. – 2015.

– V. 293. – P. 1159-1169.

2. Люмінесцентні властивості нанокристалів CdS синтезованих у полімерних

матрицях / Д.В. Корбутяк, С.М. Калитчук, С.І. Будзуляк, А.О. Курик, С.В. Токарєв, О.М.

Шевчук, Г.А. Ільчук, В.С. Токарєв, // Журнал фізичних досліджень. – 2014. – Т.18, 1. – С.

1801-1805.

UDC 621.382.2:539.1.074

INFLUENCE OF TECHNOLOGICAL FACTORS ON

PHOTOLUMINESCENCE SPECTRA OF CdTe:V SINGLE CRYSTALS

Vakhnyak N.D , Budzulyak S.I. , Demchyna L.A. , Ermakov V.M. , Kuryk A.O.

Lashkarev Institute of Semiconductor Physics, National Academy of Sciences of Ukraine, pr.

Nauky 41, Kyiv, 03680 Ukraine, e-mail: kdv45@isp.kiev.ua

In this work we have carried out the investigations of the technological conditions of the

CdTe: V single crystal synthesis as well as influence of thermal annealing on the low-temperature

photoluminescence (PL) spectra of these single crystal.

Using Bridgman technique, we have grown semi-insulating CdTe single crystals doped with

vanadium impurity with the concentration of 11019 cm-3 in the liquid phase, which have practically

intrinsic conductivity.

Low-temperature PL is a sensitive method of determining the defect-impurity system of the

material and its structural perfectness. The PL spectra measurements were carried out on the freshly

etched samples.

A luminescence in the excitonic and edge spectral ranges was detected. An analysis of the

axial distribution of the luminescence in the excitonic spectral range indicates a change of impurity-

defect structure in the growth direction, which is caused by the technological peculiarities of the

growth. In particular, an increase in cadmium vacancy concentration in the crystal growth direction

is found that leads to the creation of donor-acceptor complexes with the participation of shallow

donors; respectively, due to this fact shallow donor concentration decreases in the indicated direc-

tion.

It was found that in the samples cut from the beginning of the ingot the luminescence inten-

sity in the excitonic spectral range is lower, than in the samples cut from other ingot parts, which is

НМІТФ – 2016

- 24 -

caused by lower concentration of radiative centers in such samples. Since the radiative centers are

the centers of the defective nature, it indicates that the samples cut from the beginning of the ingot

have high structural perfectness.

The analysis of PL in the edge spectral region allowed us to determine the energy of the

shallow donor centers (14 meV); the axial distribution of the luminescence in this spectral range

indicates the decrease in the shallow donor concentration along the crystal from the starting region

of the crystal growth to its end and the donor-acceptor band quenching in this direction.

The study of the influence of the annealing in cadmium vapors on the low-temperature PL

spectra of CdTe:V single crystals. Using thermal treatment, it is possible to control effectively the

impurity-defect states in semiconductors. For example, in CdTe crystals the material is saturated by

this component under annealing in cadmium vapors. This leads to a decrease of the vacancy con-

centration and an increase of the concentration of interstitial cadmium atoms. As a result of CdTe:V

annealing we have found the increase of the PL intensity of bound excitons and the decrease of the

intensity of the edge PL, which is known to be caused by the presence of cadmium vacancies in the

crystal. This indicates the improvement in the perfectness of CdTe:V crystals.

Conclusions

The technological regimes have been established for the growth of high-quality CdTe:V sin-

gle crystals using Bridgman technique and the peculiarities of their PL characteristics have bee

studied. The PL in the exciton spectral region has been revealed that indicates a high structural per-

fectness of the single crystals. It has been established that the annealing of CdTe:V in the saturated

cadmium vapors leads to a substantial decrease of the edge PL, which is caused by the presence of

the cadmium vacancies, and an increase of the PL intensity of the bound ezxcitons.

УДК 538.975:539.23

A MODEL OF INHOMOGENEOUS P-N JUNCTION IN InSb(As)

PHOTODIODES

Sukach A., Tetyorkin V., Tkachuk A.1,Trocenko S.

V. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine

Kirovohrad Volodymyr Vynnychenko State Pedagogical University, Kirovograd, Ukraine

E-mail: teterkin@isp.kiev.ua

InSb and InAs photodiodes are widely use din infrared (IR) technique for decades. However,

improvement of their performance and long-time stability still remains important problem. An ex-

cess dark current frequently observed in these photodiodes at small reverse and forward biases re-

sults in decrease of threes hold parameters such as responsivity and specific detectivity. As a rule,

this current is as cribbed to tunneling mechanism of different nature.

InSb and InAs photodiodes were prepared by thermal diffusion of cadmium into single-

crystal substratesofn-type conductivity. The electron concentration were (2-3)×1016 cm-3and(1-

2)x1015 cm-3 in InAs and InSb substrates ,respectively. The density of dislocations in InAs meas-

ured by the etch-pit method was of the order of 104 cm-2, whereas in InSb substrates it was less than

5 102 cm-2. Thin polycrystalline films of CdTe were used as passivation and protective layers due to

lattice parameters and thermal expansion coefficients of CdTe and InSb agree well. Also, by using

polycrystalline CdTe, the density of interface states in the CdTe-InSb heterojunction can be reduced

3-4 times compared to the oxide-InSb interface.

The capacitance-voltage characteristics in the investigated photodiodes arelinearizedin C-3-U

coordinates indicating formation of linearly graded junctions. For instance, in InSb photodiodes typ-

ical values of the concentration gradient and the built-involtage are 1.0 1019 cm-4 and 190 mV, re-

spectively. These values are typical for homogeneous p-n junctions. At the same time, in order to

НМІТФ – 2016

- 25 -

10 10010

-9

10-8

10-7

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

2

1

I, A

U, mV

10 100 100010

-7

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

2

1

I, A

U, mV

Fig.1. Current-voltage characteristics in

InAs photodiodes at 77 K. Curves (1) and

(2) refer to the dislocation density in sub-

strates 4 104 cm-2 (1) and 2 105 cm-2, re-

spectively.

Fig.2. Experimental (dots) and сalculated

(solidlines) reverseI-Ucharacteristicsin

InSb photodiode at 77 К. Shown are the

interband (1) and trap-assisted (2) tunnel-

ing current through local in homogenei-

ties.

explain the excess tunneling current in the forward-biased InAs photodiodes a model of inhomoge-

neous junction that contains local areas with much higher concentration of defects has been pro-

posed [1]. The local inhomogeneities are assumed to be caused by dislocations or other extended

defects. As known, dislocations can substantially affect distribution of dopantim purities as well as

can segregate impurities. The so-called Cottrell atmospheres which are formed around dislocations

have typical values of diameter of the order of 0.5-2 µm. The effective area of the local in homoge-

neity is assumed to correlate with the average diameter of the Cottrell atmosphere. Thus, the total

area of inhomogeneities is proportional to the density of dislocation. Due to this area is much less

(several orders of magnitude) compare to the junction area, the barrier capacitance is determined by

the homogeneous part of the junction. So, experimental data obtained from the barrier capacitance-

measurements for the inhomogeneous junction may not differ essentially from the homogeneous

one. On the contrary, the current-voltage characteristics may be much more sensitive to existence of

inhomogeneities, especially in the case of they intersect the depletion region of the junction.

Typical reverse current-voltage characteristics measured in InAs and InSb photodiodes are

shown in Fig1 and 2. As seen, the reverse current in InAs photodiodes is increased with the disloca-

tion density increase, Fig.1. The excess current is explained by local inhomogeneities in the deple-

tion region. The doping concentration in these regions is estimated to be approximately two orders

of magnitude higher than those in the homogeneous part of the junction. The major carrier transport

mechanisms are tunneling via traps at the midgap and band-to-band tunneling. For instance, in InSb

photodiodes at a relatively small bias voltages U< 2Eg thermal transitions via trap sat the midgap are

НМІТФ – 2016

- 26 -

dominant, where as in the bias voltage range 3Eg ≤eU≤8Eg tunneling transitions via traps are domi-

nant and, finally, at high biases U> 8Eg the dark current is determined by the interband tunnelling.

Conclusions

1. The carrier transport mechanisms are investigate din the linearly grade dp-n junctions pre-

pared by cadmium diffusion into InSb and InAs single crystal substrates of n-type conductivity. Ex-

perimental results are satisfactorily explained with in the model of inhomogeneous p-n junction.

The totals reverse current consists of generation and tunneling components. The tunneling current is

related to local inhomogeneities, such as dislocations, precipitates or other extended defects.

2. The break down voltage in InSb photodiodes prepared by different methods is mostly

caused by the inter b and tunneling current via local inhomogeneities.

References

1. V.Tetyorkin, A. Sukach and A. Tkachuk. InAs infrared photodiodes // In Advance sin pho-

todiode. – Ed. Gian-Franco DallaBetta, INTECH, 2011. – pp. 427-446.

NANOCOMPOSITES BASED ON SILICON DIOXIDES AEROGELS FOR

OPTOELECTRONICS APPLICATIONS

Skryshevsky V.A.

Institute of High Technologies, Taras Shevchenko National University of Kyiv, Volodymyrs`ka st.

64, Kyiv, Ukraine.

Е-mail: skrysh@univ.kiev.ua

The work presents a brief overview of silica aerogels and nanocomposites beginning of the

elaboration steps (sol–gel synthesis, aging, and drying), the textural and chemical characteristics

(aggregation features, porosity, and surface chemistry), to the main physical properties (thermal,

mechanical, optical and luminescent) and a rather broad panel of related potential applications of

these nanostructured materials (light emission diodes, sensors, detectors, Cherenkov counters, etc.).

Silica sol gels are generally formed via hydrolysis and polycondensation reactions of silica

precursors in the presence of an acid and/or base catalyst. Schematically, a nanostructured solid

network is formed in a liquid reaction medium as a result of a polymerization process, which cre-

ates siloxane bridges (≡Si–O–Si≡) between Si atoms delivered by precursor molecules. Dispersed

solid colloidal silica nanoparticles or “more or less” linear oligomers are formed in the early stage

of the sol–gel process. In the second stage, these elementary objects can link with each other while

still in the solvent, such as to make up a three-dimensional (3D) open network structure termed a

gel, only limited by the container. If the solvent mixture can be removed from the wet sol gel with-

out substantial structural collapse, an aerogel is formed. Some another nanoparticles (e.g. nanosili-

con) can be incorporated into aerogel matrices. Nanosilicon is usually can be obtained by electro-

chemical etching of Si wafers or by stain etching of silicon powder.

Silica aerogels are amorphous materials. Some ultraporousand ultralight silica aerogels can

be synthesized by two-step process and a density as low as 0.003 g cm-3 has been reported. Sil-

ica aerogels are usually largely mesoporous, with interconnected pore sizes typically ranging from 5

to 100 nm and an average pore diameter between 20 and 40 nm. The associated specific surface ar-

ea is rather high, typically from 250 to 1,000 m2 g-1. One of the major characteristics of silica aero-

gels is their very low thermal conductivity, typically of the order of 0.015W m-1 K-1 at ambient

temperature, pressure, and relative humidity. These values are significantly lower than the conduc-

tivity of air under the same conditions.

НМІТФ – 2016

- 27 -

The silica aerogel/nanosilicon composites produced by pressing the mixture of the silica

aerogel powder with nanosilicon display RGB-type light emission which can be governed by the

change of proportions in chemical composition, method of nanosilicon and storage time in ambient

atmosphere. The transformation of emission spectra of Si quantum dots, its quantum yield and

emission kinetics during the long time (few months) aging in ambient conditions and formation

conditions (external pressure) were observed. The observed blue-shifting (from 2.02 to 2.05 eV) of

emission peak associated with the free exciton recombination in Si quantum dots at forming pres-

sure increasing is explained by the reduction of average Si quantum dot dimension due to the break-

ing away the surface irregularities and smoothing of the Si nanoparticles surface. Effect of a strong

increase in intensity (more than 1 order) and blue shifting of emission of Si quantum dots were dis-

covered in nc-Si/SiOx nanocomposites at few months’ storage in ambient conditions. Such effects

were explained in terms of both surface passivation and the carrier confinement. It was also con-

firmed by the fact that for aged composites the photoluminescence kinetics transforms by adding

the stretched exponential term to the single exponential low.

It is expected to be useful to apply the nc-Si/SiOx nanocomposites in optical devices (LED,

optical interconnections, displayers and chemical sensors). Moreover, the using of the silica aerogel

as a dielectric matrix considerably stabilizes the luminescence properties of nanoporous Si.

УДК 622.054:669

НЕФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПОТЕРИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФЭП ИЗ

МУЛЬТИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ «СОЛНЕЧНОГО»

КАЧЕСТВА

Приходько А.В.

Запорожский национальный университет, ул. Жуковского 66, г. Запорожье, 69600, Украина.

E-mail: avp@znu.edu.ua

Производство фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) из дешёвого мультикри-

сталлического кремния «солнечного» качества (SoG mc-Si) является одним из перспективных

направлений развития фотовольтаической индустрии. Однако, лучшие достижения по кпд

промышленных ФЭП на уровне 17 – 18 % пока еще значительно ниже 25.6 ± 0.5 %, которых

удаётся достичь на образцах ограниченной площади [1].

Предельный КПД ФЭП солнечной энергии определяется фундаментальными потеря-

ми его эффективности, которые были детально проанализированы ранее [2]. К ним, в первую

очередь, относятся потери из-за границы собственного поглощения («below Eg» losses), поте-

ри из-за термализации свободных электронов и так называемые термодинамические потери.

Последние возникают при температуре преобразователя, отличной от 0 К, и включают в себя

неизвлекаемую кинетическую энергию термализованных электронов (electron kinetic loss),

снижение напряжения из-за энтропии носителей (Fermi level loss или фактор Карно) и потери

вследствие производства энтропии, которые вызваны экспансией фотонных мод (etendue

loss).

Фундаментальные потери не могут быть устранены или уменьшены без изменения

принципа преобразования солнечной энергии в электрическую или материала для преобра-

зователя. Существующие различия КПД индустриальных и экспериментальных образцов

обусловлены нефундаментальными потерями или потерями фактора заполнения (fill factor

loss). Они являются устранимыми и были изучены в представленной работе.

Исследования выполнены на партии из 1150 шт. ФЭП, изготовленных по стандартной

технологии, включающей в себя трафаретное нанесение контактов (screen printing

НМІТФ – 2016

- 28 -

technology) и формирование p+- p «электронного зеркала» (BSF). Они были изготовлены на

стандартных 156156 мм2 пластинах из мультикристаллического кремния «солнечного» ка-

чества, толщиной от 210 до 230 мкм. Вся партия ФЭП была испытана при интегральной

мощности освещения 1000 Вт/м2 и спектре AM1.5 (ASMG173). А электрические измерения

выполнялись при непрерывном контроле мощности излучения и температур ФЭП и окружа-

ющей среды для одновременной коррекции результатов этих измерений.

Коэффициент идеальности p-n перехода А и его темновой ток насыщения j0 определя-

ли по измерениям паразитных сопротивлений и двух точек ВАХ при 0,5 В и 0,6 В при осве-

щении. Этот интервал напряжений является рабочей областью преобразователя, потому что

в нем, как правило, находится точка максимальной мощности. Таким образом, параметры

качества p-n перехода, при исключении влияния паразитных сопротивлений, оценивались с

помощью следующих соотношений:

2 1 2 1

2 2 2

1 1 1

/ln

s

SC ser sh

SC s sh

U U R I IeA

kT I I U I R R

I I U I R R

и 1 2 1 1 2 2

02 2 1 1

( ( ) ( ) / )

( ) ( )exp exp

s s sh

s s

I I U I R U I R RI

e U I R e U I R

AkT AkT

,

где T – температура каждого преобразователя в момент времени его испытания; I1(2) – токи

ФЭП при напряжениях U1(2); U1 и U2 – 0.5 и 0.6 Вольт, соответственно; Rs – последовательное

паразитное сопротивление; Rsh –шунтирующее паразитное сопротивление.

Совершенно очевидно, что площадь под ВАХ диода должна возрастать с увеличением

коэффициента идеальности диода и, таким образом, приводить к увеличению фил-фактора

[3]. И наоборот, возрастание темнового тока насыщения должно приводить к снижению фил-

фактора и увеличению потерь эффективности ФЭП. Однако было установлено, что фил-

фактор SoG mc-Si ФЭП падает, как с ростом темнового тока насыщения j0, так и коэффици-

ента идеальности диода А.

Экспериментальные зависимости j0 и фил-фактора для выборки ФЭП с шунтирующи-

ми сопротивлениями более 40 Ом и токами короткого замыкания от 7,2 до 7,4 А приведены

ниже. Из них видно, что ток насыщения j0 экспоненциально растёт с увеличением коэффици-

ента А, что, в свою очередь, приводит к падению фил-фактора от 0,785 до 0,755. Таким обра-

зом, возможное повышение фил-фактора из-за увеличения коэффициента идеальности диода,

которое следует из уравнения ВАХ диода, в SoG mc-Si ФЭП полностью нивелируется экспо-

ненциальной зависимостью тока насыщения от этого коэффициента.

Неидеальность диодной структуры, а также паразитарные омические сопротивления,

приводят к нефундаментальным потерям эффективности ФЭП. Согласно проведенным ис-

НМІТФ – 2016

- 29 -

пытаниям индустриальных ФЭП из мультикристаллического кремния «солнечного» качества

нефундаментальные потери эффективности вызваны рекомбинационными процессами в

обедненной зоне p-n перехода, которые приводят к уменьшению фактора заполнения (фил-

фактора).

Выводы. Увеличение как плотности темнового тока насыщения, так и коэффициента

идеальности диода приводит к снижению фил-фактора ФЭП из мультикристаллического

кремния. Экспериментально было установлено, что темновой ток насыщения диодной струк-

туры экспоненциально возрастает при увеличении коэффициента идеальности диода. Поэто-

му в исследованных ФЭП теоретически ожидаемого повышения фил-фактора вследствие

увеличения коэффициента идеальности диода не наблюдалось. Таким образом, нефундамен-

тальные потери кпд ФЭП из SoG mc-Si могут быть эффективно сокращены посредством

уменьшения, как паразитного последовательного сопротивления, так и величины коэффици-

ента идеальности диодной структуры.

Список использованной литературы

1. Green A.M. Solar cell efficiency tables (version 47) / A.M Green, K. Emery, Yoshihi-

ro Hishikawa, W. Warta, E.D. Dunlop // Prog. Photovolt: Res. Appl. – 2016. – v.24. – 1. – P. 3–

11.

2. Hirst C. Fundamental losses in solar cells / C. Hirst, N.J. Ekins-Daukes // Prog.

Photovolt: Res. Appl. – 2011. – v.19. – 3. – P. 286–293.

3. Фаренбрух А. Солнечные элементы: Теория и эксперимент / А. Фаренбрух, Р. Бьюб,

Пер. с англ. под ред. М.М. Колтуна. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 280 с.

УДК 538.975:539.23

КОМБІНАЦІЙНЕ РОЗСІЮВАННЯ СВІТЛА КРИСТАЛІВ PbGa2S4

Каменщиков В.М., Сусліков Л.М.

Ужгородський національний університет, вул. Волошина 54, 88000, м. Ужгород, Україна.

E-mail: kamenschickov.vladimir@yandex.ru

Кристали тіогалата свинцю PbGa2S4 відносяться до широкого класу потрійних халько-

генідних сполук AIIВ2IIIС4

VI (де АII – Mn, Pb; ВIII – Ga, In; CVI – S, Se, Te). У даній роботі ме-

тодом комбінаційного розсіяння світла досліджується фононний спектр кристалу PbGa2S4.

Розрахунок коливального спектру досліджуваних кристалів був проведений методом фактор-

групового аналізу [1]. Експериментальні дослідження спектрів КРС проводились на КР-

спектрометрі ДФС-24 при температурі Т = 300К. На рисунку представлені отримані спектри

КРС кристалу PbGa2S4.

Із отриманих спектрів КР видно, що діапазон коливань атомів Pb у зв’язку Pb-S охоп-

лює область частот 20 – 55 см-1. В діапазоні від 200 см-1 до 250 см-1 відсутні лінії КР. Можна

припустити, що ця область розділяє по частоті спектр коливань атомів галію и сірки. Тому,

очевидно, лінії КР, що відповідають коливанням атомів галію, будуть локалізовані у діапа-

зоні 50 – 200 см-1, а моди, що відповідають коливанням атомів сірки, – у діапазоні 250 – 500

см-1.

Слід зазначити, що проведення низькотемпературних вимірювань спектрів КР дозво-

лить провести повну ідентифікацію коливного спектру кристалу.

НМІТФ – 2016

- 30 -

Список використаної літератури

1. Г.Н. Жижин, Б. Н. Маврин, В. Ф. Шабанов. Оптические колебательные спектры

кристал лов. – М.: Наука, 1984. – 232 с.

УДК 621.315.592

ОПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ СИЛЬНОЛЕГОВАНИХ ТВЕРДИХ

РОЗЧИНІВ n-Ge1-XSiX

Генцарь П.О.

Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, пр. Науки 41, 03028,

м. Київ, Україна, е-mail: rastneg@isp.kiev.ua

У даній роботі з метою отримання даних про енергетичну зонну структуру,

з’ясування фізичних процесів, механізмів та природи формування електронних і оптичних

явищ на поверхні і в приповерхневому шарі досліджено сильнолеговані полікристалічні тве-

рді розчини n-Ge1-xSix, отримані із порошків і леговані до концентрацій електронів N = 1019

1020 cм-3 з складом розчину х в діапазоні 0,6 х 0,8. У сильнолегованому матеріалі діють

фізичні механізми, які ускладнюють тлумачення експерименту, тому при їх вивченні доціль-

но застосувати комплекс методів. У зв’язку з вищесказаним було проведено наступні дослі-

дження: рентгенографічний аналіз; еліпсометричні вимірювання при різних кутах падіння

світлової хвилі; спектри відбивання в діапазоні 225·мкм; спектри електровідбивання в діа-

пазоні 2,53,8 еВ по електролітичній методиці.

Рис. – Спектри КР кристалу PbGa2S4.

НМІТФ – 2016

- 31 -

Рентгенографічний аналіз показав, що отримані сильнолеговані тверді розчини

n-Ge1-xSix – типові полікристали, діаметр яких складає біля 1 мкм.

Із еліпсометричних вимірювань, виконаних при різних кутах падіння світла, розрахо-

вані оптичні константи твердого розчину. Показник заломлення досліджених зразків зміню-

ється від значення n = 3,564 для твердого розчину із складом х = 0,8 до значення n = 3,634

для твердого розчину із складом х = 0,6.

Із вимірювань відбивання в інфрачервоному діапазоні визначено плазмові частоти

*0

22

opt

pm

Ne

, за допомогою яких обчислено оптичну масу носіїв заряду *

optm . Знаючи

концентрацію електронів N зразків, отримано ефективну масу густини станів *sdm . Вияви-

лось, що ефективна маса густини станів практично співпадає із обчисленою на основі при-

пущення про лінійну залежність ефективної маси густини станів *sdm від складу розчину х.

*sdm ( n-Ge1-xSix) = *

sdm (Ge) + [ *sdm (Si) - *

sdm (Ge)]∙x

або

*sdm ( n-Ge1-xSix) = *

sdm (Si) - [ *sdm (Si) - *

sdm (Ge)]∙(1 – x)

де *sdm (Si) = 1,08m0 [1]; *

sdm (Ge) = 0,57m0 [1].

Враховуючи, що мінімум зони провідності досліджених зразків знаходиться в напря-

мку - зони Брілюена, із оптичної маси *optm і ефективної маси густини станів *

sdm оцінено

m і m

mmmopt

21

3

11*

31232* mmKm

sd ,

де К – кількість еквівалентних мінімумів зони Брілюена, в даному випадку К = 6. Ви-

явилось, що m для зразків із даним складом розчину співпадає із лінійною залежністю m

від складу розчину х.

m ( n-Ge1-xSix) = m (Ge) + [ m (Si) - m (Ge)]∙x

або

m ( n-Ge1-xSix) = m (Si) - [ m (Si) - m (Ge)]∙(1 – x)

де m (Si) = 0,19 m0 [2]; m (Ge) = 0,082m0[2].

Форма спектрів електровідбивання, залежність сигналу електровідбивання R/R від

потенціалу на довжині хвилі домінуючого екстремума в спектрі електровідбивання дослі-

джених зразків, а також відсутність осциляцій Келдиша-Франца свідчить, що в умовах екс-

перименту реалізується випадок, коли електрооптична енергія (додаткова енергія, яку

набуває квантовомеханічна частинка з приведеною ефективною масою в електричному по-

лі Fs) співставима із феноменологічним параметром уширення Г (3

1222

2

sFe

).

Тому аналіз даних спектрів електровідбивання проводився по уширених функціях Ей-

рі [3].

Таким чином, проведені дослідження (рентгенографічний аналіз, еліпсометричні ви-

мірювання при різних кутах падіння світла, спектри відбивання в діапазоні 2 – 25 мкм; спек-

НМІТФ – 2016

- 32 -

три електровідбивання в діапазоні 2,5–3,8 еВ по електролітичній методиці) сильнолегованих

твердих розчинів n-Ge1-xSix з концентрацією електронів N = 1019 – 1020 см-3 і із складом роз-

чину х в діапазоні 0,6 х 0,8 дозволяють зробити наступні висновки:

1. Ефективна маса густини станів *sdm та m для зразків із даним складом розчину

практично співпадають із обчисленими значеннями на основі припущення про лінійні зале-

жності ефективної маси густини станів *sdm та m від складу розчину х.

2. Аналіз експериментальних даних спектрів електровідбивання по уширених функці-

ях Ейрі та порівняння з літературними даними показав, що енергія переходу Е1 твердих роз-

чинів n-Ge1-xSix добре узгоджується із залежністю:

Е1( n-Ge1-xSix) = Е1(Ge) + аx або Е1( n-Ge1-xSix) = Е1(Si) - а(1 – x)

де Е1(Ge) = 2,087 еВ; Е1(Si) = 3,38 еВ, а = 1,293 еВ.

3. Залежність сигналу електровідбивання RR ( sy ) від безрозмірного нахилу зон sy

показала, що в приповерхневій області напівпровідника наявне контактне електричне поле

величиною 108 В/м.

4. Основними механізмами уширення оптичних спектрів (спектри відбивання в діапа-

зоні 2 – 25 мкм; спектри електровідбивання в діапазоні 2,5 – 3,8 еВ) зразків n-Ge1-xSix із да-

ним складом розчину х є розсіювання на заряджених домішках і на випадковому потенціалі,

що виникає із-за флюктуацій складу розчину х.

Список використаної літератури

1. Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников. – М.: Наука, 1977. –

672 с.

2. Шалимова К.В. Физика полупроводников. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 392 с.

3. Тягай В.А., Снитко О.В. Электроотражение света в полупроводниках. – К: Науко-

ва думка, 1980. – 302 с.

УДК 544.72; 542.87; 542.97

ПРИНЦИПЫ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРЯМОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

ХИМИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ НА ОСНОВЕ

НАНОДИОДА ШОТТКИ

Гранкин В.П., Гранкин Д.В.

Приазовский государственный технический университет, ул. Университетская, 7,

г. Мариуполь, 87500, Украина, e-mail: victor.grankin@gmail.com

Гетерогенные химические реакции окисления водорода на поверхности твердых тел

сопровождаются значительным энерговыделением. Диссипация этой химической энергии

может происходить путем прямого возбуждения электронной подсистемы твердого тела, т.е.

термодинамически неадиабатическим образом. Это делает возможным отвод избыточной

химической энергии кристаллом не только в виде фононов, но и в виде электронных возбуж-

дений поверхности. Образующиеся высокоэнергетические электроны регистрируются в виде

хемотока с помощью диода Шоттки с наноразмерной по толщине металлической пленкой на

полупроводнике.

Интерес к исследованию хемогенерации тока в диодах Шоттки определяется идеей

непосредственной передачи энергии поверхностной химической реакции электронам метал-

ла (прямое преобразование химической энергии в электрическую). Однако неравновесные

процессы и энергообмен, приводящие к возбуждению высокоэнергетических электронов в

НМІТФ – 2016

- 33 -

металлах, плохо понимается в настоящее время. Поэтому квантовая эффективность η — ко-

личество генерируемых на реакционный акт электронов — для систем металл - полупровод-

ник, изученных к настоящему времени, мала (10-5 – 10-3). Нет оценок и расчетов возможного

КПД хемогенераторов тока на основе нанодиодов Шоттки.

Цель работы: определение эффективности неадиабатического хемоэлектронного пре-

образования энергии реакции окисления водорода в структурах для водородной энергетики

на основе диода Шоттки и расчет КПД таких хемогенераторов тока.

Обсуждается кинетическая модель, описывающая генерацию электронно-дырочных

пар за счет реакции окисления водорода на поверхности Pd (или Pt) катализатора диода

Шоттки Pt-GaAs, Pd-InP. Определено число генерируемых горячих электронов с энергией E

≥ φ (φ – высота барьера Шоттки) и выход η высокоэнергетических электронов, преодолева-

ющих барьер Шоттки и образующих ток в цепи, а также генерируемая диодом Шоттки элек-

трическая мощность.

Найдено выражение для КПД хемогенератора тока на основе диода Шоттки:

харΘφexpQφ реакКПД WWη ,

где Θхар – характеристическая энергия реакции, Q – энерговыделение в элементарном

акте реакции, и показано, что максимальное значение e1ηmax

КПД и не может превышать 36%.

Проведено моделирование и рассчитаны зависимости η от φ при различных значениях Θхар., а

также η от характеристической энергии Θхар для диодов Шоттки с различной высотой барье-

ра. Найдено, что η быстро убывает с увеличением φ. При этом величина η тем больше, чем

больше Θхар. Например, при φ = 1 эВ и Θхар = 0,17 эВ значение η = 3∙10–3, тогда как при том

же φ и Θхар = 0,1 эВ значение η = 5∙10–5 почти на 2 порядка величины меньше. При высоте

барьера φ = 0,9 эВ величина η равна 1·10–4 при Θхар = 0,1 эВ и возрастает до 5·10–2 при Θхар =

0,3 эВ.

Выводы. Найден способ и рассчитана эффективность хемоэлектронного преобразова-

ния энергии в нанодиодах Шоттки. Установлено, что КПД преобразования химической энер-

гии в электрическую с помощью диодов Шоттки может достигать нескольких десятков про-

центов. Генерация тока в диоде Шоттки, на поверхности которого протекает гетерогенная

химическая реакция окисления водорода, указывает на возможность использования таких

структур для построения устройств для прямого преобразования энергии химической реак-

ции в электрическую. Полученные результаты могут дать ключ к описанию электронных

процессов, индуцированных в металлах гетерогенными химическими реакциями, и позволя-

ют сконструировать эффективные генераторы тока для водородной энергетики на основе хе-

моэлектронного преобразования энергии в диодах Шоттки.

UDC 621.315.592

POROUS SILICON-BASED ADVANCED MULTIFUNCTIONAL

MATERIALS FOR THE SOLAR CELLS ANTIREFLECTION COATING

Yerokhov V. *, Ierokhova O. **

*National university “Lviv polytechnic”, Bandera Str., 12, Lviv, 79013, Ukraine

**Pidstryhach Institute for Applied Problems of Mechanics and Mathematics, NASU, Lviv

E-mail: v.yerokhov@gmail.com

Introduction. Currently, photo energetics is one of the most perspective branches of modern

industry, which develops intensively and demonstrates larger percentage of electrical power

production growth. This market features with a hard competition. Under these conditions,

НМІТФ – 2016

- 34 -

manufacturers strive to produce low-cost yet efficient and high-energy photovoltaic panels capable

to heat large areas [1]. A solar cell (SC) (battery or panel) material and structure enable efficient

operation even in cloudy and twilight conditions, that might be of interest to potential

manufacturers.

It is many various methods of the antireflection coating (ARC) formation [1]. Most

perspective method of the ARC formation, it can be a technology of the PS-based multifunctional

ARC formation, where one can change the film thickness, value of refraction coefficient, and

number of layers by changing fabrication process parameters, which is a great technological

achievement for the ARC fabrication. The ARC of the SC frontal surface, texturing and formation

of similar ARC is done mainly to improve their efficiency.

Historically, classic texturing was achieved by the method of anisotropic etching of the single

crystal silicon surface to form chaotically spread pyramids. Nowadays, for this purpose the

following methods are used: femto- and pico-second laser structuring [2], mechanical cutting by a

diamond saw [3], photolithographic etching, optical interference lithography, creation of multi-

layered porous silicon by the “dry” and “wet” etching, as well as reactive ionic etching (RІE).

The objective of this paper is multi-fold. It includes both modification of the PS properties

for fabrication of the multifunctional material for the solar cell ARC and the texture formation to

develop the efficient and commercially viable PVC, maximally adapted for the silicon SC

manufacturing.

Experimental results. Formation of texture on a base of the PS layer can be carried both in

chemical and electrochemical mode. At present, a number of more advanced methods for this

purpose are known. However, only electrochemical method or anodizing with the constant current

in the hydrofluoric acid-based electrolytes and classical chemical etching in theHF-HNO3–based

electrolytes are widely used. More modern chemical methods are known, in which additives of

various types are used to create efficient and commercially viable technological processes.

Influence of an electrolyte, components and their physical and chemical properties on the

results of silicon etching needs to be addressed separately, because of its importance in the study of

technological process of the PS layers formation. In this aspect, the following list of the electrolyte

parameters can be considered as the principal one. It includes concentration of hydrofluoric acid,

type and concentration of other components of the etching solution, oxidative ability, pH,

electrolyte resistance, viscosity, and wetting.

Study of all stages of the porous structure formation and identification of relationships, which

affect the parameters of the nano-, mesa-, macro-pores, are very important because the majority of

parameters of porous layers are established at the stage of formation of the nucleation centers.

Technologies of the texture creation of the PVC frontal surface are based on dissolution of the

silicon surface layer in the hydrofluoric acid-based solutions

Mass-spectroscopy results. It was studied of hydrogen distribution deep into a sample by

static etching. A number of mass-spectroscopy measurements were carried out on samples with

different time of treatment in the hydrofluoric acid and ethanol-based electrolyte (Fig. 1).

Passivation of the surface of the Baysix multicrystalline silicon (mc-Si) by hydrogen was carried

out in a hydrofluoric acid-based electrolyte at stable current of 1 mA/cm2. Modes of treatment for

samples of the substrate frontal surfaces of the mc-Si by time were from 0.2 hour to 2.6 hour.

Amount of hydrogen on the sample surfaces was measured with the TOF5 SIMS mass-

spectrometer with respect to relative intensity of the hydrogen Н2+ secondary ions and a current of

the secondary ions of molecular SiH2+ for silicon surface passivated by hydrogen by the

hydrogenation method. Analysis of hydrogenation modes by a current of relative intensity of the

hydrogen Н2+ secondary ions of the Baysix mc-Si sample surfaces (Fig. 1) shows, that

hydrogenation reaches saturation after two hours of treatment. At the same time, relative amount of

molecular SiH2+, registered by intensity of current of the secondary ions remains independent on

the treatment time (Fig. 1).

НМІТФ – 2016

- 35 -

Conclusions. Application of

electrochemical technologies to

form the textures of various formats

for fabrication the frontal functional

material based on the PS layers of

solar cell is promising. Construction

of a schematic model of different

types of the PS for texture

depending on the current shape

enabled simulation of experimental

technological process for the

textures preparation.

Principal result of this study is

development of the PS-based

multifunctional materials for the SC

ARC possessing optimal

antireflective properties, and

maximally adapted to the

technology of the highly efficient

silicon SC manufacturing.

Application of the PS layers

obtained by electrochemical and

chemical methods allow simplifying

the technological cycle, reduce the product cost and improves operating characteristics, i.e. all these

factors together will enable improvement of the SC production efficiency.

References

1. Druzhinin A., Micro- and nanotextured silicon for antireflective coatings of solar cells /

A. Druzhinin, V. Yerokhov, S. Nichkalo and Y. Berezhanskyi // Journal of Nano Research. – 2016. –

Vol. 39. – P. 89-95.

2. Yerokhov V.Yu. Porous silicon in solar cell structures: A review of achievements and

modern directions of further use] / V.Yu. Yerokhov, I.I. Melnyk // Journal: Renewable and Sustain-

able Energy Reviews. – 1999. – Vol.3(4). – P.291-322.

3. Fang W., Analysis of sunlight loss for femtosecond laser microstructured silicon and its

solar cell efficiency / W. Fang, C. Changshui, W. Fang // Appl. Phys. A Mater. Sci. Process. – 2011.

– Vol.103(4). – P. 977-982.

УДК 549.212

ПЕРСПЕКТИВИ ВИКОРИСТАННЯ ГРАФЕНУ

Цимбаленко О.М.

НТУУ «КПІ», вул. Металістів 8, 03057, м. Київ, Україна, e-mail: sashkoi1234@gmail.com

Графен – одна з алотропних форм вуглецю, моноатомний шар атомів вуглецю із гекса-

гональною структурою. Графен схожий за своєю будовою на окремий атомний шар у струк-

турі графіту – атоми вуглецю утворюють стільникову структуру з міжатомною відстанню

0,142 нм. Без опори графен має тенденцію згортатися, але може бути стійким на підкладці.

Більше того, графен був отриманий також без підкладки у вільному підвішеному стані, роз-

Fig. 1. Relative intensity of the hydrogen Н2+ sec-

ondary ions and a current of the secondary ions of molecu-

lar SiH2+ for silicon surface passivated by hydrogen by the

hydrogenation method. Numbers of samples from #1 to

#9; these are modes of the samples treatment with treat-

ment time from 0.2 hour to 2.6 hour.

НМІТФ – 2016

- 36 -

тягнутий на опорах. Гейм і Новосьолов отримали графен, здираючи графіт з підкладки шар

за шаром. Їм уперше у світі вдалося відокремити атомарний шар від кристала графіту [1]. Графен являється найперспективнішим матеріалом, який може вплинути на подальший

розвиток технологій в цілому. Він є найміцнішим матеріалом, на сьогоднішній день, який

відомий науковцям, а також має найвищу рухливість електронів. Це дозволяє використову-

вати його в наноелектроніці.

Графен являє собою ідеальний матеріал для дaтчиків. Кожен атом в графені піддаєть-

ся впливу навколишнього середовища, що дозволяє йому «відчувати» зміни навколо нього.

Графен дозволяє створювати датчики мікронного розміру, здатних виявляти окремі події на

молекулярному рівні. Такі датчики, наприклад, можуть підвищити ефективність моніторин-

гу життєво важливих культур у сільськогосподарському виробництві. Фермери зможуть

контрoлювати наявність будь-яких шкідливих газів, які могли б вплинути нa посіви і вжити

відповідних заходів. За допомогою графенових дaтчиків, можна визначити ідеальні області

для вирощування певних культур, залежно від атмосферних умов.

Було виявлено, що датчики з чистого графену (як самостійні, так і розміщені на без-

дефектній поверхні оксиду кремнію) нечутливі до молекул газу. Однак датчики, побудовані

на основі підкладки з оксиду кремнію із зовнішніми дефектами, показали сильний відгук на

вплив з боку молекул газу [2].

Графен має великий потенціал для виявлення та лікування рaку. Вчені вияснили, що

оксид графену може діяти в якості препарату в боротьбі з раком, що вибірково діє на ракові

стовбурові клітини. У поєднанні з існуючими процедурами, це може призвести до зменшен-

ня розмірів пухлини, а також запобігти поширенню раку та його рецидивів після лікування.

Графен також можна застосовувати в якості постачальника ліків в організм, в основному че-

рез його велику площу поверхні, що дозволяє йому переносити великі обсяги ліків для конк-

ретних місць в організмі. На додаток до діaгностики раку та доставки лікарських засобів, сам

графен вивчається як протипухлинний засіб, наприклад, за допомогою його теплопровіднос-

ті і здатності перетворювати неіонізуючі радіохвилі в теплову енергію на мікроскопічному

рівні, можна створити достатню кількість тепла, щоб усунути білки ДНК всередині рaкових

клітин.

Графен може використовуватися і для oчищення газів, включаючи такі як гелій і

вoдень, що є важливими для виготовлення інтегральних схем, а також для майбутнього ви-

користання водню як пального. Розділення різних газів може бути досягнуто на основі від-

мінностей в їх швидкості дифузії. Для традиційних методів мембранного поділу, було ство-

рено багато видів мембран, в тому числі металевих і полімерних з товщиною від 10 до

103 нм [3]. Оскільки проникність мембрани обернено пропорційна його товщині, «традицій-

ні» мембрани поступаються графену, який завтовшки тільки в один атом. Більш того, ідеаль-

ний графен непроникний навіть для найдрібніших атомів газу, таких як атоми гелію, оскіль-

ки щільність кристалічної решітки є досить великою, щоб запобігти проникненню атомів і

молекул через мембрану.

Список використаної літератури

1. Графен [Електронний ресурс]. – Режим доступу : https://uk.wikipedia.org/wiki/

2. Новини науки і техніки [Електронний ресурс]. – Режим доступу :

http://ftf.pu.if.ua/ua/novyny-nauky-i-tekhniky/ 128-vcheni-stvoryly-vysokochutlyvi-datchyky-na-

bazi-chystoho-hrafena

3. Dong J, Lin Y S, Kanezashi M, et al. Microporous inorganic membranes for high temper-

ature hydrogen purification // J ApplPhys. – 2008. – Vol. 104. – P. 23-24

НМІТФ – 2016

- 37 -

UDC 621.315.592; 535.215

HIT SOLAR CELLS ON TEXTURED Si SUBSTRATE

Klyui N.I. 1,3, Dusheiko M.G.2*,Semenenko M.O. 1,3 1College of Physics, Jilin University, Changchun, 130012 P.R. China, e-mail: klyuini@ukr.net

2National Technical University of Ukraine (KPI), Kyiv, Ukraine, e-mail: mgd61@ukr.net 3Laboratory of non-conventional and renewable energy sources, Institute of Semiconductor Physics,

National Academy of Sciences of Ukraine, 41, Pr. Nauky, Kyiv 03680, Ukraine.

Production of thin film photovoltaic solar cell (TF PV SC) based on silicon is growing [1].

One of the promising PV devices is Hetero-junction with Intrinsic Thin film layer SCs namely HIT-

cells. Sanyo (Japan) was demonstrated efficiencies of 22.3% for double sided commercially SCs

[1]. Typically, to form the hetero-junction within Si interfaces Sanyo used an ultrathin amorphous

(a-Si) layer which is deposited on c-Si wafers as emitter. In our work we investigate the standard

cell following Sanyo but apart to a-Si:H layer we utilized nanocrystalline silicon (nc-Si) based sub-

layer for one sided structure. Nc-Si is more stable over time by reducing the degradation under the

Staebler-Wronski effect than a-Si. For deposition of nc-Si as the emitter and the i-layers we applied

the ion-beam sputtering. Deposition time of buffer and active films varied from 2 min to 20 min.

Ohmic contacts to the films were optimized by deposition of the layered structure of metals. In ad-

dition to improving the degradation resistance we used standard approaches to enhance the efficien-

cy of solar cells. Application of anti-reflective coatings (ARCs) is a well known technique to reduce

the reflection of incident light that results in the enhancement of the efficiency of SCs. As for SCs

reflectance reduction is typically achieved by several methods such as deposition of layered coat-

ings and texturing of surfaces. All of them help increase accumulation of light into the cell up to 30

%. ITO of 100 nm was chosen as ARC layer. Texturing was carried out by etching a silicon wafer

pre-treated with n-propanol in a 3% KOH solution in a 7% solution of n-propanol at a temperature

of 78±3 0C. Cleaning was processed in the solution of next composition HCL:H2O2:H2O=1:1:4 at

a temperature of 75 0C for 10 min to remove residual alkali metals which were occurred after tex-

turing. Next, substrates were treated with 5% HCl and rinsing out with deionized water. SEM imag-

es of the surface after texturing are shown in Fig. 1.

Fig. 1. SEM images of the textured substrate for HIT solar cells.

A schematic view of the structure of HIT-cells on textured p-type of c-Si substrates (<100>

oriented, W=200 µm, ρ=7.5 Ω∙cm) with nc-Si layer is shown in Fig. 2.

НМІТФ – 2016

- 38 -

Fig. 2. The structure of nc-Si based textured HIT-cell.

In Fig. 3 we plotted the typical loaded I-V curves of the PV devices obtained in one cycle on

the polished and the textured substrates. Samples were selected only those which were created in

one production cycle to compare in the measurements. As can be seen from Fig. 3, the presence of

texture on the surface of the silicon substrate slightly reduces the open source voltage from 346 to

316 mV, which is less than 10%. While the density of short circuit current significantly increased

from 7.78 mA/cm2 up to 17.44 mA/cm2, i.e. more than 2.2 times (inset Fig. 3). It should be noted

that it is known value of short circuit current should be more after texturing mainly due to the large

area. Whereas the decrease of the open circuit voltage can be explained by the inhomogeneity of the

film thickness on the surface due to the presence of pyramids and a greater probability of pinholes

in the deposited layers.

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.350.0

1.0x10-2

2.0x10-2

3.0x10-2

4.0x10-2

1

2

024681012141618

J, m

A/c

m2

I, A

U, V

1

2

1

2

Fig. 3. Light AM1.5 loaded IV characteristics: 1 – flat sample; 2 – textured sample. Inset: JSC

mA/cm2.

Thus, an additional procedure of texturing is necessary to improve the conversion efficiency

of the solar energy of TF PV SC. Generally, values of the fill factor are easily improved by reduc-

tion of centres of surface recombination mainly by passivating using, for instance, plazma treat-

ments and optimizing resistance of the contacts.

This work was supported by the national long-term project No WQ20142200205 of “Thou-

sand Talents Plan of Bureau of Foreign Experts Affairs” of the People’s Republic of China.

References

1. T.M. Razykov, C.S. Ferekides, D. Morel, et. al. Solar photovoltaic electricity: Current sta-

tus and future prospects // Solar Energy. – 2011. – 85, N 1. – P. 1580-1608.

2. Hemant Kumar Raut, V. Anand Ganesh, A. Sreekumaran Nair, et.al. Anti-reflective coat-

ings: A critical, in-depth review // (Review). Energy Environ. Sci. – 2011. – 4. – 3779. – DOI:

10.1039/c1ee01297e.

НМІТФ – 2016

- 39 -

УДК 535.2/535.3

EFFECT OF PE/RIE ETCHING ON CHARACTERISTICS OF HIGH

VOLTAGE SOLAR CELLS WITH VERTICAL P-N JUNCTIONS

Semenenko M. 1,2*, Klyui N. 1,2 , Dusheiko M. 1

1Laboratory of non-conventional and renewable energy sources, Institute of Semiconductor Phys-

ics, National Academy of Sciences of Ukraine, 41, Pr. Nauky, Kyiv 03680, Ukraine.

2College of Physics, Jilin University, Changchun, 130012 P.R. China,

e-mail: semandko@gmail.com

In this work Si-based solar cells with vertically aligned (VA) p-n-junctions operated at high

voltage were designed and manufactured. Multi-junction (MJ) Si-based solar cells (Si-SCs) are

more effective in light irradiation conversion due to the possibility to generate the output voltage by

10 - 40 times higher comparing with similar but having a single junction (SJ). Such efficiency en-

hancement may be achieved because of higher open circuit voltage can be inverted more efficiently

to the AC voltage and transmitted to the household devices with smaller energy losses. The general

problems usually presented in monolithic and thin film (TF) SCs using. There are the presences of

significant internal mechanical stresses in them and the high defect density (mainly dangling

bonds). An efficient way to overcome this problem is dangling bonds passivation with small cova-

lent radius atoms, e. g. atomic hydrogen. Due to its high activity, hydrogen attaches itself to the

non-coordinated bonds. This results in significant reduction of dangling bonds concentration. For

this aims plasma treatments and reactive ion etching (RIE) were applied. RIE was applied for inten-

sive removing the broken layer and obtaining the reduction of elastic strain in the plate. This leads

to recombination decreasing in volume. Treatment in argon plasma prior to the hydrogen plasma

etching improves the efficiency of SCs. Radio frequency waves supporting the plasma generation

also results in SCs improving mainly due to the reduction of internal mechanical stresses within the

interfaces.

VA-MJ-Si-SCs were created using (100) oriented boron doped p-type Si wafers in n+-p-p+

configuration and composed with 25 stripes. Surface area and thickness of module were 0.03 cm2

and 300 μm, respectively.

Reactive ion etching (RIE) was processed by PlasmaLab 80 using mixture of CF6 gas in or-

der to decrease the thickness of SCs on 100 µm.

Plasma was generated with RF stimulation (13.56 MHz) and the beam power range was

from 100 to 250 W (diameter of the anode was 13 cm).

As it is known the absorption depth in silicon for incidence light is ranging from 100 nm at

0.4 µm to 100 µm at 1 µm, therefore we apply RIE for upper damaged defective layer removing. As

it is seen from Fig. 1a plasma-chemical etching (PE) on a depth in 100 µm using RIE at first re-

moves the broken layer and consequently the elastic strain in the plate is reduced. This resulted in

decreasing the recombination in volume (forward of curve 2 is higher and back of it is smaller). As

the positive effect we also noted the RIE results in shunt resistance changing from 2.2 MOhm to 7.6

MOhm. At second, such thickness reduction leads to more uniform illumination of vertical p-n

junction and shunt diode losses reduction (partially illuminated diode or deep located diode in SC).

Because of thickness of the sample before RIE was 300 μm and after the etching became 200 μm

that in case of double sided SC is correlated with absorption depth in silicon. These factors positive-

ly affected both the diode and loading characteristics of SC. As it is seen from Fig. 1b value of ISC

for curve 2 is higher almost in 10 times with contrast to value of ISC for curve 1 and we assume this

improvement was obtained due to the damaged defective layer removing. All corresponding param-

eters are collected in Table 1. It should be noted that the RIE etching does not reduce the surface

recombination rate and reflectivity. Therefore, additional treatments should slightly improve param-

НМІТФ – 2016

- 40 -

eters of SC for instance use of PE etching. But unfortunately, during the RIE a lot of modules can

be destroyed mainly due to their critical sizes (lengths is 6 cm, width is 1 cm, thickness is 200 μm).

And they should be well fixed onto the glass before RIE and next treatments as well as module

packaging have also to be improved. Next, in order to improve FF and efficiency hydrogen con-

tained plasma treatment (PE) was applied with minimum concentration of hydrogen in gas flow un-

der 90 W of discharge power.

Table 1. Parameters of I-U characteristics of VA MJ-Si-SCs under light illumination.

S, cm2 ISC, mA UOС, V η, % FF

AM1.5 (compensated), int. 6 0.91 11.76 0.954 0.538

RIE 6 9.69 11.86 10.12 0.53

RIE+RF 6 10.12 11.87 12.61 0.63

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 510

-8

10-7

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

I, A

U, V

1

2

0 2 4 6 8 10 12

0.0

2.0x10-4

4.0x10-4

6.0x10-4

8.0x10-4

1.0x10-3

U, V

I, A

3

2

1

0.0

2.0x10-3

4.0x10-3

6.0x10-3

8.0x10-3

1.0x10-2

a) b)

Fig. 1. Dark a) and light b) I-U characteristics of MJ-Si-SC: 1 - initial curve, 2 – after RIE etching;

3 - after RIE+PE etchings.

As can be seen from Fig. 1b FF respected to curve 3 improved almost 15 % after PE etching.

This results in efficiency growth up to 12.61 %.

The designed photovoltaic modules were composed of 25 stripes with 300 µm sub-cells with

total area of 6 cm2. The generated voltage was reached to 12 V. Such high value of generated volt-

age at linear size in 1 cm as well as possibility to use both sides of modules enables to adjust these

modules directly to the electronic conversion systems. The technology of passivation of surface of

SCs by plasma treatments was discussed. It was demonstrated that hydrogen contained plasma

treatment improved the VA-MJ-p-n-Si-SCs I-U characteristics mainly due to active recombination

centres passivating. It was suggested that using additional processing in argon plasma prior to the

hydrogen treatment enhance the SC efficiency. This RF stimulated ion-plasma etching slightly re-

moves the upper damaged layer and provides the improvement of corresponding efficiency. Plas-

ma-chemical etching on a depth of 100 µm using reactive ion etching technique removes the broken

layer and reduce consequently the elastic strain in the plate. This resulted in recombination decreas-

ing and efficiency increasing up to 12 times.

НМІТФ – 2016

- 41 -

УДК 621.315.592; 538.9-405

ЕЛЕКТРИЧНО НЕАКТИВНІ АТОМИ БОРУ В МОНОКРИСТАЛІ

КРЕМНІЮ

Оселедчик Ю.С., Головко О.К.

Запорізька державна інженерна академія, e-mail: akgolovko@gmail.com

Атоми акцепторної домішки бору займають вузли кристалічної решітки кремнію в його

монокристалах та плівках, призначених для фотовольтаїки. Однак частина атомів бору в кристалі

не утворюють ковалентні зв’язки з атомами кремнію і тому не можуть утворювати дірки, тобто є

електрично неактивними. Такі атоми в бездислокаційних монокристалах входять до складу різно-

манітних комплексів [1] та мікроутворень, які знижують важливий показник якості монокристалі-

чного кремнію – час життя нерівноважних носіїв заряду. Тому управління концентрацією елект-

рично активних та неактивних атомів легуючої домішки є актуальною задачею при виробництві

монокристалів кремнію для фотовольтаїки.

Мета даної роботи – розробка математичної моделі оцінювання частки концентрації атомів

бору, що є електрично неактивними в монокристалах кремнію, вирощених в промислових умовах,

а також використання її при аналізі експериментальних даних.

Концентрація домішки в монокристалі, що вирощується з розплаву, залежить від ефектив-

ного коефіцієнта розподілу цієї домішки між рідкою та твердою фазами k [2]:

тв

р

р

тв

N

Nk

, (1)

де Nтв і Nр - концентрація атомів домішки відповідно у твердій і рідкій фазах, ат/см3; р і тв – гус-

тина цих фаз, т/м3. Ефективний коефіцієнт розподілу домішки бору в кремнії менше за одиницю

(0,8 ≤ k ≤ 1) внаслідок часткового відштовхування його атомів від фронту кристалізації в розплав.

Тому в процесі витягування монокристала з розплаву за методом Чохральського відбувається пос-

тупове накопичення домішки бору в розплаві, отже його концентрація в вирощуваному монокрис-

талі поступово збільшується. За теорією спрямованої кристалізації розподіл домішки в розплаві та

монокристалі в процесі кристалізації характеризують [2] аналітичними виразами

1

0 1

k

p gNgN (2); 1

0 1

k

р

твтв gkNgN

, (3)

де N0 - вихідна концентрація атомів домішки в рідкій фазі (до початку кристалізації), ат/см3;

g – частка вихідної маси розплаву, що перейшла у тверду фазу на момент кристалізації порції

кристалу з концентрацією домішки Nтв(g), ат/см3. У монокристалах кремнію концентрація

домішки бору Nтв(g) визначається перерахунком даних вимірювання питомого електричного

опору. Таким чином, експериментальні дані величин Nтв(g) та k(g) мають відношення тільки до

електрично активних атомів бору. Позначимо їх як Nтв(а)(g) та kа(g), а концентрацію електрично

неактивних атомів бору як Nтв(н)(g). Для визначення ефективного коефіцієнта розподілу усіх

атомів бору k (електрично активних плюс неактивних) розглянемо їхній розподіл між рідкою та

твердою фазами на початку вирощування монокристала при g = 0,01. З (3) знаходимо повну

концентрацію атомів бору в верхньому перетині монокристала Nтв(0,01). Повну концентрацію

бору в вихідному розплаві N0 визначаємо з його концентрації в сировині Nсиров. Далі з (1) знахо-

димо значення ефективного коефіцієнта розподілу усіх атомів бору k (разом електрично актив-

них та неактивних):

твртв

NN

k

0

01,0. Припускаємо, як це прийнято в теорії спрямованої

кристалізації, що k(g)=Const. Тепер з (1) можна знайти залежність повної концентрації атомів

бору в монокристалі на різних стадіях його вирощування Nтв(g):

НМІТФ – 2016

- 42 -

тв

р

р

нтватв

gN

gNgNk

, звідки:

тв

p

a

нтв

твkk

gNgN

)(.

Тоді частка електрично неактивних атомів бору від загального вмісту бору в монок-

ристалі:

%100

)(

р

твa

тв

нтвkk

gN

gN

. (4)

Розроблену математичну модель (4) використаємо для визначення концентрації електрично

неактивних атомів бору Nтв(н)(g) у трьох монокристалах кремнію, вирощених за методом Чохраль-

ського в промислових умовах в установці типу «Редмет - 30» з однакової сировини. Марка монок-

ристалів КДБ 0,5-1,7/10, діаметр – 135 мм, кристалографічна орієнтація – 100. Концентрацію

електрично активних атомів легуючої домішки бору розраховували за величиною питомого елект-

ричного опору, що вимірювали чотирьохзондовим методом. Узагальнені по 3-х монокристалах

експериментальні результати концентрації електрично активних атомів бору Nтв(а) наведені на

рис. 1.

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Частка закристалізованого розплаву g

Ко

нц

ентр

ація

ел

ектр

ич

но

акти

вн

их

ато

мів

бо

ру

Nтв(а

)х1

0-16 ,

см-3

0

2

4

6

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Частка закристалізованого розплаву g

Час

тка

ато

мів

бо

ру

в

елек

три

чн

о н

еакт

ивн

ом

у

стан

і N

тв(н

)/Nтв

, %

Рисунок 1 – Розподіл електрично

активних атомів бору

в монокристалах кремнію

Рисунок 2 – Частка електрично

неактивних атомів бору

в монокристалах кремнію

Після підстановки даних рисунка 1, параметрів технологічного процесу та густини крем-

нію р = 2,53 т·м-3 та тв = 2,33 т·м-3 знаходимо залежність частки електрично неактивних атомів

бору Nтв(н) в монокристалі на різних стадіях його вирощування (рис.2).

З даних рисунка 2 видно, що на протязі вирощування монокристала частка електрично неактивних

атомів бору в ньому суттєво зменшується.

Висновки. З оцінок, отриманих за експериментальними даними шляхом математичного

моделювання, випливає, що частка легуючої домішки бору, яка знаходиться в монокристалі крем-

нію в електрично неактивному стані, зменшується протягом процесу кристалізації. Найбільш імо-

вірною причиною такого явища можна вважати зменшення утворення комплексів бор-кисень вна-

слідок поступового зменшення концентрації домішки кисню в монокристалі кремнію від верхньої

до нижньої його частини в процесі вирощування за методом Чохральського. Отримані результати

мають практичне значення для підвищення виходу придатного продукту монокристалічного кре-

мнію для фотовольтаїки.

Список використаної літератури

1. Hahn S. Oxygen precipitation in heavily doped Czochralski silicon / S. Hahn, F.A.

Ponce, P. Masher, S. Dannefaer, D. Kerr, W. Ruff, V. Stojanoff, W.W. Furtado, D.A.P. Bulla, P.B.S.

Santos, S. Ichigami, W.A. Tiller // Electrochemical society procedings. – 1991. - Vol. 91-9. – P.

297- 300.

2. Швець Є. Я. Входження атомів домішки бору в електрично неактивному стані в

монокристал кремнію / Є. Я. Швець, О. К. Головко / Металургія: зб. наук. праць ЗДІА. – За-

поріжжя: ЗДІА, 2015. – Вип. 1 (33). – С. 124 – 127.

НМІТФ – 2016

- 43 -

UDC 621.315.592

THE WAYS OF INCREASING THE EFFICIENCY OF PHOTOELECTRIC

TRANSDUCERS

Nikonova Z.А., Ivanchikov S.О., Nyebesnyuk О.Y., Nikonova А.О.

Zaporizhzhya State Engineering Academy, 69006, Zaporizhzhya, Lenina Ave. 226, tel. (061)-236-

89-76, e-mail: nza@zgia.zp.ua

The function of the backing was done by silicon plates of nn+ – type with resistivity 0,5-5

Ohm·sm. The plates' diameter was 76 mm, their width - 500 µm.

On corresponding batches of plates the layers of Al, Al-Cu (2%) Al-Cu (2%) –Si (1%) 0,8 µm

thick were pulverized. Immediately before the sedimentation the plates were polished in the solution of

HF (concentrated) for 30 seconds, after the etching they were washed in a hot and the in a cold distilled

water, in alcohol and dried up in the thermostat. After that the plates were put into the camera of the

vacuum pulverization device. The interval between the processings and loadings of the camera was 30

minutes. After the formation of the adjusted topology of metallization, the plates were exposed to

nitrogen burning with the temperature of 450ºС during 15 minutes and the protective coat of SiO2 of 0,9

µm thick was applied. It was followed by the oxide removal from the excretive grounds and the splitting

into separate crystals was completed. The quality test of instrument structures was held by means of

measuring of contact resistance of contact systems. The amount of resistivity ρfor contacts Al-Cu-Si

was (0,76-1.52) 10-6 Ohm·sm2.

For quality tests of contact systems the authors investigated the dependence of contact resistance

in the temperature of 150ºС. Produced structures were being exposed to this temperature for 1000 hours.

The contact resistance was measured after 150, 500, 750 and 1000 hours of exposure. The analysis of the stability of contact systems before electro-migration demonstrated, that the Al-Cu-

Si systems did not prove any refusal either in the process of exposure to the temperature of 150ºС, or in the

course of electro-migration tests, whereas for the structures Al and Al-Cu a significant quantity of refuses was

observed. Thus, after 1000 hours of exposure to the temperature of 150ºС 2 of 15 Al structures and 2 of 15 Al-

Cu structures demonstrated refuses. As a result of electro-migration tests during 256 hours with the temperature

of 215оС there were 14 refusals (with 20 tested structures) for Al and 7 refusals for Al-Cu.

It is well known, that the value of contact resistance mainly determines the characteristics of

photoelectric instrument structures. The most low-Ohm contact was performed by the method of

vacuum pulverization with the further annealing in nitrogen environment with the temperature of 450ºС

during 15 minutes. Minimum value of surface resistivity of Al-Cu-Si with the depth of р-n transition 0,

35 µm was 0,76·10-6 Ohm·sm2.

The variation of the contact resistance points out the necessity of thorough preparation of contact

windows before the contact. It was also proved, that cleaning of the backings surface in the processing

camera of the vacuum device immediately before the metal coating significantly diminishes the variation

of the contact resistance.

All in all, it is advisable to apply Al-Cu-Si contact systems for a series of photoelectric appliances.

It is proved that the application of such contact systems will increase the efficiency of photoelectric

appliances due to simplicity of technological process and cheap materials, that will lead to the reduction of

cost price of the product.

References

1. LinJyi-Tsong. A novelplanar-typebodyconnectedFinFETdevicefabricatedbyself-

alignisolation-lastprocess // Solid-StateandIntegratedCircuitTechnology. – 2010. – РР. 1235–1237.

2. V.V. Odinokov, G.Ya. Pavlov. Newprocessingequipmentforinnovativetechnologiesmicro,

nano - andradioelectronics // Technologyandde-signingintheelectronicequipment. – 2011. – V.3. –

PP. 41–43.

3. Brown A. S., Green M. A.Limitingefficiencyofmultiplebandsolarcells: anoverview // Pro-

ceedingsofthe 17th EuropeanPhotovoltaicSolarEnergyConference. – 2001. – PP. 246–249.

НМІТФ – 2016

- 44 -

UDC 621.315.592

THE ANALYSIS OF DEFECT IMPACT ON EPITAXIC STRUCTURES FOR

PHOTOELECTRIC TRANSDUCERS

Nyebesnyuk О.Y., Zahoda O.O., Maglysh M.A., Stogniy K.A.

Zaporizhzhya State Engineering Academy, 69006, Zaporizhzhya, Lenina Ave. 226, tel. (061)-236-

89-76, e-mail: nza@zgia.zp.ua

For today very high demands are formulated for electro-physical qualities and perfection of every

layer, the tasks are set for creating of perfect and abrupt p-n transitions and heterointerfaceon large areas of

epitaxic compositions. The task of current interest is a profound analysis of these structures imperfections,

the origins of their formation, evolution of imperfections on different technological stages of the process of

photoelectric transducers (PET) formation.

The plates on dislocation-free silicon of 60 mm in diameter 300, 500 and 1000 µm wide under-

went annealing in the atmosphere of hydrogen under the temperature of 1450оС during 10 minutes.

With the help of selective digestion the dislocations in peripheral region of annealed plates were

revealed. The authors concluded that as the active sources of dislocations generation serve the micro-

cleavages on the plates edges, whereas micro-scratches and areas with remaining deformations – as addi-

tional sources of their generation on the plates edges. Micro-cracks on the edges of plates were caused dur-

ing annealing of the line of gliding, which spread in crystallographic directions on the distance less than 1

mm. During epistaxis the length of lines of gliding, generated from micro-cracks, reaches 15 mm; in some

cases micro-cracks initiate the development of slide, piercing all width of the pad and epitaxic layer and

have the length up to 0,7 of the plate’s diameter.

It is noteworthy, that on the operating area of the plate, where the defects of mechanical processing

were absent, the development of dislocations in the course of annealing is observed only in the plates hav-

ing the micro-defects of A-type; with other micro-defects the operating area of annealed plates is free of

dislocations.

As it was demonstrated in the course of experimental analysis, that the level of structural perfec-

tion of the operating area of ready-made silicon composites is influenced by micro-cracks only, it is neces-

sary to correct this very operation for the removal of such defects.

The increase of temperature influences the development of defects in epitaxic structures, the elec-

tric characteristics and parameters of PhT as well as the quality of their contact systems, which are to have

high electro- and thermal conductivity, mechanical durability and reliability in exploiting.

The research was carried out on special test structures with the size of 3,8 х 6,35 µm 2. The diame-

ter of the plates was 76 mm, and their width was 500 µm. On the corresponding batch of plates Al, Al-Cu

(2%) were put and Al-Cu (2%) - Si (1%) metallization of 0,8 µm width with magnetron pulverization on

DC was performed.

Authors propose an optimal mode of producing contact systems for PhC on silicon epitaxic struc-

tures and comparative study of contact resistance and stability of Al, Al-Cu and Al-Cu-Si contacts was

performed.

References

1. Norman A. G., Hanna M. C., Dippo P. etal. InGaAs/GaAs QDsuperlattices: MOVPE

growth, structural and optical characterization, and application in intermediate-bandsolarcells //

Proceedings of the 31st IEEE Photovoltaics Specialists Conference and Exhibition. – 2005. – PP. 3–

7.

2. Maronchuk I. E., Erochin S. Yu., Kulutkina T. F. et al. Solar cells heterostructures with

InAs quantum dots obtained by liquid phase epitaxy // Third World Conferenceon Photovoltaic

Energy Conversion. – 2003. – PP. 11– 18.

3. Green M. A. Third generation photovoltaics: solar cells for 2020 and beyond // Physica.

– 2002. – Vol. E 14. – РP. 65–70.

НМІТФ – 2016

- 45 -

УДК 621.315.592

ОСОБЛИВОСТІ СТВОРЕННЯ КОНТАКТНИХ СИСТЕМ ДЛЯ

КРЕМНІЄВИХ ФОТОПЕРЕТВОРЮВАЧІВ

Левінзон Д.І.1, Небеснюк О.Ю.2, Іванчиков С.О.2, Салам Алайк М.2

1Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського 2Запорізька державна інженерна академія, 69006, м. Запоріжжя, пр-кт Леніна 226, тел.(061)-

236-89-76, e- mail: nza@zgia.zp.ua

Актуальною проблемою створення кремнієвих фотоперетворювачів є підвищення коефіці-

єнта корисної дії, зниження собівартості добутої електроенергії, забезпечення стійкості при роботі

в спеціальних умовах.

Для контактних систем, призначених до використання у фотоперетворювачах на основі

кремнію, разом з низьким питомим контактним опором, необхідною умовою є можливість їх ви-

користання при підвищених температурах навколишнього середовища (Тнс).

Контактні системи, виготовлені на основі нікелю до n-Si, досліджувалися авторами в діапа-

зоні Тнс = 20÷550°С і при пропусканні постійного струму щільністю до 104 А/см2 .

У процесі досліджень зразки з виготовленими контактними системами поміщалися на гра-

фітовий столик. Нагрівання столика із зразком здійснювалося резистивним методом, що дозволяє

проводити нагрів до 600°С. Температура контролювалася за допомогою термопари хромель -

алюмель. Вимірювання опору проводилося з використанням вольфрамових зондів, заточених еле-

ктролітичним методом. Тестування ВАХ здійснювалося за допомогою вимірника параметрів напі-

впровідникових приладів Л2-56.

В процесі вимірювань контролювалася величина опору ( çR ) між зондами, розташованими

на однаковій відстані на одній контактній площадці. Тим самим побічно оцінювався опір розті-

кання за матеріалом контактного покриття. Всі вимірювання були проведені на повітрі.

Залежність окрkk Tρ=ρ представлена на рис. 1. Питомий контактний опір залишається

практично постійним у всьому діапазоні Тнс аж до 600ºС. Після охолоджування зразків до кімнат-

ної температури величина kρ відповідала початковій. Проте, починаючи з Тнс ~ 300-350°С спосте-

рігається зростання величини çR (рис.2), що може бути пов'язане з початком процесів окислення

Рисунок 1 – Залежність питомого опору контактних систем на основі Ni до n-Si від темпера-

тури навколишнього середовища

НМІТФ – 2016

- 46 -

Рисунок 2 – Типова залежність опору між зондами, розташованими на фіксованій

відстані на одній контактній площадці, від температури навколишнього середовища

матеріалу контактного покриття. Враховуючи постійність величини çR із зростанням Тнс, можна

припустити, що ці процеси не зачіпають область інтерфейсу контактного покриття Si, стан якої і

визначає стабільність величини kρ .

Для запобігання процесам окислення матеріалу контакту в реальних приладах можуть

бути використані вакуумні або заповнені інертним газом корпуси, а також контакти можуть

бути захищені за допомогою нанесення металів, стійких до окислення на повітрі, таких як

Аu, Pt.

Результати досліджень добре узгоджуються з літературними даними [1,2], не дивля-

чись на те, що всі вимірювання авторами були проведені на повітрі 3.

Авторами експериментально доведено:

Контактні системи, виготовлені після напилення нікелю при Тн = 300°С і подальшому

відпалі, показують високу однорідність характеристик як за площею зразка, так і на

різних зразках.

Питомий перехідний опір може бути знижений майже на порядок при збільшенні

концентрації нескомпенсованих донорів і при (Nd-Na) ~ 1·1020 см-3 досягати величини

~ 9·10-6 Ом∙см2.

Список використаної літератури

1. Алфёров Ж.И., Андреев В.М., Румянцев В.Д. Тенденции и перспективы развития

солнечной фотоэнергетики // ФТП. – 2004. – Т.38, вып. 8. – С. 937– 947.

2. Круковский С.И., Николаенко Ю.Е. Солнечные элементы на основе тандемных

гетероструктур GaAs-InGaAs-AlGaAs // Технология и конструирование в электронной

аппаратуре. – 2003. – 6. – С. 39–40.

3. D.I. Levinson, A. Nikonov, O. Nebesnyuk. Modeling the distribution of impurities in the

preparation of heavily instrumental silicon layers using high-energy treatment // Материалы

международной научной конференции «Scientific researches and their practical application.

Modern state and ways of development 2013». – 2013. –v. J21310.

НМІТФ – 2016

- 47 -

УДК 621.315.592

ПОКРАЩЕННЯ РАДІАЦІЙНОЇ СТІЙКОСТІ НАПІВІЗОЛЮЮЧОГО

АРСЕНІДУ ГАЛІЮ ЗА РАХУНОК ОСАДЖЕННЯ АЛМАЗОПОДІБНИХ

ВУГЛЕЦЕВИХ ПЛІВОК

Клюй М.І. 1,2, Лозінський В.Б. 1,2, Ліптуга А.І. 2, Горбулик В.І. 3, Дикуша В.М.2,

Сторожук В.І. 2

1Інститут фізики Цзилінський університет, 2699, м.Чанчунь, 130012, КНР 2Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова , НАН України, проспект Науки 41,

Київ, 03028, Україна, e-mail: klyui@isp.kiev.ua 3Чернівецький факультет НТУ «ХПІ», м. Чернівці, Україна

Серед великої кількості сучасних напівпровідникових матеріалів особливе місце посі-

дає напівізолюючий арсенід галію (АГНІ), який уже багато років застосовується в різних об-

ластях науки і техніки. Завдяки своїм оптичним властивостям АГНІ знайшов своє застосу-

вання для виробництва оптичних елементів інфрачервоної (ІЧ) оптики. Також кілька десяти-

літь він вважається перспективним матеріалом для розробки радіаційних спектрометрів,

включаючи детектори гамма випромінювання. У порівнянні з кремнієм, ще одним перспек-

тивним матеріалом для радіаційних детекторів, у напівізолюючого арсеніду галію більш ви-

сока ефективність поглинання -квантів и X-ray квантів. Основним недоліком АГНІ є наяв-

ність великої кількості ростових дефектів структури, серед основних є EL2 дефекты, котрі

формують глибокі рівні в забороненій зоні кристалу. Будучи пастками для носіїв заряду, ці

та інші дефекти суттєво погіршують експлуатаційні параметри приладів на основі АГНІ [1].

Крім високої якості вихідних кристалів напівізолюючого GaAs, важливою умовою ефек-

тивної роботи приладів на їх основі є їх стійкість до дії різних деградаційних факторів. Для раді-

аційних детекторів таким чинником є саме корпускулярне, X-ray або γ-ray опромінення, що при-

зводить до генерації додаткових структурних дефектів у процесі експлуатації приладу [1]. Для

інших приладів такі фактори стають істотними при роботі в екстремальних умовах, наприклад, у

випадку впливу проникаючої радіації або прискорених заряджених частинок. Такі умови існу-

ють в космічному просторі, або можуть виникнути на Землі в результаті аварій і т. п. Серед де-

градаційних факторів особливе місце займає проникаюча радіація, ефективно захиститися від її

впливу складно, а для оптичних приладів і елементів практично неможливо. В результаті, під

впливом проникаючої радіації параметри приладів і, отже, термін ефективної роботи зменшу-

ються. Причина погіршення параметрів приладів на основі GaAs очевидна – генерація радіацій-

них дефектів.

Нами досліджувались оптичні властивості кристалів напівізолюючого арсеніду галію в

інфрачервоній області спектру. Кристали були отримані методом Чохральського з рідинною ге-

рметизацією. Осадження алмазоподібної вуглецевої плівки (АВП) на GaAs проводилося з газо-

вої суміші при утриманні азоту в плазмі на 45% протягом 47 хвилин при потужності ВЧ розряду

200 Вт. Перед осадженням АВП плівок виконувалась обробка в плазмі водню чи аргону для

очищення поверхні кристала, часткової релаксації в ньому механічних напружень та підвищення

стійкості до дії подальших обробок, як це було показано в [2, 3]. Для обробок вихідного криста-

лу GaAs і структур АВП-GaAs γ-квантами використовувалось джерело Co60 і методика поетап-

ного набору дози. В результаті було досліджено дві серії зразків. Зразки першої серії проходили

обробку в плазмі водню перед осадженням АВП а другої – в плазмі аргону. Після кожного етапу

опромінення виконувалось вимірювання спектрів ІЧ-пропускання оброблених зразків.

На Рис.1 показано спектри пропускання ІЧ-випромінювання зразків GaAs, а на Рис.2 –

спектри пропускання ІЧ-випромінювання структур АВП-GaAs:

НМІТФ – 2016

- 48 -

Встановлено, що завдяки осадженню алмазоподібної вуглецевої плівки деградаційна

стійкість оптичного елемента на основі напівізолюючого GaAs суттєво зростає і після опро-

мінення -квантами з дозою 9.1х106 рад пропускання опроміненої структури навіть переви-

щує вихідне значення для неопромінених структур.

Запропоновано механізми, що пояснюють дію -квантів на кристали напівізолюючого

GaAs та на структури АВП- GaAs на різних етапах опромінення при поетапному наборі дози.

Для кристалів АГНІ ефектом, що відповідає за немонотонний характер зміни пропускання є

ефект «малих доз». Для структур АВП-GaAs на пропускання системи впливають як зміна влас-

тивостей АВП, так і кристалу АГНІ. При цьому, на перших етапах опромінення пропускання

структури АВП-SI-GaAs визначається як ефектом «малих доз», так і покращенням пропускання

власне АВП. При високих дозах опромінення домінуючим ефектом, відповідальним за покра-

щення деградаційної стійкості АГНІ, покритих АВП порівняно з кристалами без АВП є ефект

пасивації радіаційних дефектів в об’ємі напівізолюючого GaAs воднем, який дифундує з АВП.

Встановлено, що з точки зору покращення стійкості структур АВП-GaAs до дії γ- опро-

мінення перспективним є застосування попередніх обробок (перед осадженням АВП) в плазмі

водню і, особливо, аргону.

Список використаної літератури

1. McGregor D.S. Present status of undoped semi-insulating LEC bulk GaAs as a radiation

spectrometer / D.S. McGregor, R.A. Rojeski, G.F. Knoll, F.L. Terry, Jr.J. East, Y. Eisen // Nuclear

Instruments and Methods in Physics Research – 1994. – A 343. – P. 527-538.

2. Klyui N.I. Application of Diamond_Like Carbon Films to Increase Transmission of

Semi_Insulating GaAs Crystals in the IR Spectral Range / N.I. Klyui, A.I. Liptuga, V.B. Lozinskii,

A.N. Lukyanov, A.P. Oksanich and V.A. Terban // Technical Physics Letters. – 2012. – V. 38, N. 7. –

P. 609–612.

3. Klyui N.I. Increasing the Degradation Resistance of Semi_Insulating Gallium Arsenide

Crystals by Plasma Processing / N.I. Klyui, A.I. Liptuga, V.B. Lozinskii, A.P. Oksanich, V.A.

Terban and F.V. Fomovskii // Technical Phys. Lett. – 2012. – V. 38, N. 11. – P. 1016–1019.

Рис. 2. Спектри пропускання ІЧ-випро-

мінювання зразків GaAs: 1 – вихідний;

2 – після обробки в плазмі Ar+ і нанесеним

шаром АВП (200 Вт, 0.8 Тор, 47 хв.);

3 – 2 після γ-опромінення доза 106 рад;

4 – 2 після γ-опромінення доза 5х106 рад;

5 – 2 після γ-опромінення доза 9.1х106 рад;

6 – 2 після γ-опромінення доза 1.4х107 рад.

Рис. 1. Спектри пропускання ІЧ-

випромінювання зразків GaAs:

1 – вихідний;

2 –1 після γ-опромінення доза 106 рад;

3 –1 після γ-опромінення доза 5х106 рад;

4 –1 після γ-опромінення доза 9.1х106 рад;

5 –1 після γ-опромінення доза 1.4х107 рад.

НМІТФ – 2016

- 49 -

УДК 621.315.592; 621.3.049.77; 004.93'

СТАН І ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ НАПІВПРОВІДНИКОВОЇ

СОНЯЧНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ В СВІТІ ТА УКРАЇНІ

Макаров А.В. 1, Горбулик В.І. 2

1Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, проспект Науки, 41,

03028, м. Київ, Україна, e-mail: avmak@ukr.net 2Чернівецький факультет НТУ «ХПІ», м. Чернівці, Україна

Потреби світового виробництва в електричній енергії постійно зростають. Розвідані

запаси вуглеводневої сировини (природний газ, нафта, вугілля) є обмеженими і дорожчають

з кожним роком. Ці вуглеводні є накопиченими протягом мільйонів років запасами сонячної

енергії. Спалювання цих вуглеводнів забруднює атмосферу нашої планети. З іншого боку,

протягом однієї доби Земля отримує від Сонця таку кількість енергії, скільки виробляє вся її

енергогенеруюча промисловість за рік. Отже, потреби світової промисловості може виріши-

ти перетворення променистої сонячної енергії. Одним з найбільш перспективних методів

прямого перетворення променистої сонячної енергії є використання напівпровідникових фо-

тоелектричних перетворювачів, зібраних в сонячні модулі (СМ), СМ об’єднані в напівпро-

відникові сонячні електростанції (СЕС). Світова кількість встановлених СМ швидко (30-

40%/рік) зростає і по даним ЕРІА складала на кінець 2015 року 233 МВтр (АМ 1,5). Динамі-

ка такого зростання та лідери по кількості встановлних СМ показані на Рис.1.

Ними є КНР, Японія, Німеччина, США, Великобританія, Франція. До них в останні

роки доєднались Індія, Австралія, Таїланд, Чилі . Основним напівпровідниковим матеріалом

(90%) є моно- та мультикристалічний кремній. Увага до цього матеріалу пов’язана з його

розповсюдженістю в земній корі та відпрацьованістю технології виробництва кремнієвих ФП

та СМ. Зростання кількості ФП супроводжується зростанням їх якості, тобто підвищенням їх

ККД (18-22%) і зниженням їх вартості (>0,5 USD / Втр ) та матеріаломісткості (>13-14 г./

Втр). Падіння цін на кремнієві ФП та СМ показано на Рис.2.

З перелічених компаній сім китайських. КНР стала першим виробником ФП та СМ.

Завдяки умілій організації виробництва ціни на ФП та СМ вдалось знизити у декілька разів.

При цьому ККД та інші фотоелектричні параметри покращилися. Зниження цін на кремнієві

СМ призвело до зниження ціни на електроенергію від СЕС. Вона стала нижчою за «тради-

ційну» електроенергію. Ця обставина робить непотрібним і надлишковим закон про «зеле-

ний» тариф. Електроенергію СЕС державі можна продавати по тим же цінам, що і «тради-

ційну» електроенергію.

Висновки. 1. Світова напівпровідникова енергетика зростає дуже швидко. 2. Головна

роль у зниженні ціни на «сонячну» електроенергію належить КНР. 3. «Сонячна» електроене-

ргія стала дешевшою за традиційну електроенергію промислової мережі .

Рис. 1. Зростання загальної кількості СМ у світі (а) та основні держави його учасники (б).

НМІТФ – 2016

- 50 -

Список використаної літератури

1. Solar energy./ www.URL://charlieonenergy.wordpress.com/2015/12/07/solar-and-moores-

law

2. Top 10 Solar PV Module Suppliers Of 2015. www. – URL:

http://www.solarpowerworldonline.com/2015/04/top-10-solar-pv-module-suppliers-of-

015/arpowerworldonline.com/2015/04/top-10-solar-p -pv-

3. Мировая солнечная энергетика: переломный год // Deutsche Welle. – 30 мая 2013. –

Режим доступу: www. URL: http://www.advis.ru/php/print news.php?id=A4874E3E-5CE0-244E-

A6BB-9CF6F8530077.

Rank Company Technology

1 Trina Solar, China c-Si

2 Yingli Green, China c-Si

3 Canadian Solar, China c-Si

4 Hanwha Solar, China a-Si, c-Si

5 Jinko Solar, China c-Si

6 JA Solar, China c-Si

7 Sharp, Japan c-Si, Thin Film Si

8 ReneSola, China c-Si

9 First Solar, USA CdTe

10 Kyocera, Japan c-Si

Рис.3. Зменшення вартості кремнієвих ФП та СМ ( P, $/Вт) з 1977 по 2013 рік [2].

Таблиця 1. Найбільші у світі виробники СМ у 2014 році та типи технологій виробле-

них ними СМ [3].

Рис. 3. Залежність вартості електроенеггії СЕС від часу [3].

P

, $

/

В

т

НМІТФ – 2016

- 51 -

УДК 621.315.592

ОСОБЛИВОСТІ ТЕХНОЛОГІЇ ВИГОТОВЛЕННЯ КРЕМНІЄВИХ

ФОТОПЕРЕТВОРЮВАЧІВ СОНЯЧНОЇ ЕНЕРГІЇ

З ДИФУЗІЙНО-ПОЛЬОВИМИ БАР’ЄРАМИ ДЛЯ РОБОТИ ПРИ

КОНЦЕНТРОВАНОМУ ВИПРОМІНЕННІ

Костильов В.П., Коркішко Р.М., Мелах В.Г., Дверніков Б.Ф.

Інститут фізики напівпровідників ім.В.Є.Лашкарьова НАН України, пр. Науки, 41, 03680,

Київ, e-mail: vkost@isp.kiev.ua

Останнім часом спостерігається значне посилення інтересу до проблем прямого перетво-

рення енергії Сонця в електричну за допомогою альтернативних, екологічно чистих, поновлю-

ваних джерел енергії. Актуальність цих досліджень, незважаючи на високі темпи зростання ви-

робництва фотоелектричних модулів для прямого перетворення енергії Сонця в електричну

енергію, обумовлена ще і тим, що дотепер конкурентна спроможність цих методів отримання

енергії порівняно з традиційними методами недостатня. Тому найактуальнішими напрямками

розвитку методів прямого перетворення енергії Сонця в електричну енергію є зменшення варто-

сті виробництва одиниці енергії і підвищення коефіцієнта корисної дії процесів фотоелектрич-

ного перетворення.

Одним з ефективних методів зменшення вартості виробництва одиниці енергії є викорис-

тання концентраторних систем фотоелектричного перетворення енергії. В таких системах фото-

перетворювачі працюють при рівнях енергетичної освітленості до 104-106 Вт/м2, що перевищує

рівень освітленості земної поверхні в 10-1000 разів (ступінь концентрації К = 10Х-1000Х). Вна-

слідок цього відбувається заміна дорогих фотоперетворювачів (ФП) дешевими концентраторами

(наприклад, пластмасовими лінзами Френеля), що суттєво зменшує вартість такої системи.

В доповіді наведені результати аналізу особливостей роботи ФП при підвищених рів-

нях збудження (в концентраторних режимах), які приводять до суттєвого підвищення вимог

до конструктивно-технологічних параметрів ФП. Встановлено, що основним параметром,

лімітуючим коефіцієнт корисної дії ФП при роботі в режимах концентрації сонячної енергії,

є величина послідовного опору, тому технологія виготовлення таких ФП повинна насампе-

ред, мінімізувати значення Rs при збереженні високих значень коефіцієнта корисної дії

(ККД). Показано, що таким жорстким вимогам до конструктивно-технологічних параметрів

задовольняють ФП сонячної енергії з комбінованими дифузійно-польовими бар’єрами на ос-

нові кремнію [1]. Цей тип ФП базується на використанні комбінованого - індуковано-

дифузійного способу формування роздільних бар’єрів у кремнієвих багатофазних структу-

рах. При цьому дифузійно-польові бар’єри створюються як за допомогою дифузії мілких ле-

гуючих домішок, так і завдяки заряду, який присутній у шарі діелектрика (SiO2, Si3N4, тощо),

нанесеному на поверхню дифузійного шару. Відносно невисокий рівень легування емітерної

області у ФП з дифузійно-польовими бар’єрами забезпечує істотно нижчий рівень генера-

ційно-рекомбінаційних втрат в емітерній області таких структур порівняно з дифузійними

ФП і, в той же час, дозволяє істотно зменшити опір приповерхневого шару, а існування

польового бар’єру значно зменшує швидкість поверхневої рекомбінації на межі розділу ДН.

Розроблено модифікований технологічний маршрут виготовлення ФП сонячної енергії з

комбінованими дифузійно-польовими бар’єрами на основі кремнію, оптимізований для ро-

боти в режимі концентрованих сонячних потоків із ступенем концентрації до 100Х і виготов-

лено експериментальні зразки ФП.

Досліджено фотоенергетичні характеристики ФП сонячної енергії на основі кремніє-

вих багатошарових структур з комбінованими дифузійно-польовими бар’єрами при концент-

рованому освітленні. Досліджувалися зразки дифузійно-польових ФП розміром 55 мм2 з

НМІТФ – 2016

- 52 -

структурою p++-p+-n-n+, виготовлені на основі кремнію марки КБЕ-2 з питомим опором 2-3

Омсм. ФП розміщувалися на пасивному алюмінієвому радіаторі. Дослідження проводились

в умовах натурного Сонця, концентрація сонячного випромінення здійснювалася за допомо-

гою пластмасової лінзи Френеля. Ступінь концентрації змінювалася в межах К=1...200Х.

Обговорюються результати експериментальних досліджень світлових вольт-амперних

характеристик (ВАХ) і розрахованих з них фотоенергетичних параметрів – струму короткого

замикання Ікз, напруги розімкненого кола Vрк, коефіцієнта заповнення ВАХ FF, коефіцієнта

корисної дії (ККД) в залежності від ступеня концентрації сонячного випромінення.

Експериментально встановлено, що розроблені концентраторні ФП з комбінованими ди-

фузійно-польовими бар’єрами ефективно працюють в діапазоні концентрацій натурного соняч-

ного випромінювання К=1...150Х, при цьому залежність ККД і напруги розімкненого кола мають

вигляд кривої з максимумом при К 25Х. Встановлено збільшення Vрк до значень 0,750 В, а ККД

– до 18,1% при К=20Х-25Х. Показано, що обмеження величини Vрк і подальший її спад пов'яза-

ний з нагрівом зразка. Значення ККД ФП при К=150Х дорівнюють початковим (при К=1Х ) зна-

ченням – 15,5%.

Таким чином, в представленій роботі розроблено модифікований технологічний маршрут

виготовлення ФП сонячної енергії з комбінованими дифузійно-польовими бар’єрами на основі

кремнію, оптимізований для роботи в режимі концентрованих сонячних потоків із ступенем

концентрації до 100Х , виготовлено експериментальні зразки ФП і досліджено їх характеристики.

Показано, що ФП сонячної енергії з комбінованими дифузійно-польовими бар’єрами на основі

кремнію, мають мінімізований послідовний опір, що дозволило отримати високі значення екс-

плуатаційних параметрів в діапазоні концентрацій натурного сонячного випромінювання

К=1...150Х.

Список використаної літератури

1. Оксанич А.П. Сучасні технології виробництва кремнію та кремнієвих фотоелект-

ричних перетворювачів сонячної енергії / А.П. Оксанич, В.А. Тербан, С.О. Волохов, М.І. Клюй,

В.А. Скришевський, В.П. Костильов, А.В. Макаров. – Кривий Ріг: Мінерал. – 2010. – 266 с.

УДК 621.315.592

КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ

ВИГОТОВЛЕННЯ МОБІЛЬНИХ СОНЯЧНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ ДЛЯ

ВИКОРИСТАННЯ В ПОЛЬОВИХ УМОВАХ

Коркішко P.М., Костильов В.П., Серба О.А., Дверніков Б.Ф., Черненко В.В.

Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, пр. Науки, 41, м. Київ,

03680, Україна, e-mail: vkost@isp.kiev.ua

Сонячні фотоелектричні електростанції, які працюють на принципі прямого перетворення

сонячної енергії в електричну, є надійними, високоефективними, компактними джерелами енергії

в умовах відсутності стаціонарних електричних мереж [1].

Головним елементом сонячних модулів (СМ) та сонячних батарей (СБ), з яких створюють-

ся сонячні електростанції, є напівпровідниковий сонячний елемент (СЕ), який дозволяє перетво-

рювати енергію сонячного випромінювання в електричну. Діапазон використання напівпровідни-

кових СЕ досить широкий – від стаціонарних сонячних електростанцій, які займають великі пло-

щі, до мобільних пристроїв для живлення або зарядки радіостанцій, приладів нічного бачення, мо-

більних телефонів, планшетів, GPS-навігаторів, тощо. Аналіз пропозицій по мобільним сонячним

електростанціям [1;2] показав, що їх основним недоліком є досить таки значна тривалість заряду

(перевищує 10 годин) малопотужної апаратури, навіть при високому рівні енергетичної освітлено-

сті, через недостатню вихідну потужність СБ. Такі пристрої не мають внутрішнього буферного

НМІТФ – 2016

- 53 -

акумулятора, який накопичує енергію вдень, а потім дозволяє здійснювати живлення або зарядку

малопотужної апаратури при низькій освітленості (вночі). До того ж має місце низька надійність

конструкції, що не дозволяє ефективно використовувати їх у польових умовах.

Метою даної роботи є розробка та виготовлення мобільної, компактної, надійної со-

нячної електростанції, яка дає можливість живлення або зарядки широкого спектру малопо-

тужної апаратури (радіостанцій, мобільних телефонів, тепловізорів, планшетів, GPS - навіга-

торів), в екстремальних (бойових) умовах, навіть при низькій освітленості, що є перевагою в

порівнянні з рядом пропонованих на ринку зарядних пристроїв.

Мобільна сонячна електростанція виконана у вигляді кейсу (рис. 1,2), що складається

з двох або чотирьох автономних сонячних модулів потужністю 10 Вт (АМ1.5) кожен, габа-

ритні розміри 527х232х35 мм. Модулі електрично не з’єднані між собою і скріплені за допо-

могою двох завіс. В корпусі кожного сонячного модуля міститься контролер заряду та набір

з десяти послідовно з’єднаних Ni-MH акумуляторів ємністю 2 - 6 А·год (далі буферний аку-

мулятор), який дозволяє здійснювати живлення або зарядку малопотужної апаратури навіть в

похмуру погоду або вночі. Ємність акумулятора підібрана так, щоб його можна було повніс-

тю зарядити протягом одного світлового дня. Причому, між контролером заряду і буферним

акумулятором послідовно включений блокуючий діод, який запобігає розрядці буферного

акумулятора на контролер заряду. В якості блокуючого діоду вибраний діод Шоттки, оскіль-

ки він забезпечує мінімальне падіння напруги, тобто має найменші втрати. Контроль заря-

ду/розряду буферного акумулятора здійснюється за допомогою світлодіодної індикації (зе-

лений світлодіод – акумулятор заряджений, червоний – акумулятор заряджається/необхідно

зарядити). В якості вихідного роз’єму в кожен корпус вмонтований автомобільний коаксіа-

льний роз’єм, який дозволяє одночасне підключення двох окремих навантажень. Кожен

роз’єм закривається герметичною кришкою, щоб запобігти потраплянню вологи. Між

роз’ємом і буферним акумулятором також послідовно включений блокуючий діод Шоттки,

який запобігає розрядці акумулятора навантаження малопотужної апаратури на буферний

акумулятор мобільної електростанції. Клеми роз’єму слугують виводами для підключення

навантаження через відповідний адаптер. На виході кожного роз’єму номінальна напруга

складає 12 В. При необхідності отримання змінної напруги до виходу підключається інвер-

тор 12/220 В. Відповідні адаптери та інвертори випускаються серійно для автомобілів та ви-

бираються залежно від конкретних потреб користувача.

Рис. 1 - Мобільна сонячна електростанція в

«робочому» вигляді

Рис. 2 - Мобільна сонячна електростанція в

складеному вигляді

З тильного боку кожен сонячний модуль захищений металевою алюмінієвою пласти-

ною товщиною 3 мм, яка підвищує жорсткість та надійність конструкції. Всі складні части-

ни, включаючи роз’єми, герметизовані стійким до ультрафіолету герметиком, що запобігає

потраплянню вологи в корпус. По периметру фронтальної поверхні одного з сонячних моду-

НМІТФ – 2016

- 54 -

лів закріплена гумова стрічка, яка запобігає потраплянню пилу на фотоактивну поверхню

модулів в закритому стані. На корпусі закріплена металева ручка для перенесення та застіб-

ка. Корпус мобільної електростанції пофарбований в камуфляжний колір. Розробка захищена

патентом України на корисну модель.

Таким чином, розроблена конструкція та виготовлені мобільні сонячні електростанції,

які дають можливість живлення або зарядки широкого спектру малопотужної апаратури (ра-

діостанцій, мобільних телефонів, тепловізорів, планшетів, GPS - навігаторів), в польових

(екстремальних) умовах навіть при низькій освітленості, що є перевагою в порівнянні з ря-

дом пропонованих на ринку зарядних пристроїв. Мобільна сонячна електростанція являє со-

бою надійну, ефективну, компактну, складану, герметичну конструкцію, пристосовану для

перенесення, яку можуть використовувати військовослужбовці, співробітники МВС, МНС,

які не завжди можуть скористатися централізованим енергопостачанням. У модуль вмонто-

вано акумуляторні батареї, які забезпечують живлення або зарядку малопотужної апаратури

навіть при низькій освітленості, а лицева поверхня захищена гартованим склом.

Розвиток даної роботи може проходити по двом напрямкам:

- серійне виготовлення мобільних сонячних електростанцій з використанням вітчиз-

няних матеріалів і комплектуючих, що відповідають ідеології імпортозаміщення і створення

нових робочих місць;

- створення компактних стаціонарних електростанцій для живлення малопотужних

побутових приладів, для використання в місцях з відсутнім або недостатнім енергопостачан-

ням. Дана ніша на ринку фотоенергетики практично не зайнята.

Список використаної літератури

1. Литовченко В.Г. Сонячна енергетика: порядок денний для світу й України / В.Г.

Литовченко, М.В. Стріха. – Київ: К.І.С. – 2014. – 40 с.

2. Оксанич А.П. Сучасні технології виробництва кремнію та кремнієвих фотоелект-

ричних перетворювачів сонячної енергії / А.П. Оксанич, В.А. Тербан, С.О. Волохов, М.І. Клюй,

В.А. Скришевський, В.П. Костильов, А.В. Макаров. – Кривий Ріг: Мінерал. – 2010. – 266 с.

УДК 621.315.592

ТЕМПЕРАТУРНІ ЗАЛЕЖНОСТІ ОСНОВНИХ ФОТОЕНЕРГЕТИЧНИХ

ПАРАМЕТРІВ СОНЯЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ З РІЗНИМИ

ТЕХНОЛОГІЯМИ ВИГОТОВЛЕННЯ

Саченко А.В., Костильов В.П., Коркішко P.М., Куліш М.Р., Соколовський І.О.,

Черненко В.В.

Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, пр. Науки, 41, м. Київ,

03680, Україна, e-mail: vkost@isp.kiev.ua

Якщо методика визначення параметрів сонячних елементів (СЕ) при використанні

імітаторів сонячного випромінювання, зокрема, при реалізації умов АМ0 та АМ1,5 розроб-

лена достатньо досконало [1], то в методиці вимірів температурних залежностей характери-

стик СЕ до останнього часу не враховуються повністю особливості фізичних процесів, що

протікають в СЕ. У певному наближенні температурні залежності характеристик СЕ описані,

зокрема, в монографіях [2;3]. Але і в стандартах [1], і в монографіях [2,3] відсутній конкрет-

ний аналіз для випадку, коли в якості імітаторів випромінювання використовуються лампи

розжарювання. Справа в тому, що в цьому випадку, досить істотно збільшується темпера-

НМІТФ – 2016

- 55 -

турний коефіцієнт струму короткого замикання, і в дещо меншому ступені зростає темпера-

турний коефіцієнт ефективності фотоперетворення. Це пов’язано із зсувом максимуму ви-

промінювання джерела випромінювання при зменшенні температури випромінювання в дов-

гохвильову область. Вказаний ефект, по-перше, треба враховувати при застосуванні для

вимірів температурних залежностей характеристик СЕ імітаторів сонячного освітлення. По-

друге, оскільки робоча температура СЕ практично завжди більша за температуру 298 К (чи

25ºС), то він може привести до суттєвого розходження температурного коефіцієнту ефектив-

ності фотоперетворення, виміряного з використанням імітаторів сонячного освітлення, з

температурним коефіцієнтом ефективності СЕ в реальних умовах.

Вказана різниця особливо велика в кремнієвих СЕ чи в HIT елементах, виготовлених з

використанням високоякісного кремнію з великими об’ємними часами та довжинами

дифузії. Оскільки коефіцієнт зростання струму з підвищенням температури в таких СЕ,

особливо при їх освітленні в умовах АМn (де величина n змінюється від 1 до 3), значно мен-

ший за коефіцієнт зростання струму при використанні імітаторів освітлення, то це приведе

до збільшення температурного коефіцієнта ефективності фотоперетворення в реальному

випадку.

У даній роботі наведені результати експериментального дослідження температурних

залежностей струму короткого замикання, напруги розімкненого кола та ефективності фото-

перетворення, а також обчислено температурний коефіцієнт ефективності фотоперетворення

в кремнієвих СЕ з великими об’ємними часами життя при використанні в якості джерела

освітлення ламп розжарювання. Проведено порівняння отриманих експериментальних ре-

зультатів з теорією, яка враховує особливості формування напруги розімкненого кола в

структурах з великими об’ємними часами життя для випадку використання в якості іміта-

торів сонячного освітлення ламп розжарювання. Показано, що узгодження між ними достат-

ньо добре. Окрім того, теоретично розраховано температурні залежності характеристик до-

сліджених СЕ для випадку освітлення в умовах позаземного освітлення (АМ0). Встановлено,

що температурні коефіцієнти ефективності фотоперетворення в умовах позаземного

освітлення та при використанні в якості імітаторів сонячного освітлення ламп розжарювання

суттєво відрізняються.

Запропонований підхід, в принципі, дозволяє розрахувати температурні залежності

основних фотоенергетичних характеристик СЕ, виготовлених за різними технологіями, для

різних типів імітаторів сонячного випромінювання.

Викладені в роботі матеріали можуть бути використані для розробки методики до-

слідження температурних залежностей характеристик СЕ при застосуванні різноманітних

імітаторів сонячного випромінювання.

Список використаної літератури

1. PV Power: PV Standards [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу :

http://www.senes.bas.bg/pv_standarts.htm.

2. Васильев А.М. Полупроводниковые фотопреобразователи / А.М. Васильев,

А.П. Ландсман. – М. : Советское радио, 1971. – 248 c.

3. Fahrenbruch A.L. Fundamentals of solar cells. Photovoltaic solar energy conversion /

A.L. Fahrenbruch, R.H. Bube. – New York, 1983. – 559 p.

НМІТФ – 2016

- 56 -

УДК 535.2/535.3

IMPROVEMENT OF Si-BASED SOLAR CELLS PARAMETERS BY HIGH-

FREQUENCY RADIATION AND WEAK MAGNETIC FIELDS

Red’ko R.A. *, Semenenko M.O.

V. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics of the National Academy of Sciences of Ukraine,

41 Nauky Pr., 03028 Kyiv, Ukraine.

E-mail: redko.rom@gmail.com, semandko@gmail.com

The samples of silicon-based solar cells (SC) with vertical p-n junction (Si-SC-V-p-n) were

objects of our researches (Fig. 1). The area of typically diffusion-field Si-SC-V p-base were 2 cm2

and their corresponding cross was as follows: 1) Al front grid; 2) antireflection Si3N4 layer of 50

nm; 3) charged dielectric SiO2 layer of 30 nm; 4) inducted n++ layer; 5) diffusion n+ layer; 6) quasi-

neutral base area or p-Si; 7) diffusion isotype junction or p+ layer; 8) back Al metallization. IV-

characteristics both as dark than upon AM1.5 illumination were measured using Kelvin probe with

Keithley 2410h and LabTraser NI software assistances.

Fig. 1. The structure of Si-based diffusion-field type SC with p-type base (a); band diagram (b).

The samples of silicon-based SC with p-n junction were exposed to the high-frequency (HF)

radiation (f=13.56 MHz, p=95, 225 and 300 Wt) and weak magnetic fields (WMF) treatment

(B1=60 mT, B2=8 mT, t=21 days). Initial η%/FF parameter of structure under investigation was

11.692/0.746. HF irradiation results in parameter modification to 12.337/0.775; 12.291/0.783;

11.458/0.752 values, respectively (Fig. 1). One can see, electromagnetic field treatment by ~95 Wt

of incident power results in effective increase of η%/FF, while power in 300 Wt – vice versa, results

in ratio decreasing.

Additional WMF treatment was applied to samples, which where irradiated with maximum

power. It was obtained, that treatment in field B1 and B2 was change η %/FF to 10.181/0.648 and

11.997/0.753, respectively. So, the treatment with B2 magnetic induction could be used to properties

restoring.

Interaction of a HF radiation with studied samples is accompanied by semiconductor impuri-

ty-defect structure modification. This caused by thermal and nonthermal actions. Apparently, higher

incidence power results in thermal factor domination. The physical mechanism of observed WMF-

related transformation is not trivial. Due to the “the kT problem” the traditional approach cannot be

applied for clarifying and problem resolving. This means that energy obtained by the object under

(a)

(b)

НМІТФ – 2016

- 57 -

investigation is too small to cause any change. So the alternative mechanisms are needed for discus-

sion. It is known that WMF treatment can result in metastable nonequilibrium complexes destruc-

tion, existing in the bulk of multi-layer structure, due to electron spin reorientation. Probably, this

mechanism is realized in our case.

Some of HF-induced defects and/or its complexes can be in metastable state. Spin-depended

reactions occurred after WMF treatment in these complexes results in structure destruction. Long-

term relaxation of defect subsystem related with diffusions fluxes to natural drains could be inter-

preting by processes observed in experiment. We assume the observed modification could not be

the reason for natural aging of samples. Because the reference sample was kept under the same

conditions as the treated ones between measurements. The parameters of reference sample did not

change significantly while modification of treated ones was detected.

The proposed modification of Si-based solar cells can be applied for the improvement of

structural perfection and efficiency of already formed devices. This resulted in improvement of η

%/FF ratio. Moreover, it can be suited for the detection of relative quantities of metastable nonequi-

librium centers on their internal boundaries.

УДК 669.054; 539

ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ И СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫХ

МАТЕРИАЛОВ В АСТРОФИЗИКЕ

Ковтун Г.П.

Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт», Харків,

Україна, e-mail:gkovtun@kipt.kharkov.ua

Реально наблюдаемый в настоящее время «обычный» материальный мир составляет ~ 4%

действительного материального мира Вселенной. Остальной материальный мир Вселенной отно-

сят к т. н. темной энергии (74%), темной материи (22%), о природе которых нет ни малейшего

представления. В последнее время предпринимаются многочисленные исследования с целью рас-

ширить наши представления об окружающем нас Мире. Основные усилия направлены на объяс-

нение состава Вселенной, в частности, природы темной материи, темной энергии; изучение

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

I, A

U, V

initial

95W225W

300W

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

I, A

U, V

initial

13.56 MHz, 300W

60 mT

8mT

Fig. 2. I(U) dependences of initial and

HF irradiated samples.

Fig. 3. I(U) dependences of initial

and WMF treated samples

НМІТФ – 2016

- 58 -

свойств нейтрино и его роли в развитии Вселенной; исследования космических излучений; поиски

гравитационных волн и различных эффектов за пределами стандартной модели элементарных ча-

стиц [1]. Эти исследования основаны на регистрации редких ядерных событий, протекающих в

окружающем нас Мире с помощью высокочувствительных низкофоновых детектирующих

устройств. Проведение подобных исследований требует выполнения, как минимум, двух условий:

исключения влияния внешних радиационных воздействий и возможность регистрации и иденти-

фикации редких ядерных событий. Первая задача решается путем поведения экспериментов в

подземных лабораториях для снижения фона от космических лучей. Вторая задача – путем созда-

ния низкофоновых высокочувствительных детекторов ядерных излучений, основой которых яв-

ляются различные высокочистые сцинтилляционные и полупроводниковые материалы. Содержа-

ние примесных элементов должно быть ˂ 0,1 ppm, а уровень радиоактивной загрязненности ˂10-5

Бк/кг (U, Th ˂1ppb) [2].

Следует отметить, что подобный уровень радиоактивных загрязнений можно определить

методом гамма-спектроскопии с ультра низкофоновым высокочистым германиевым (ULB-HPGe)

детектором. Помимо уникальной химической чистоты, детекторы должны обладать высокими

сцинтилляционными свойствами, в том числе и при низких температурах. Детекторы могут быть

жидкие, газообразные, твердые. Жидкие и газообразные детекторы характеризуются большими

размерами. Например, количество жидкого сцинтиллятора может составлять сотни тонн. Так, в

детектор Borexinов нейлоновом шаре радиусом 4.25 м содержится 300 тонн сцинтиллирующей

жидкости. В последнее время стали использоваться твердые низкофоновые детекторы на базе

сцинтилляционных монокристаллов различных соединений. Низкофоновые сцинтилляторы име-

ют ряд преимущества при исследовании редких ядерных событий. В частности, в составе сцин-

тилляционных материалов имеются элементы, которые содержат изотопы, являющиеся предме-

том исследований. Это обеспечивает практически 100% эффективность регистрации эффекта, что

является определяющим фактором для чувствительных экспериментов. Кроме того, сцинтилляци-

онные детекторы недорогие, стабильные в работе в течение длительных периодов, способны

идентифицировать частицы по форме сцинтилляционных сигналов и позволяют исследовать не-

сколько ядер одновременно. Использование высокочистых исходных компонентов дало возмож-

ность получить совместно с Институтом сцинтилляционных монокристаллов (г. Харьков) и с дру-

гими организациями ряд сцинтилляционных монокристаллов беспрецедентно высокого качества.

На основе сцинтилляционных монокристаллов (ZnWO4, CdWO4, 106CdWO4,

116CdWO4, PbWO4, apxPbWO4, PbMoO4 и ряда других) были созданы низкофоновые сцинтилляционные детекторы для

регистрации различных редких ядерных событий. С использованием разработанных детекторов

совместно с Институтом ядерных исследований НАНУ (г. Киев) и Национальным институтом

ядерных исследований (Рим, Италия) в Национальной лаборатории Гран Сассо (Италия) был вы-

полнен комплекс исследований по поиску и изучению редких ядерных событий. В частности,

впервые был измерен поток солнечных нейтрино от распада 7Ве, что позволило получить новую

информацию об осцилляции, массе и магнитном моменте нейтрино; зарегистрировать потоки

нейтрино из космоса и недр Земли. Проведены поиски эффектов за пределами стандартной моде-

ли элементарных частиц, выполнены исследования редкихα-, β-распадов атомных ядер. Разрабо-

танные методы низкофоновой ядерной спектрометрии могут быть использованы не только для

фундаментальных исследований, но и в прикладных задачах по определению низкого уровня ра-

диоактивного загрязнения материалов. В результате этих работ Украина вышла на передовые по-

зиции в мире в области физики элементарных частиц без использования ускорительной техники.

Список использованной литературы

1. Даневич Ф.А. Сцинтилляторы в астрофизике частиц // Труды межд. конф. “Ин-

женерия сцинтилляционных материалов и радиационные технологии“ (ИСМАРТ-2008). –

Харьков, ИСМА. 2009. – C. 54-92.

2. Ковтун Г.П. Высокочистые вещества в решении проблем астрофизики // Матери-

алы докладов 3-й Международной конференции «Высокочистые материалы: получение,

применение, свойства», 15-18 сентября 2015 г., Харьков. – С. 7.

НМІТФ – 2016

- 59 -

УДК 539.23:537.533.35:535.345.1

ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ МАСИВІВ НАНОЧАСТИНОК Au

ОДЕРЖАНИХ ХІМІЧНИМ ОСАДЖЕННЯМ ДЛЯ СОНЯЧНИХ

ЕЛЕМЕНТІВ CdS/CdTe

Кусьнеж В.В., Ільчук Г.А., Цюпко Ф.І., Семків І.В., Змійовська Е.О.

Національний університет “Львівська політехніка”, вул. С.Бандери 12, 79013, Львів, Україна.

E-mail: v.kusnezh@gmail.com

Збільшення ефективності перетворення сонячного світла у електричну енергію соняч-

них елементів (СЕ) CdS/CdTe можливе завдяки збільшенню оптичного поглинання зумовле-

ного розсіюванням або поглинанням світла наночастинками (НЧ) золота. На сьогоднішній

день існує цілий ряд відомих та нових методів синтезу металічних наночастинок. Сукупність

цих методів дозволяє синтезувати НЧ з добре визначеними формою і розмірами, що важливо

для їх практичного використання. У попередніх роботах [1] нами апробовано підхід «зверху

донизу», тобто одержання масиву НЧ термічним відпалом тонкої плівки золота. Висока вар-

тість такого підходу пов’язана з чистотою і кількістю золота необхідною для одиничного до-

сліду привела до пошуку хімічних методів отримання НЧ Au на напівпровідникових (CdS,

CdTe) та провідних (ІТО) підкладках з водних розчинів за нормальних умов.

Робочий розчин готували безпосередньо перед експериментом змішуванням з дисти-

льованою водою формальдегіду, Na2CO3 та AuCl3. Підкладками слугували скляні пластинки

6×12×1,6 мм, покриті плівкою ІТО з питомим опором 100 Ом/см2. Досліджено морфологію

поверхні масивів НЧ отриманих послідовним нанесенням та змиванням робочого розчину. З

використанням оптоволоконного спектрофотометра AvaSpec-ULS2048-UA-50 (Avantes) про-

ведено вимірювання спектрів пропускання Т(λ) та поглинання A(λ) зразків з кроком 0,5 нм.

Рисунок – Спектральна залежність поглинання та морфологія поверхні (50000) НЧ Au на

підкладках ITO/скло. Час осадження 3 хв (1), двічі по 3 хв (2), тричі по 3 хв (3).

Список використаної літератури

1. V. Kusnezh, A. Danylov, H. Il’chuk, and R. Petrus’. Fabrication and physical properties

of Au nanoparticle arrays on glass slides for solar-cell application // Physica Status Solidi B. –

2014. – Vol. 251, No. 8. – Р. 1574–1578.

НМІТФ – 2016

- 60 -

УДК 544.652

ПОЛЯРИЗАЦІЙНІ ДОСЛІДЖЕННЯ Hg3In2Te6-ЕЛЕКТРОДІВ У

РОЗЧИНАХ ЕЛЕКТРОЛІТІВ

Сема О.В., Дійчук В.В., Кобаса І.М.

Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, e-mail: oksi-sema@mail.ru

Науковий і практичний інтерес до операцій поризації, сульфідування та оксидування

останні десятиріччя зростає, оскільки вони дозволяють отримувати наноструктуровану мо-

дифіковану поверхню як елементарних напівпровідників, так і напівпровідникових сполук.

Напівпровідникові матеріали з модифікованою поверхнею широко використовуються в фо-

тоелектричних та оптоелектронних пристроях, сонячних елементах і детекторах іонізаційно-

го й ІЧ-випромінювання. Перспективним напівпровідником в цьому плані є Hg3In2Te6, який

завдяки поєднанню електричних, оптичних, магнітних та інших властивостей має значні пе-

реваги використання для виготовлення фоточутливих елементів та абсорбційних світлофіль-

трів, анізотропних термоелектричних пристроїв, детекторів радіаційного та ІЧ-

випромінювання тощо [1].

У роботі подано результати поляризаційних досліджень Hg3In2Te6-електродів в кис-

лому, нейтральному і лужному середовищах та проведено їх порівняння з термодинамічними

розрахунками імовірних електрохімічних процесів, які можуть відбуватися на поверхні цього

електроду, отриманих із діаграм Пурбе.

На рис. 1 подані вольтатамперні криві досліджуваного напівпровідникового електроду

у кислому, нейтральному та лужному середовищі відповідно.

-1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0

-2

-1

0

1

2

I, мА/см2

E, В-1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

I, мА/см2

E, В

-1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

I, мА/см2

E, B

а) б) в)

Рис. 1. Вольт-амперні криві Hg3In2Te6-електродів в розчинах електролітів а) HCl-КCl

(рН=1,9); б) КCl (рН=7,0); та в) КCl-КОН, рН=10,0

На вольтамперній кривій а) спостерігається наявність областей гістерезису між пря-

мим та зворотнім ходом в анодній області. Це може свідчити про те, що поверхня монокрис-

талів Hg3In2Te6 зазнає певних структурних і хімічних змін. Однак той факт, що гістерезис

спостерігається також у катодній області, вказує на те, що при анодній поляризації монокри-

сталів Hg3In2Te6 має місце зміна хімічної природи поверхні. При анодній поляризації на кри-

вій спостерігаються декілька максимумів анодного струму, що пов’язано з селективним роз-

чиненням напівпровідника. Згідно з діаграмою Пурбе [2] досліджуваної системи в кислому

середовищі при потенціалах вище, ніж -0,34 В можливе селективне розчинення напівпровід-

ника з утворенням іонів In3+ згідно з реакцією (1):

Hg3In2Te6 = 2In3+ + 3HgTe + 3Te + 6e- (1)

НМІТФ – 2016

- 61 -

Перший пік (Е=-0,17 В) відповідає анодному розчиненню напівпровідника за Індієм, який є

найбільш активним компонентом. Спадання величини струму може бути зумовлено збіднен-

ням поверхні напівпровідника Індієм та утворенням оксидної плівки ТеО2:

Hg3In2Te6 + 12H2O = 2In3+ + 3Hg + 6TeO2 + 24H+ + 30е- (2)

Наступний максимум на кривій характеризує процес окиснення Hg- компоненти до Hg22+ та

Hg2+. Часткове спадання струму зумовлене тими ж причинами, що і для першого максимуму

(збіднення поверхні розчинним компонентом та утворенням TeO2):

Hg3In2Te6 + 12H2O = 2In3+ + 3Hg2+ + 6TeO2 + 24H+ + 36e- (3)

Третій пік анодного струму спостерігається при досить високих потенціалах (0,67 В), що,

згідно діаграми Пурбе, відображає процес окиснення ТеО2 до Н2ТеО4:

ТеО2 + 2H2O = Н2ТеО4 + 2H+ + 2e- (4)

Вольт-амперна крива б) (нейтральне середовище) дещо відрізняється за формою від

такої для а) (кисле середовище). На ній присутній один чіткий максимум анодного струму й

область перепасивації поверхні напівпровідника. Наявність гістерезису між прямим і зворот-

ним ходом поляризаційних кривих і, зокрема, широка область в катодній частині, вказують

на наявність пасивних плівок на поверхні монокристалу Hg3In2Te6.

Згідно з термодинамічними розрахунками у нейтральному середовищі при анодній

поляризації можливе селективне розчинення за Індієм (рівняння 1), що відповідає присутно-

сті на кривій чіткого піку. Спадання струму зумовлено кислотно-основною рівновагою In3+

↔ In(OH)3.

Подальша анодна поляризація в межах потенціалів від 0 до 0,8 В не призводить до чі-

тко виражених максимумів струму. На діаграмі Пурбе за цих умов термодинамічно можливі

реакції:

Hg3In2Te6 + 24H2O = 3Hg + 2In(OH)3 + 6HTeO3– + 36H+ + 30e- (5)

Hg3In2Te6 + 30H2O = 3Hg(OH)2 + 2In(OH)3 + 6HTeO3– + 12H+ + 6e- (6)

При досягненні потенціалу 0,82 В величина струму дещо зменшується при збільшенні

анодного потенціалу. Згідно діаграми Пурбе на поверхні утворюються важкорозчинні сполу-

ки всіх трьох компонентів:

Hg3In2Te6 + 36H2O = 3Hg(OH)2 + 2In(OH)3 + 6H2TeO4 + 48H+ + 48e- (7)

Під час анодної поляризації на кривій в) (лужне середовище) спостерігається невели-

кий пік при потенціалі -0,17 В. За цих умов у лужному середовищі термодинамічно можливе

селективне розчинення напівпровідника за Індієм з утворенням іонів InO2–:

Hg3In2Te6 + 4H2O = 2InO2– + 3HgTe + 3Те + 8Н+ + 6е- (8)

Подальше підвищення потенціалу призводить до розчинення Hg3In2Te6 ще й за Те-

компонентом:

Hg3In2Te6 + 22H2O = 2InO2– + 6TeO3

2– + 3Hg + 44Н+ + 30е- (9)

Hg3In2Te6 + 28H2O = 2InO2– + 6TeO3

2– + 3Hg(ОН)2 + 50Н+ + 36е- (10)

На вольт-амперній кривій ця ділянка характеризується зростанням анодного струму

без чітких максимумів. Різке зростання струму при потенціалах, близьких до +1,0 В у луж-

ному середовищі зумовлене електрохімічним розкладом води за цих умов.

Отже, аналіз результатів поляризаційних досліджень Hg3In2Te6-електродів у кислому,

нейтральному та лужному середовищах і порівняння їх з термодинамічними розрахунками,

отриманими із діаграми Пурбе, дозволяє зробити висновки щодо електрохімічних процесів,

які перебігають на поверхні Hg3In2Te6-електрода та природи утворених продуктів.

Список використаної літератури

1. Hg3In2Te6: a promising material for optoelectronic devices / P. Gorley, Z.Grushka,

Ya.Radevych[et al.] // Proc. SPIE 6796, Photonics North 2007, 67961W.

2. Дійчук В.В. Діаграма Пурбе системи Hg3In2Te6–H2O / В.В. Дійчук, А.Г. Волошук //

Наук. вісник ЧНУ. – Вип.606 : Хімія, 2012. – С.38–42.

НМІТФ – 2016

- 62 -

УДК 535.399

ОПТИЧНI ВЛАСТИВОСТІ ЛІТІЙ-ГЕРМАНАТНОГО СКЛА ТА

СКЛОКЕРАМІКИ У ВИДИМІЙ ОБЛАСТІ СПЕКТРА

Цюк Б.А.1, Поперенко Л.В.1, Юргелевич І.В.1, Неділько С.Г. 1, Рибак Я.О.1, Трубіцин М.П.2,

Нестеров О.О.2 1Київський національний університет імені Тараса Шевченка, 01601, м. Київ, вул.

Володимирська 64/13.

2Дніпропетровський національний університет імені Олеся Гончара, 49000, м.

Дніпропетровськ, проспект Гагаріна, 72, e-mail: btsiuck@gmail.com

Структури в основі яких є германатне скло, активно досліджуються останнім часом.

Одними з найпопулярніших є сімейство літій-германатних стекол складу Li2O-xGeO2.

Відомо, що термічна обробка вихідного скла дозволяє отримувати гетерофазні сполуки,

фізичні властивості яких визначаються фазовим складом і морфологією.

Досліджувані зразки були отримані методом швидкого гартування розплавів Li2O -

xGeO2 (x = 7, 11.5) між холодними металевими пластинами [1]. Фазовий склад у процесі

кристалізації досліджувався за допомогою диференціального термічного аналізу. Було

отримано зразки у трьох станах: скло, склокераміка та полікристалічна стадія.

Поляризаційні оптичні вимірювання проводилися на багатокутовому еліпсометрі

ЛЕФ-3М-1 на довжині хвилі λ = 632,8 нм при кімнатній температурі. В результаті було

визначено еліпсометричні параметри ∆ (зсув фаз) та Ψ (азимут відновленої лінійної

поляризації). З цих даних було розраховано значення показника заломлення та кута Брюстера

для всіх типів зразків.

Фотолюмінесценція досліджувалася на спектрометрі СДЛ-2М при різних

температурах, всі зразки характеризуються свіченням у видимій області спектра. Було

виявлено зміну спектрів фотолюмінесценції у залежності від фазового складу

досліджуваного зразка. Отримані результати були порівняні з літературними даними та з

даними про структуру зразків.

Список використаної літератури

1. Волнянський М. Д. Тепловые и электрические свойства стеклокерамики на основе

гептагерманата лития / М. Д. Волнянський, А. А. Нестеров, М. П. Трубицын // Физика

твердого тела. – 2012. – 54. – С. 889–890.

УДК 621.315.592

ОПРОМІНЕНИЙ НЕЙТРОНАМИ КУБІЧНИЙ SiC ЯК ПОТЕНЦІЙНИЙ

МАТЕРІАЛ ДЛЯ ФОТОВОЛЬТАЇКИ

Братусь В.Я., Коломис О.Ф., Мельник Р.С., Родіонов В.М. 1, Стрельчук В.В.

Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є.Лашкарьова НАН України,

e-mail:v_bratus@isp.kiev.ua 1Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут ”.

Кубічний карбід кремнію 3C-SiC раніше не розглядався у якості матеріалу для фото-

вольтаїки та сонячної енергетики, оскільки його ширина забороненої зони Eg≈2.3 еВ є надто

великою для створення загальноприйнятих сонячних елементів. Нещодавно було запропоно-

вано застосувати для 3C-SiC концепцію проміжної зони шляхом легування кристалів акцеп-

НМІТФ – 2016

- 63 -

торною домішкою бору у великій концентрації [1].Таке легування може ввести енергетичний

рівень т.з. «глибокого» В, розташованого на 0.7 еВ вище за край валентної зони. Він має віді-

гравати роль своєрідного містка, який дозволить поглинати фотони з меншою за Eg енергією

та генерувати додаткові електронно-діркові пари, збільшуючи ефективність сонячних елеме-

нтів.

Наші вимірювання спектрів фотолюмінесценції (ФЛ) опромінених нейтронами крис-

талів 3C-SiC<n> дозволили виявити нову смугу з енергією близько 1.595 еВ при 77К [2], яка

знаходиться у діапазоні енергій пов’язаних із бором донорно-акцепторних пар [3]. У цьому

повідомленні наведено результати систематичного дослідження спектрів ФЛ зразків 3C-

SiC<n> у залежності від температури, інтенсивності та енергії збудження. Приведено нові

смуги ФЛ для зразків, у яких спостерігаються спектри електронного парамагнітного резона-

нсу (ЕПР) т.з. «мілкого» В. Аналіз даних ФЛ та ЕПР дозволив зробити висновок про похо-

дження рівня 1.595 еВ від не пов’язаного з бором радіаційного дефекту.

Спостереження смуги 1.595 еВі при збудженні з меншою за Eg енергією 1.916 еВ до-

зволяє розглядати опромінені нейтронами кристали 3C-SiC<n>у якості потенційного матері-

алу для фотовольтаїки.

Список використаної літератури

1. Syväjärvi M., Ma Q., Jokubaviciusetal V.. Cubic silicon carbide as a potential photovolta-

ic material // Solar Energy Material & Solar Cell. – 2016. –V. 145. –P. 104-108.

2. Bratus’ V., Melnyk R., Kolomys O., Shanina B., Strelchuk V.. Photoluminescence

spectroscopy of neutron-irradiated cubic SiC crystals // Materials Science Forum. 2013. V. 740-

742. P. 417-420.

3. Kuwabara H., Yamada S.. Free-to-bound transition in β-Sic doped with boron // Phys.

Stat. Sol. (a). – 1975. – V. 30. – P. 739-746.

УДК 621.318.3

УВЕЛИЧЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

НА ОСНОВЕ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ Cu(In,Ga)Se2

С КВАНТОВЫМИ ТОЧКАМИ InAs

Вельченко А.А. 1, Мирончук В.И. 1, Пелещак Р.М. 2 1Белорусский государственный аграрный технический университет, пр. Независимости, 99,

Минск, 220023, Беларусь, е-mail: anna.velchenko@gmail.com 2Дрогобычский государственный педагогический университет имени Ивана Франко, ул.

Ивана Франка, 24, Дрогобыч, Украина, е-mail: peleshchak@rambler.ru

На сегодняшний день для изготовления солнечных элементов используется кристал-

лический кремний. Большинство солнечных элементов и модулей производится на основе

поликристаллического и монокристаллического кремния, имеющих низкий коэффициент по-

лезного действия (КПД).

Перспективным направлением решения проблемы изготовления дешевых фотоэлек-

трических преобразователей с повышенным КПД является разработка технологии тонкопле-

ночных солнечных элементов на основе полупроводниковых соединений Cu(Inх,Ga1-х)Se2.

Одним из способов увеличения эффективности полупроводниковых фотоприемников

является расширение их спектрального диапазона чувствительности. Это достигается путем

использования наноразмерных структур, в частности, массива квантовых точек узкозонных

НМІТФ – 2016

- 64 -

материалов в широкозонной матрице, что позволяет существенно расширить спектр фото-

чувствительности в длинноволновой области спектра по сравнению с краем поглощения ма-

териала матрицы [1,2].

Целью работы является построение физической модели, на основе которой указан

способ увеличения эффективности тонкопленочных фотоприемников Cu(Inх,Ga1-х)Se2 с по-

мощью введения квантовых точек InAs [3] (рис.1) и нахождение оптимального размера кван-

товых точек для достижения максимальной эффективности фотоэлектрического преобразо-

вания солнечного излучения. В данной работе рассматривается структура CdS/Cu(In,Ga)Se2

солнечного элемента с квантовыми точками InAs (рис.1), в которой, в качестве прозрачного

проводного оксида (ТСО) используется оксид индия и олова (ITO) или оксид олова, легиро-

ванный фтором (SnO2:F). Массив квантовых точек InAs расширяет спектральный диапазон

поглощения солнечной энергии в структуре солнечного элемента и следовательно увеличи-

вает его КПД.

ZnO:Al (n2, κ2)

CdS (n3, κ3)

Cu(Inх,Ga1-х)Se2 (n5, κ5)

R12

R23

R34

И з л у ч е н и е

Метал

Металлическая

сетка

Воздух (n1, κ1)

Подложка (стекло, полиамид, металическая

фольга)

Высокоомный ZnO

Анти-отражательное покрытие MgF2

InAs (n4, κ4) R45

Рис.1 – Поперечный разрез CdS/Cu(Inх Ga1-х)Se2 солнечного элемента

с квантовыми точками InAs (Rij –коэффициенты отражения на границе между i-м и j-м

материалом; ni – показатель преломления материала; ki – коэффициент экстинкции).

В результате исследований проведен анализ оптических переходов в квантовых точ-

ках и выполнен расчет коэффициента полезного действия фотоэлементов Cu(Inх Ga1-х)Se2 с

учетом механических напряжений, которые возникают на гетерограницах квантовая точка-

матрица. Показано, что наличие квантовых точек InAs в приповерхностном слое Cu(Inх Ga1-

х)Se2 приводит к увеличению КПД до 25 % солнечных энергоэффективных установок, тогда

как без квантовых точек максимальный КПД на структуре Cu(Inх Ga1-х)Se2 на практике со-

ставляет 21,7 %.

Список использованной литературы

1. Bimberg D. Quantum Dot Heterostructures / D. Bimberg, M. Grundmann,

N.N. Ledenstov. – London: John Wiley & Sons, 1999.

2. Self-Assembled InGaAs/GaAs Quantum Don / M. Sugawara. – Academic Press, 1999.

3. Novikov B.V. Baric Properties of InAs Quantum Dots / B.V. Novikov, G.G. Zegrya,

R.M. Peleshchak, O.O. Dan’kiv, V.A. Gaisin, V.G. Talalaev, I.V. Shtrom, and G.E. Cirlin // Semi-

conductors. – 2008. – Vol. 42. – No. 9. – PP. 1076–1083.

НМІТФ – 2016

- 65 -

УДК 621.383.522

ВПЛИВ ОБРОБКИ ПОВЕРХНІ НА РАДІАЦІЙНУ СТІЙКІСТЬ

КРЕМНІЄВОГО ФОТОЕЛЕКТРИЧНОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА

КОСМІЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ

Гетьман А.В., Душейко М.Г., Іващук А.В.

Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут»,

вул. Політехнічна, 33, кор. 2, м. Київ, 03056, Україна

E-mail: getman.kvazar@gmail.com

Вступ. У даній роботі розглянуто вплив на рівень радіаційної стійкості кремнієвого фо-

тоелектричного перетворювача (ФЕП) структурування поверхні кремнієвої підкладки та по-

дальшої її пасивації. Структурування поверхні кремнієвого монокристалічного (c-Si) фото-

перетворювача забезпечує збільшення захоплення фотонів з одного боку, але при цьому по-

верхнева рекомбінація електронно-діркової пари призводить до зниження ефективності ро-

боти пристроїв. Для зменшення рекомбінаційних процесів пластина пасивується. Результати

дослідження із підвищенням радіаційної стійкості за рахунок створення поверхні з малим

коефіцієнтом відбиття приведені в роботах [1-2], де застосовуються плівки SiO2 та Al2O3. В

якості пасивуючого покриття з малим коефіцієнтом відбиття та захисного покриття застосо-

вується тонка плівка ITO (indium-tin-oxide), що характеризуються підвищеними гетерними

властивостями.

Методика експерименту. При розробці ФЕП враховано результати конструктивно те-

хнологічних параметрів. За базу взято підкладки з бездислокаційного монокристалічного

кремнію з р-типом провідності та номінальним поверхневим опором у 7,5 Ом∙см і кристалог-

рафічною орієнтацією (100). Створений фотоперетворювач із n+-p-p+ - структурою. Ефектив-

ність розробленого ФЕП з товщиною 170 мкм (32 мм × 32 мм) складає до 18,95 % при умо-

вах вимірювання АМ1,5 та температурі 25°С.

Опромінення зразків ФЕП здійснювалось за стандартною методикою, яка передбачає

моделювання впливу факторів космічного середовища на установці прискорювача часток

Microtron M-30 [3]. Приведені результати дослідження впливу опромінення електронами з

енергію 7 МеВ та щільністю потоку опромінення 3,34∙1012ел/см2, що рівнозначно перебуван-

ню на орбіті 600-800 км протягом 3 років.

Текстурування поверхні монокристалічного кремнію, проводилось шляхом анізотроп-

ного травлення поверхні монокристалічної пластини у лужному розчині (близько 2…3%) та

ізопропілового спирту (близько 7%). При цьому поверхня пластини приймає вигляд хаотич-

но розташованих однаково направлених пірамід (рис. 1), і коефіцієнт відбиття зменшується з

35% (для плоскої поверхні) до 11%.

Створення плівки ITO (indium-tin-oxide) проводилось методом магнетронного розпи-

лення на установці Катод 1М. Створення антивідбиваючого покриття забезпечує зменшення

відбиття падаючого світла до 3 – 5 % [4].

У таблиці 1 приведена порівняльна характеристика параметрів дослідних зразків з роз-

робленою текстурованою поверхнею та ФЕП російського виробництва з полірованою повер-

хнею після опромінення зразків з щільністю потоку 1Е12 7МеВ.

Виготовлені в лабораторії НТУУ «КПІ» ФЕП використані у сонячній батареї студент-

ського наносупутника PolyІTAN 1, який успішно функціонує на орбіті з 19 червня 2014 року.

НМІТФ – 2016

- 66 -

а) б)

Рис. 1 Текстурована поверхня фотоелектричного кремнієвого перетворювача зображення

отримане на скануючому електронному мікроскопі Joel JCM - 5000

Таблиця 1. Порівняльна характеристика текстурованого та полірованого фотоперетворювача

ФП НТУУ «КПІ»

(текстурована)

ФП ПАТ «Сатурн»,

РФ (полірована)

Початкова ефективність (BOL) 18,8 16,3

Відносна деградація

параметрів

Iкз, % -2,31 -7,82

Uхх, % -1,05 -4,4

Висновки. Об'ємна і поверхнева компоненти темпу генерації неосновних носіїв заряду

в структурах з текстурованою поверхнею приблизно на порядок вище, ніж в структурах з по-

лірованою поверхнею, по абсолютній величині вони, тим не менше, залишалися достатньо

низькими. Текстура зменшує коефіцієнт відбиття світла від поверхні пластини за рахунок

багаточисельного відбиття світла від бічних граней. Структурована поверхня забезпечує під-

вищення радіаційної стійкості за рахунок зменшення товщини фотопереворювача у поєднан-

ні з антивідбиваючим покриттям із плівки ІТО за рахунок гетерних властивостей. В тексту-

рованій поверхні проходження світла вглиб пластини не є перпендикулярним до емітерного

переходу, що наближує область фотогенерації до емітерного переходу; це позитивно впливає

на ефективність збирання фотогенерованих носіїв заряду та особливо важливо для фотонів

малої енергії.

Список використаної літератури

1. Uesugi M., Nat. Space Dev. Agenc yof Japan, Ibaraki, Japan, Noguchi T., Katsu T.,

Tonomura Y. High efficiency silicon solar cells for space use // Photovoltaic Specialists

Conference, 1991., Conference Record of the Twenty Second IEEE. – Vol.2. – РР. 1521 – 1525.

2. Katsu T., Sharp Corp., Nara, Japan, Shimada K., Washio H., Tonomura Y. Development

of high efficiency silicon space solar cells Photovoltaic Energy Conversion // Conference

Recordofthe Twenty Fourth. IEEE Photovoltaic Specialists Conference – 1994. – Vol.2. – РР.2133 –

2136.

3Getman. A. V., Dushejko M. G., Ivashchuk A. V., Fadieiev M. S., Yakymenko Y. I. Influence

of the carrier life time on the silicon solar cells radiation resistance // Electronicsand

Nanotechnology (ELNANO), 2014 IEEE 34th International Conference. – 2014. – PP. 227–229.

4. Крылов П.Н. Оптические свойства пленок ITO, полученных высокочастотным маг-

нетронным напылением с сопутствующей ионной обработкой. – 2009. – N 1. – С. 93– 95.

НМІТФ – 2016

- 67 -

УДК 621.383.522, 621.382.2/.3

СЕНСОРИ КУТОВИХ КООРДИНАТ СОНЦЯ СТУДЕНТСЬКОГО

НАНОСУПУТНИКА POLYITAN-2

Фадєєв М.С., Душейко М.Г., Іващук А.В.

Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут»,

вул. Політехнічна, 33, кор. 2, м. Київ, 03056, Україна

E-mail: toptugin777@ukr.net

Вступ. На сьогоднішній день існує багато варіацій сенсорів для орієнтації супутників

за Сонцем. Серед них одними з найпростіших являються щілинні, які, незважаючи на порів-

няну простоту, відповідають необхідним вимогам точності [1, 2]. Окрім того, важливою є

стійкість до радіаційних впливів і механічних перевантажень, яка у щілинних сенсорів на ос-

нові фотоелектричних перетворювачів задовольняє поставленим вимогам [1].

Моделі сенсорів, що відповідають поставленим вимогам щодо габаритів, ваги або ва-

ртості для супутників класу CUBE-Sat і виготовляються серійно та є в продажу [3] мають

дуже високу вартість для використання у студентських супутниках. Тому спеціально розроб-

лено щілинний сенсор кутових координат Сонця (СККС) малих габаритів та ваги для вико-

ристання в системі орієнтації студентських наносупутників класу CUBE-Sat серії

«PolyITAN», що розробляються у НТУУ «КПІ». Перша конструкція розроблюваного сенсора

використовується у бортовій системі супутника «PolyITAN-1» (функціонує на орбіті з

19.06.2014 р.). Відповідно до даних тестувань та телеметрії було вдосконалено конструкцію і

технологію виготовлення СККС для наступного супутника серії – «PolyITAN-2».

Конструкція та технологія. Укомплектований сенсор кутових координат Сонця су-

путника складається з щілинного аналогового сенсора та плати підсилення сигналу з термо-

контролем. Сенсор складається з горизонтального та вертикального каналів, змонтованих на

одній ситаловій підкладці (рис. 1). Над каналами на колодязі з монокристалічного кремнію

закріплена мембрана з радіаційно-стійкого скла з щілинами, сформованими фотолітографіч-

ним методом у напиленому шарі металізації (Ti-Cu-Ni, товщина 1,5 мкм). Кожен канал пред-

ставляє з себе два кристали кремнієвих монокристалічних фотоелектричних перетворювачів

– опорний та робочий фотоелементи. Робочий канал представляє собою два фотоелементи

трикутної форми виконані на одному кристалі для зняття диференційного сигналу, який за-

лежиться від кута освітлення щілини. Опорний канал потрібен для нормування сигналу ро-

бочого каналу при крайніх кутах освітлення та виключення фактора впливу відбитого ви-

промінювання Сонця від Місяця та Землі.

1 – скляна мембрана з щілинами у металізації; 2 – фотоелементи опорних каналів; 3 –

фотоелементи робочих каналів; 4 – кремнієвий колодязь; 5 – ситалова підкладка

Рис. 1. Схематичне зображення розробленого щілинного сенсора

1 2

3 4 5

НМІТФ – 2016

- 68 -

В якості базового матеріалу фотоелементів було використано пластини КДБ-10 орієн-

тації (111) товщиною 430 мкм, оскільки вони задовольняють вимогам до радіаційної стійкос-

ті та є досить поширеними. У пластині сформовано дифузійним методом суцільну фотоелек-

тричну структуру, після чого плазмо-хімічним глибоким травленням було сформовано топо-

логію окремих каналів. Металізація (Ti-Cu-Ni, товщина 1,5 мкм) була нанесена магнетрон-

ним розпиленням з наступною фотолітографією. Після розділення фотоелементи групували-

ся, монтувалися на підкладці з тонкоплівковими провідниками та розводились металевими

перемичками (Au, d=25 мкм). На вже змонтовані фотоелементи наносилось просвітлююче та

пасивуюче покриття TiO2/Al2O3. Після чого з допомогою композитного клею ВК-9 закріплю-

вався дистанційний колодязь висотою 1,45 мм та щілинна мембрана.

Результати. Виготовлені сенсори мали наступні параметри:

вага сенсора – 1,4 г;

розміри зібраного сенсора – 20×13×2,5 мм;

середня кутова чутливість не гірше – 7 мкА/кут.град.;

діапазон зміни струму робочого каналу (AM0) – від -350 мкА до 350 мкА.

Вихідний сигнал вертикального каналу одного з п’яти сенсорів льотної моделі при те-

стуванні окремих каналів на поворотному столику при освітленні сонячним симулятором по-

тужністю і спектральним складом AM0 приведений на рис. 2.

Рис. 2. Вихідні сигнали вертикаль-

ного каналу сенсора 2-31.

Рис. 3. Нормований сигнал та апроксима-

ція сигналу вертикального каналу сенсора

2-31.

Для подальшого опрацювання сигнали робочого та опорного каналів оцифровуються

та дані робочого каналу нормуються за даними опорного каналу для розширення поля зору

без областей невизначеності. Для визначення кута супутником дані тестувань апроксиму-

ються поліномом третього порядку, а коефіцієнти заносяться у пам'ять. Робоче поле зору бу-

ло зменшено до 100° через значне викривлення вихідного сигналу при кутах більше 50°.

Висновки. Розроблені сенсори базуються на технології монокристалічних кремнієвих

сонячних елементів у зв’язку з чим можливе їх виготовлення на відповідній виробничій базі,

що значно знижує вартість кінцевих пристроїв.

Виготовлені сенсори без електронної обв’язки мають вагу менше 2 г та габарити

13х20 мм2, що цілком задовольняє вимогам мініатюрних супутників.

Використовуючи нормування сигналу з сенсора за даними опорного каналу та розра-

хунок кутів з допомогою апроксимації третього порядку можна однозначно визначити кут

вектора на Сонце з точністю не гірше ± 0,5° в діапазоні ± 50°.

НМІТФ – 2016

- 69 -

Комплектом таких сенсорів було укомплектовано бортову навігаційну систему нано-

супутника PolyITAN-2, який було розроблено і зібрано у НТУУ «КПІ». Супутник наразі про-

ходить випробування.

Список використаної літератури

1. Pedersen M., Hales Jan H., Fl´eron R. W. Linear Two-Axis MOEMS Sun Sensor and the

Need for MEMS in Space // Proceedings of the 54th International Astronautical Congress, 29 Sep-

tember –2003. – Bremen, Germany. – РP. 1-10.

2. Ortega P., Lopez-Rodriguez G., Ricart J. et al A Miniaturized Two Axis Sun Sensor for

Attitude Control of Nano-Satellites // IEEE Sensors Journal. – 2010. – Vol. 10. – PP. 1623-1632.

3. NewSpace Systems “Cubesat Sun Sensor”. – Режим доступу:

http://www.isispace.nl/brochures/NSS_Cubesat_Sun_Sensor_2a-.pdf (2016)

УДК 621.383.522, 621.382.2/.3

ЦИФРОВИЙ СЕНСОР КУТОВИХ КООРДИНАТ СОНЦЯ ДЛЯ

СУПУТНИКІВ СТАНДАРТУ CUBESAT

Душейко М.Г., Точковий В.О., Іващук А.В.

Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут»,

вул. Політехнічна, 33, кор. 2, м. Київ, 03056, Україна

E-mail: mgd61@ukr.net.

Вступ. В останні роки для вирішення багатьох завдань дослідження навколоземного

простору, та дистанційного зондування Землі, широкого застосування набули надмалі супут-

ники класу Cube Sat. Їх перевагою є низька вартість як платформи, так і старту, можливість

як пакетного запуску, так і у вигляді попутного вантажу при запуску крупно габаритних

апаратів. Оскільки даний стандарт супутників використовує Сонце, для орієнтації супутника

в просторі, постає завдання визначення кутових координат Сонця у системах орієнтації та-

ких космічних апаратів.

На світовому ринку космічного приладобудування представлений широкий спектр

щілинних сенсорів орієнтації на Сонце на основі ПЗЗ, КМОН матриць або лінійок, які харак-

теризуються дуже високими параметрами по роздільній здатності. Проте дані прилади вико-

ристовуються переважно у великогабаритних космічних апаратах, де обмеження за масо-

габаритними параметрами та споживаної потужності не настільки критичні, як у серії Cu-

beSat [2, 3].

Конструкція та технологія. Розроблений у НТУУ «КПІ» щілинний цифровий сенсор

кутових координат Сонця (СККС), призначений для визначення двох кутів напрямку на Со-

нце. Принцип роботи щілинного сенсора полягає в зміні положення світлової плями від щі-

лини на активному елементі сенсора в залежності від кута падіння променя світла. Як чутли-

ві елементи, що формують вихідний сигнал використовуються два взаємно перпендикулярні

масиви по 9 прямокутних фотодіодів кожен (рис. 1). Вікна 5 фотодіодів надають інформацію

про одиниці кутів у коді Джонсона, 3 фотодіодів – про десятки кутів у коді "8421". Дев’ятий

фотодіод надає інформацію про знак вимірюваного кута.

Розміри щілини та висота мембрани були розраховані виходячи з наступних обме-

жень: а) габарити сенсора обмежено площею 13,5×9 мм2; б) умови роботи щілини повинні

відповідати законам геометричної оптики. Розраховані значення складають: ширина щілини

– 500 мкм; висота мембрани над кристалом – 2 мм.

Для забезпечення радіаційної стійкості за основу кристала було взято кремній марки

КДБ-10 орієнтації (111) з часом життя більше 45 мкс. p-n-переходи активної області форму-

НМІТФ – 2016

- 70 -

вались шляхом дифузії фосфору. Окремі фотодіоди формувались методом плазмо-хімічного

травлення. Вікна-пікселі фотодіодів отримувались шляхом фотолітографії і відкриття вікон у

суцільній металізації емітера фотодіода.

Рис. 1. Топологія кристалу цифрового СККС: 1 – положення щілини каналу Х; 2, 5 –

вікна-пікселіелі фотодіодів матриці; 3 – активна область каналу Х; 4,8 – контактна металіза-

ція; 6 – активна область каналу У; 7 – положення щілини каналу Y

Відкриті області вікон фотодіодів пасивувались нанесеним шаром TiO2 товщиною 100

нм.

Зчитування інформації про кут проводиться в режимі зворотно зміщеного фотодіода

при зміщенні 5 В.

Осцилограми вихідних сигналів при обертанні у одній площині приведені на рис. 2.

Рис. 2. Осцилограми вихідних сигналів цифрового СККС в діапазоні кутів – ±50°

Виготовлені сенсори мали наступні параметри:

- габарити – 13,5×8,5×3 мм;

- вага – 1,5 г;

- споживана потужність – 0,1 мВт;

- роздільна здатність – 1°;

- швидкодія – 50 мкс;

- поле зору – ± 50°.

Висновки.

Розроблений сенсор за своїми масогабаритними та енергетичними параметрами задо-

вольняє вимогам експлуатації у бортовій системі малогабаритних супутників класу CubeSat.

Отримано кутові характеристики виготовлених сенсорів з полем зору 100° і точністю 1°.

НМІТФ – 2016

- 71 -

Отримана швидкодія дозволяє достовірно визначати кути напрямку на Сонце косміч-

ного апарату з швидкістю обертання до 50 об./с.

Сенсори такої конструкції планується використовувати у супутнику PolyITAN-3, що

розробляється у НТУУ «КПІ».

Список використаної літератури

1. CubeSat Design Specification [Електронний ресурс] : Rev. 13 / The CubeSat Program,

California Polytechnic State University. – Режим доступу:

http://www.cubesat.org/s/cds_rev13_final2.pdf

2. Р. С. Дюльдин, В. Д. Блинов. Малогабаритный двухкоординатный датчик положе-

ния Солнца с увеличенным полем зрения // Вестник Самарского государственного аэрокос-

мического университета. –2012. – 4 (35).

3. Vladov M., Ukraincev D., Nedkov R.. SOLAR ORIENTATION SENSOR FOR

MICROSATELLITES // Eighth Scientific Conference with International Participation «SPACE,

ECOLOGY, SAFETY», 4 – 6 December 2012, Sofia, Bulgaria.

УДК 544.636+544.653

ВПЛИВ ТОВЩИНИ ЕЛЕКТРОДІВ НА ВНУТРІШНІЙ ОПІР

СУПЕРКОНДЕНСАТОРІВ

Ізотов В.Ю. 1,2, Клюй М.І.1,2, Вей Хан 1, Ші Лун Лю, Селіхова А.В.1, Гавриков Д. С.2.

1Інститут фізики Цзілінський університет, 2699, м.Чанчунь, 130012, КНР 2Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова , НАН України, проспект Науки 41,

Київ, 03028, Україна, e-mail: klyui@isp.kiev.ua

Інтенсивний розвиток екологічних видів транспорту, особливо електромобілів, вима-

гає нових перезаряджуваних джерел живлення, які витримують велике число циклів за-

ряд/розряд, мають високу питому потужність і високу питому енергію. Зазначеним вимогам,

в першу чергу, відповідають суперконденсатори (СК). У СК практично необмежена кількість

циклів заряд/розряд (>105), питома потужність в імпульсі близько10 кВт/кг та питома енергія

до 5 Вт*год/кг.

Зазначена висока питома енергоємність пов'язана з особливостями будови активова-

ного вуглецевого матеріалу, з якого виготовляються електроди для СК. Енергія в СК при йо-

го заряді накопичується в подвійному електричному шарі, який формується на межі розділу

пористий вуглецевий електрод/електроліт. Питома ємність подвійного електричного шару

для контакту вуглецевий електрод/органічний електроліт становить близько 10 мкФ/см2, але

велика питома площа поверхні пористого вуглецевого матеріалу, з якого виготовляються

електроди (більше 1000 м2г-1) забезпечує високі питомі енергетичні характеристики СК.

Високі значення питомої імпульсної потужності досягаються, насамперед, за рахунок

низьких значень внутрішнього опору (Rin). Величина внутрішнього опору залежить від кон-

тактного опору між металевим колектором струму та складовою електрода, виготовленої з

пористого вуглецевого матеріалу, опору міжелектродної області, розділеної сепаратором та

просоченої електролітом, а також опору складової електрода, виготовленої з пористого вуг-

лецевого матеріалу і просоченої електролітом.

Використання електроіскрової обробки металевого колектора струму при виготовлен-

ні електродів для СК і електроліту з високою електропровідністю дозволили істотно знизити

внесок у внутрішній опір від контактного опору між колектором струму і вуглецевої складо-

вої електрода і від опору міжелектродної області. За оцінками авторів роботи [1], сумарний

внесок від цих двох складових не перевищує 25% від загального внутрішнього опору СК.

НМІТФ – 2016

- 72 -

Основний внесок у внутрішній опір сучасних СК вносить складова електрода, виготовлена з

пористого вуглецевого матеріалу.

Авторами роботи досліджувалась залежність внутрішнього опору СК від товщини ву-

глецевої складової його електродів. Слід зазначити, що існуючі в літературі дані про функці-

ональну залежність внутрішнього опору від товщини вуглецевої складової електродів носять

суперечливий характер. В роботах [2] автори вказують на лінійний характер залежності опо-

ру від товщини електродів. Однак, з іншого боку, ряд авторів [3], вважають, що залежність

внутрішнього опору СК від товщини вуглецевої складової електрода носить нелінійний ха-

рактер.

У даній роботі досліджується залежність внутрішнього опору СК від товщини вугле-

цевої складової електродів для електрохімічної системи пористий вуглецевий матері-

ал/органічний електроліт. Було експериментально встановлено, що залежність внутрішнього

опору від товщини вуглецевої складової електрода СК носить нелінійний характер і опису-

ється кривою, яка має мінімум.

Встановлено фізичний механізм, що призводить до нелінійної залежності внутрішньо-

го опору суперконденсаторів від товщини електродів. Запропонована модель, яка описує за-

лежність внутрішнього опору від товщини вуглецевої складової електрода. У рамках цієї мо-

делі отримано рівняння, що описує залежність внутрішнього опору від товщини вуглецевої

складової електрода. Це дозволяє визначити оптимальну товщину електрода, яка відповідає

мінімальному внутрішньому опору.

Рис. 1. Залежність внутрішнього опору макетів СК (ESR) від товщини вуглецевої складової

електродів. Точками позначені эксперменнтальные дані, безперервної кривої – теоретичні

розрахунки.

Як видно з Рис.1 запропонована теоретична модель добре описує експериментальні

дані.

Показана перспективність використання запропонованого підходу при виборі складо-

вих композитних матеріалів які використовуються при виготовленні електродів для СК з ви-

сокою питомою потужністю.

Список використаної літератури

1. Maletin Yu. Can the Best Performance and Improved Design Open the Door to EDLC

Market? / Yu. Maletin, N. Stгyzhakova, S. Zelinsky, D. Gromadsky, S. Tychina, D. Drobny // Ргос.

22nd lnternat. Seminar on Double Layer Capacitor and Hybrid Energy Storage Devices. Deer-

field Beach, FL. – 2012. – P.180–185.

НМІТФ – 2016

- 73 -

2. Kötz R. Principles and applications of electrochemical capacitors/ R. Kötz, M. Carlen //

Electrochimica Acta. – 2000. – V. 45 – P. 2483–2498.

3. Songhun Yoon. Complex capacitance analysis on rate capability of electric-double layer

capacitor (EDLC) electrodes of different thickness / Songhun Yoon, Jong H. Jang, Bok H. Ka,

Seung M. Oh // Electrochimica Acta. – 2005 – V. 50 – P. 2255–2262/

УДК: 548.4

ВЛИЯНИЕ КОМПЕНСИРУЮЩЕЙ ПРИМЕСИ НА ДЕТЕКТОРНЫЕ

СВОЙСТВА МОНОКРИСТАЛЛОВ CdTe

Беляев С.В., Гнатюк В.А., Левицкий С.Н.

Институт физики полупроводников им. В.Е. Лашкарёва НАН Украины

проспект Науки, 41, Киев, Украина, 03028, тел. 525-84-37, e-mail: belyaev-s@ukr.net

В настоящее время основным методом получения высокоомных полуизолирующих

монокристаллов CdTe, выращенных из расплава, является их легирование компенсирующей

донорной примесью хлор (Cl2). В расплавных полуизолирующих монокристаллах CdTe кон-

центрация компенсирующей примеси обычно находится в пределах 5·1016-1019 см-3. Нами

исследовалось влияние концентрации компенсирующей примеси на абсолютную величину

произведения подвижности основных носителей на время их жизни. В результате экспери-

ментально установлено: в слаболегированных кристаллах CdTe с концентрацией компенси-

рующей примеси на уровне 1016-1017 см-3 величина произведения подвижности на время

жизни в кристаллах n-типа составляла 2,5·10-3 см2/В и 5·10-4 см2/В для дырок в кристалах p-

типа. При высоком уровне легирования с концентрацией компенсирующей примеси в диапа-

зоне 1018-1019 см-3 величина произведения µ·ф составляла 2,3·10-3 см2/В в кристаллах n-типа

и 2,0·10-4 см2/В для p-типа.

Аналогичные результаты были получены авторами [1]. Исходя из приведенных дан-

ных сделан вывод: рост концентрации компенсирующей примеси приводит к закономерному

падению величины произведения подвижности на время жизни. Другой характерной особен-

ностью является то, что в кристаллах n-типа эта тенденция выражена относительно слабо и

указанное произведение снижается на 8-10 %. В кристаллах p-типа эта же тенденция прояв-

ляется более резко и произведение µ·τ падает на 60 %. Данное различие обусловлено следу-

ющим: согласно литературе [2] структура сфалерита может рассматриваться как комбинация

двух одинаковых взаимопроникающих гранецентрированных кубических решеток, смещен-

ных относительно друг друга на одну четверть диагонали куба и состоящих из одного сорта

атомов каждая. Ионная составляющая химической связи, обусловленная разностью электро-

отрицательности атомов двух сортов, приводит к смещению ковалентных орбиталей в сто-

рону атомов анионов. В результате на атомных остовах катионов и анионов возникают заря-

ды противоположного знака. Вследствие сказанного в кристаллах n-типа свободные носите-

ли (электроны) перемещаются преимущественно по катионной подрешетке, что приводит к

ослаблению их взаимодействия с компенсирующей примесью. В кристаллах p-типа свобод-

ные дырки дрейфуют преимущественно по более дефектной анионной подрешётке (атомы

хлора в узлах теллура) вследствие чего их взаимодействие с точечными дефектами усилива-

ется.

С учетом сказанного для получения кристаллов приборного качества компенсирую-

щая примесь должна вводиться в минимальной концентрации, нижний предел которой опре-

деляется уровнем неконтролируемого фонового загрязнения и стехиометрическим отклоне-

нием состава.

Список использованной литературы

1. Shiraki H., Funaki M., Ando Y., Tachibana A., Kominami S., Ohno R. THM Growth and

НМІТФ – 2016

- 74 -

characterization of 100 mm diameter CdTe single crystals // IEEE Trans. Nucl. Sci. – 2009. – Vol.

56, No 4. – РР.1717-1723.

2. Цидильковский И. М. Зонная структура полупроводников. – М. : Наука, 1978. – С.

328.

УДК 538.9

ІНДУКОВАНА МЕТАЛОМ КРИСТАЛІЗАЦІЯ АМОРФНОГО КРЕМНІЮ:

ПЕРСПЕКТИВИ І ПРОБЛЕМИ ЗАСТОСУВАННЯ У СОНЯЧНІЙ

ЕНЕРГЕТИЦІ

Неймаш В.Б.

Інститут фізики НАН України.

Ширина спектрального діапазону Сонячного світла і механізм внутрішнього фотое-

фекту накладають принципові фізичні обмеження величиною приблизно 30% на ефек-

тивність фотоелектричного перетворення (ФЕП) енергії напівпровідниковими сонячними

елементами на одному p-n переході (рис.1.). Суттєво підвищити ефективність ФЕП дозволяє

каскадний принцип поєднання кількох p-n переходів на напівпровідниках з різною шириною

забороненої зони Eg (рис.2).

Залежність ККД фотоперетворення від ширини забороненої

зони напівпровідникових матеріалів фотоперетворювача

при Т = 0 - 400С.

Принцип каскадного ФЕП на н\п с різною шириною

забороненої зони.

Рис.1 Рис.2

Його реалізація ускладнена проблемами структурної невідповідності напівпровідни-

кових матеріалів з різною Eg. Ці проблеми можна значно зменшити, використавши ізоморф-

ність нанокристалічного кремнію. Адже його Eg залежить від розміру нанокристалів, які

знаходяться в аморфній матриці. У принципі можливо зробити ФЕП-каскад у вигляді

послідовності шарів нанокристалічнного кремнію з різною Eg . Але для цього необхідно не

тільки вміти вирощувати аморфно-кристалічний нанокомпозит з максимальнім співвідно-

шенням об’ємів кристалічної та аморфної фаз, але й досить точно контролювати і регулюва-

ти розмір нанокристалів. Існуючі нині технології виготовлення плівкового нанокремнію, що

базуються на принципі осадження кремнію із розкладеного у водневій плазмі силану (СVD),

не дозволяють це робити у достатній мірі. Нові можливості у цьому відношенні відкриває

принцип формування шарів нанокремнію за допомогою металом індукованої кристалізації

аморфного кремнію (МІК). Зокрема, суть одного з видів МІК полягає у розчиненні аморфно-

го кремнію у металі з утворенням твердого або рідкого розчину з подальшим його розпадом

в осад вже у вигляді кристалів. Рушійною силою такого процесу є різниця енергій Гібса у

аморфному і кристалічному станах кремнію. Результатом є так званий ефект «обміну шарів»,

НМІТФ – 2016

- 75 -

коли атоми кремнію з аморфного шару дифундувавши через шар нанесеного на нього металу

збираються на протилежній його стороні у вигляді плівки вже з кристалічною структурою.

Цей ефект у парі Si-Al був використаний для формування полікристалічного шару плівково-

го сонячного елементу. Але його ефективність не перевищила 6%, бо кристали Si, сформо-

вані таким методом, мають розмір порядку мкм (тобто значно більше діапазону квантово-

розмірних ефектів) і мають завелику діркову електропровідність завдяки значній розчинності

Аl в Si. Більшість інших металів, спроможних до МІК кремнію, взагалі на придатні до вико-

ристання в ФЕП бо є ефективними центрами рекомбінації не рівноважних носіїв заряду.

Особливе місце займає олово. Це – ізовалентний кремнію елемент і тому взагалі не утворює

енергетичних рівнів у його забороненій зоні. В той же час олово активно стимулює перехід

кремнію із аморфного у кристалічний стан за евтектичним механізмом МІК. Нами вперше

показано, що за певних умов домінує формування кристалів Si розміром менше 10 нм. Зав-

дяки квантовим ефектам такі кристали мають квазі-прямозонний механізм оптичного погли-

нання. А їх Eg може змінюватися в інтервалі 1,2 – 1,7 еВ залежно від розміру кристалу. Це в

принципі можна використати для формування плівкового сонячного елементу каскадного

типу. Але виявилося, що просторовий розподіл олова та індукованих ним нанокристалів

кремнію відбувається дуже не рівномірно (рис.3, 4)

Рис.3. Рис.4.

На рис.3 видно дендрито-подібні області нано-кристалізації довкола кластерів олова у

аморфному кремнії. Вони ростуть в наслідок МІК довколишнього аморфного Si. На рис.4

показано мікродірка в матеріалі, який утворюється в наслідок розпаду двошарової планарної

структури Si-Sn при 300С під час спроби реалізувати ефект «обміну шарів». Кульки склада-

ються з ядра металевого олова, яке оточено оболонкою з нанокремнію. Така поверхня ефек-

тивно розсіює світло і виглядає як вкрита сажею. В ряді застосувань, тому числі для со-

нячних елементів, така властивість є важливою. Але очевидно, що практичне використання

цих матеріалів для ФЕП в якості базового в такому вигляді є вельми проблематичним. Тому

наступні кроки в цій темі мають бути спрямовані на пошук засобів однорідного просторово-

го розподілу кластерів металевого олова та індукованих ним нанокристалів кремнію, а також

на запобігання або видалення залишкового олова.

НМІТФ – 2016

- 76 -

УДК 621.3.032

МЕТОДИ ПІДВИЩЕННЯ НАДІЙНОСТІ ОКСИДНО-

НАПІВПРОВІДНИКОВИХ КОНДЕНСАТОРІВ

Лепіх Я.І., Лавренова Т.І.

Міжвідомчий науково-навчальний фізико-технічний центр МОН і НАН України при Одесь-

кому національному університеті імені І.І. Мечникова

E-mail: ndl_lepikh@onu.edu.ua

Ніобієві оксидно-напівпровідникові конденсатори (ОНК) з об'ємно-пористим анодом є

поширеним типом електролітичних конденсаторів, які володіють високим питомим зарядом,

високою робочою напругою, великою ємністю. При усіх цих перевагах система метал-оксид

Nb – Nb2O5 – MnO2 має істотні недоліки. Геттерні властивості ніобію є однією з причин де-

градації оксиду і погіршення параметрів конденсатора (збільшення струму витоку, зниження

пробивної напруги). Дослідження показали, що вказані явища деградації спостерігаються

вже в процесі піролізу Mn(NO3)2. Для створення необхідної товщини катодного шару MnO2

на ніобієвих анодах кількість циклів просочення і піролитичного розкладання Mn(NO3)2 при

температурі 300 – 400о С може досягати двадцяти, що призводить до збільшення струму ви-

току ОПК. Крім того, катодна обкладка ОПК має неоднорідну шарувату, пористу структуру,

що погіршує електрофізичні параметри конденсаторів (рис. 1).

Рис.1. Шар MnO2 на Nb2O5 після 4-х циклів піролізу.

Одним із способів зменшення деградації ОНК є зміна технологічних режимів нанесен-

ня напівпровідникового шару MnO2 за рахунок зменшення тривалості і кількості циклів пі-

ролізу Mn(NO3)2. У роботі було досліджено можливість зміни технології осадження діоксиду

марганцю в процесі виробництва ніобієвих ОНК. Для оцінки впливу різних технологічних

чинників були використані методи ступінчастих вольтамперних характеристик, низькочасто-

тних залежностей ємності і тангенса кута діелектричних втрат. Показано, що використання

вакуумного просочення об'ємно-пористих анодів в розчині нітрату марганцю дозволяє ско-

рочувати час просочення, кількість циклів піролізу і, отже, зменшувати струми витоку.

Показано, що попередня обробка окислених анодів в суміші водних розчинів марганце-

вокислого калію і метанолу сприяє утворенню центрів кристалізації MnO2 на поверхні Nb2O5,

що збільшує щільність катодного шару, зменшує його поруватість. Попередня обробка ано-

дів поліпшує частотні характеристики ємності і знижує tg ОНК.

НМІТФ – 2016

- 77 -

УДК 621.3.032

МАТЕРІАЛ ДЛЯ ТОВСТОПЛІВКОВИХ ЕЛЕМЕНТІВ ГІС НА БАЗІ

НАПІВПРОВІДНИКОВИХ НАНОКОМПОЗИТІВ ”СКЛО – ОКСИДИ

МЕТАЛІВ”

Лепіх Я.І. , Лавренова Т.І.

Міжвідомчий науково-навчальний фізико-технічний центр МОН і НАН України при Одесь-

кому національному університеті імені І.І. Мечникова,

e-mail: ndl_lepikh@onu.edu.ua

Функціональну основу резистивних паст, які широко використовуються в товстоплів-

ковій технології, складають, як правило, оксидні з'єднання рутенію, срібла і паладію. В якос-

ті скляного зв’язуючого до складу паст входять свинцево-боро-алюмо-силікатні стекла [1].

Ці стекла мають високу температуру розм’якшення 580 - 700о С, що підвищує температуру

відпалу резистивних паст до 800 – 900о С і витрати на виготовлення товстоплівкових елемен-

тів. Основні недоліки відомих матеріалів: висока температура відпалювання резистивних

паст (870 – 900о С); наявність у складі скляного зв’язуючого композиційних елементів ток-

сичних сполук свинцю; високий коефіцієнт лінійного термічного розширення (КЛТР); низь-

ка відтворюваність їх електрофізичних параметрів (ЕФП) та їх часова нестабільність. У ро-

боті було розроблено резистивний матеріал на базі напівпровідникового нанокомпозиту

«скло–Pb2Ru2O6, Ag, Pd», який може бути використаний при виготовленні мікроелектронних

сенсорів, товстоплівкових елементів гібридних інтегральних схем (ГІС), люмінесцентних па-

нелей, нагрівачів копіювальної техніки та лазерних принтерів [2].

Комплекс електрофізичних властивостей плівкових елементів значною мірою обумо-

влений складом скляного зв’язуючого. У якості скляного зв’язуючого товстоплівкового ма-

теріалу розроблено скло на основі оксиду вісмуту з легуючими домішками (SiO2, CdO, ZnO,

MgO, B2O3), який надає можливість отримувати більш легкоплавке стекло [3].

Перевагами скла є: зменшення температури варки 900 оС; зниження температури по-

чатку розм’якшення скляного зв’язуючого (400 - 450 оС); вилучення із складу скла токсично-

го матеріалу – свинцю; зменшення КЛТР; збільшення питомого поверхневого опору (1014 -

51014) Омсм, що надає можливість його використання при виготовленні нанокомпозиційних

елементів для роботи в високовольтній апаратурі. Скло не кристалізується при термообробці

в інтервалі температур 300–1000о С і має ІІ гідролітичний клас.

Зменшення температури початку розм’якшення скла до 400 – 430о С дозволяє знизити

температуру відпалювання резистивних матеріалів на 100 - 150о С, що значно зменшує ви-

трати на їх виготовлення.

У резистивному матеріалі для товстоплівкових елементів концентрація SiO2 знижена

приблизно у 4 рази, що зменшує вплив кристалічної фази - SiO2 на електрофізичні власти-

вості елементів: призводить до поліпшення їх ЕФП і до зменшення шорсткості їх поверхні.

Список використаної літератури

1. Панов Л.И., Сидорец Р.Г. Опыт совершенствования толстопленочной технологии

// Технология и конструирование в электронной аппаратуре. – 2002. – 1. – С. 43–46.

2. Патент України 110982 «Резистивний матеріал для товстоплівкових елемен-

тів» // Я.І. Лепіх, Т.І. Лавренова. МПК HO1C 17/065, публ. 10.03.2016 р., бюл. 5.

3. Патент України 103231 «Скляне зв'язуюче для нанокомпозитів на базі системи

«скло-оксиди металів» // Я.І. Лепіх, Т.І. Лавренова. Публ. 10.12.2015, Бюл. 23.

НМІТФ – 2016

- 78 -

УДК.621.315.592

ПЛЕНКИ ZnXCd1-ХS, ПОЛУЧЕННЫЕ МЕТОДОМ СПРЕЙ-ПИРОЛИЗА,

ДЛЯ ОКОН ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Ерёменко Ю.С. , Демиденко М.Г. , Опанасюк А.С., Салогуб А.О., Курбатов Д.И.

Сумский государственный университет, ул. Римского-Корсакова 2, г. Сумы, 40007, Украина

e-mail: yurieremenko1991@gmail.com

Сегодня в сфере солнечной энергетики происходит активный поиск новых материалов

для производства солнечных преобразователей третьего поколения. При этом большой инте-

рес представляет изготовление солнечных элементов (СЭ) на основе гетеропереходов (ГП).

Сложностью создания таких СЭ является выбор полупроводниковых слоев имеющих одно-

временно большую разницу ширины запрещенной зоны и хорошо согласованные кристалли-

ческие решетки. Ряд материалов оконных слоев, таких как ZnS, CdS, ZnSe и другие, могут

быть использованы в комбинации с поглощающими слоями CdTe[1]. Наиболее изученным

среди них является CdS, поэтому весьма широкое распространение получили СЭ на основе

ГПn-CdS/p-CdTe. В последнее время рассматривают возможность замены традиционного

оконного слоя таких фотопреобразователей на твёрдый раствор ZnxCd1-xS, использование ко-

торого позволяет увеличить ширину запрещенной данного слоя (от 2,42 eВ у CdS до 3,68eВ у

ZnS) и соответственно напряжение холостого хода фотопреобразователей, а также умень-

шить количество рекомбинационных центров на границе раздела материалов благодаря

лучшему согласованию их параметров решетки. В связи с этим ZnxCd1-xS имеют хорошие

перспективы использования в качестве оконного слоя СЭ [2].

Тонкие пленки твердого раствора ZnxCd1-xS в настоящее время наносят с помощью

следующих методов: вакуумное испарение, химическое осаждение из раствора, спрей-

пиролиз и другие. Метод пульсирующего спрей-пиролиза является достаточно простым, от-

носительно дешевым методом, позволяющим без использования вакуума наносить нано-

структурированные химически чистые пленки с управляемым составом и заданной площа-

дью на подложках из разных материалов. Свойства тонких слоев, полученных спрей-

пиролизом, главным образом зависят от выбора прекурсоров и физико-технологических па-

раметров нанесения. В частности, существенное влияние на свойства таких пленок оказывает

температура подложки. Поэтому целью данной работы являлось исследование влияния тем-

пературы подложки на спектры отражения, пропускания и другие оптические характеристи-

ки пленок ZnxCd1-xS, полученных спрей-пиролизом, для их оптимизации, а также оценка пер-

спектив использования таких пленок в качестве оконного слоя СЭ.

Для получения слоев ZnxCd1-xS была использована лабораторная установка, описанная

в [3]. В качестве прекурсора был взят раствор, содержащий 0,125 М тетрагидрата нитрата

кадмию, 0,125 М хлорида цинка и 0,125 М тиомочевины, которые служили источниками Cd,

Znи S соответственно. Нанесение пленок проводилось на стеклянные подложки размером

25×25×1мм предварительно очищенные с помощью изопропанола. Температура подложки

варьировалась в диапазоне 523-773 К с шагом ΔТ = 50 К. Расстояние между соплом и по-

верхностью подложки составляло 25см. Перенос диспергированных частиц прекурсора про-

изводился с использованием потока воздуха под давлением 0,2 МПа. Скорость нанесения

пленок составляла 2 мл/мин при объеме распыленного раствора на один образец 10 мл.

Оптические исследования тонких слоев проводились на спектрофотометре

ShimadzuSolidSpec 3700 в диапазоне длин волн: λ = (300-800) нмс шагом 0,5 нм при режиме

сканирования «mediumspeed». Измерения проводились с учетом спектральных характери-

стик подложки (сначала проводилось снятие базового спектра пропускания чистого стекла,

который затем автоматически вычитался от спектра образцов), что обеспечивало максималь-

ную точность определения оптических параметров пленки.

НМІТФ – 2016

- 79 -

а) б) в)

Спектральные зависимости коэффициентов пропускания и отражения для образцов,

полученных в интервале температуры подложки Ts = (523-773) K приведены на рис. 1.

Рис. 1. Спектры отражения (а), пропускания (б) и (αhν )2 –hνзависимости(в) для пленок

ZnxCd1-xS, полученных при температурах подложки Ts = (523-773) K

Как видно из представленных рисунков, полученные пленки твердого раствора

ZnxCd1-xS имеют достаточно низкие показатели коэффициента отражения от поверхности (в

пределах 1,5 – 12,5%). При этом отмечается рост значения R при увеличении длины волны λ.

Также легко заметить, что коэффициент пропускания данных пленок достигает значения по-

рядка 70%. При этом для конденсатов, полученных при более высоких температурах подло-

жек, характерны более высокие значения коэффициентов отражения и пропускания. Так как

здесь представлены результаты измерений, полученные при освещения образцов со стороны

пленки твердого раствора, то, скорее всего, такие показатели связаны с влиянием структур-

ного качества пленок и ярко выраженным рельефом их поверхности. На зависимостях R(λ) и

T(λ) наблюдаются максимумы и минимумы интенсивности, связанные с интерференцией

света в тонких слоях. Наличие интерференционных пиков свидетельствуют об однородности

исследованных пленок по площади.

Также были построены зависимости (αhν )2 – hν(рис. 1, в) из которых была определена

ширина запрещенной зоны материала, она составляла (2,61-2,81) еВ. Эти значения хорошо

согласуются с литературными данными.

В результате исследований было установлено, что благодаря высоким значениям ко-

эффициентов пропускания и достаточно низким значениям коэффициента отражения света от

поверхности в широком диапазоне длин волн, полученные пленкиZnxCd1-xS имеют хорошие

перспективы применения в сфере гелиоэнергетики в качестве оконных слоев СЕ с поглоща-

ющий слоем CdTe.

Список использованной литературы

1. Kurbatov D. I. Structural and electrical properties of ZnS/CdTe and ZnTe/CdTe

heterostructures / D. I. Kurbatov, V. V. Kosyak, M. M. Kolesnyk[et al.] // Materials Chemistry and

Physics. – 2013. – V. 138, 2-3. – P. 731–736.

2. Kartopu G. Effect of window layer composition in Cd1-xZnxS/CdTe solar cells / G.

Kartopu, A. J. Clayton, W. S. M. Brooks[et al.] // Progress in Photovoltaics: Research and

Applications. – 2012. – V. 20, 1. – P. 6–11.

3. Dobrozhan O., Opanasyuk A., Kolesnyk M., Demydenko M., Cheong H.

Substructuralinvestigations, Ramanand FTIR

spectroscopiesofnanocrystallineZnOfilmsdepositedbypulsedspraypyrolysis // Phys. StatusSolidi A –

2015. – V. 1-7. – P. 2915–2921.

НМІТФ – 2016

- 80 -

УДК 53.092/098

ВПЛИВ ПРУЖНОЇ ДЕФОРМАЦІЇ ТА МАГНІТНОГО ПОЛЯ НА

ЕЛЕКТРОПРОВІДНІСТЬ КРИСТАЛІВ p-Si

Лис Р.М. , Павлик Б.В., Дідик Р.І. , Шикоряк Й.А.

Львівський національний університет імені Івана Франка, факультет електроніки та

комп’ютерних технологій, кафедра сенсорної та напівпровідникової електроніки,

вул. Тарнавського, 107, м. Львів, 79017, Україна, e-mail: lys_r@ukr.net

Відомо [1, 2], що магнітне оброблення немагнітних кристалів (в тім числі і кремнію)

призводить до декількох ефектів, зокрема, до збільшення швидкості руху дислокацій; струк-

турної перебудови; до активації поверхні та до посилення перебігу процесів адсорбції та ґе-

терування. Проадсорбовані магнітоактивованою поверхнею з навколишньої атмосфери ки-

сень, вуглець та інші домішкові атоми та їх групи, зокрема, гідроксильні групи, можуть

вступати в стимульовані магнітним полем міждефектні реакції, наприклад, у реакції з прису-

тніми на поверхні зарядженими центрами за рахунок чого їхній зарядовий стан повинен ней-

тралізуватись.

Для досліджень використовували зразок p-Si (КДБ-10) “бездислокаційний” для елект-

ронних приладів, вирізаний з монокристалічного диска з орієнтацією площин (111), який був

поміщений у затемнену робочу камеру між губками преса у магнітне поле (МП) постійного

магніту з магнітною індукцією 0.354 Тл. Механічний стиск та розтиск здійснювався із швид-

кістю 0.41 кг/хв.

Проведені нами дослідження показали, що опір поміщеного у магнітне поле зразка,

спочатку спадає на 0.35 Ом (2.4 % від початкового значення) і після 200 – 300 годин витрим-

ки стабілізується. На рис. 1 спрощено показано зміни опору досліджуваного зразка з часом

його перебування у магнітному полі. Ці залежності мають знакозмінний та періодичний ха-

рактер. Як видно з рис. 1, знак абсолютної зміни опору (ΔR) з часом (від зростання до спа-

дання) частіше відбувається у пружно деформованому зразку, (починаючи з 3034 години і до

кінця експерименту, ділянка ІІ на рис. 1) а швидкості наростання опору є більшими в порів-

нянні з періодом перебування зразка у незатисненому стані (ділянка І, рис. 1).

Рис. 1 – Характер зміни опору монокристала p-Si з часом перебування у магнітному

полі у незатисненому стані (ділянка І) та у пружно деформованому стані (ділянка ІІ)

У проміжках між вимірюваннями опору зразок витримувався певний час в магнітному

полі у здеформованому або нездеформованому стані. Було помічено, що під час тривалої

НМІТФ – 2016

- 81 -

витримки опір зразка повільно змінюється. З метою встановлення характеру таких змін були

визначені швидкості зміни опору зразка VR (Ом/год.) у різні моменти часу t витримки зразка.

Швидкість VR міняється з часом t хвилеподібно (рис. 2). У нездеформованому стані ампліту-

да кривих була більшою, ніж у здеформованому. В першому випадку період коливань стано-

вив 500 – 600 годин, тоді як у здеформованому стані – біля 300 годин. Без магнітного поля

характер залежності швидкості зміни опору зразка (VR) від часу суттєво змінюється: хвиле-

подібна залежність не спостерігається.

Рис. 2 – Зміна опору зразка p-Si з часом його перебування у магнітному полі і без

нього

Отримані результати (рис. 2) добре корелюють з літературними даними [2], де спосте-

рігалося явище пролонгації (сповільнення) магніто-механічного ефекту (ММЕ) у вакуумі.

Можна припустити, що витримка в МП кристалів кремнію посилює процеси дегідратації та

розкладу молекул води, які входять в структуру природної окисної плівки, і, можливо, інших

молекул, що входять в структуру приповерхневого шару. Якщо допустити, що МП посилює

процеси дегідратації та розкладу молекул, то в результаті дії МП збільшується концентрація

вільних ненасичених зв’язків, що повинно сприяти протіканню адсорбційних процесів на по-

верхні. Це призводить до того, що поверхня Si (111) пасивується в МП на повітрі. Наслідком

зазначених процесів є ефект пролонгації та «заморожування» ММЕ. Підсумовуючи, можна

прийти до висновку про те, що процес релаксації ММЕ сповільнюється в магнітному полі .

Список використаної літератури

1. Особливості магнітостимульованої зміни поверхневого електричного потенціалу в

кристалах кремнію, що використовуються для потреб сонячної енергетики та мікроелект-

роніки / В. А. Макара, Л. П. Стебленко, О. О. Коротченков, А. Б. Надточій, Д. В. Калінічен-

ко, А. М. Курилюк, Ю. Л. Кобзар, О. М. Кріт, С. М. Науменко // Наносистеми, наноматеріа-

ли, нанотехнології. – 2014. – Т. 12, 2. – С. 247–258.

2. Вплив магнітної обробки на мікротвердість та структуру приповерхневих шарів

кристалів кремнію / В.А. Макара, М.О. Васильєв, Л.П. Стебленко, О.В. Коплак,

А.М. Курилюк, Ю.Л. Кобзар, С.М. Науменко // Фізика і хімія твердого. – 2009. – Т. 10, 1. –

С. 193-198.

НМІТФ – 2016

- 82 -

УДК 538.9

ВПЛИВ ПРЕСУВАННЯ НА ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ

НАПІВПРОВІДНИКОВИХ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ Sb2Te3 - Bi2Te3

Мартинова К.В., Рогачова О.І.

Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»,

вул. Кирпичова, 21, м. Харків, 61000, e-mail:rina.martynova@kpi.kharkov.ua

Тверді розчини (ТР) Sb2Te3 - Bi2Te3 – це відомий матеріал для використання у термоелект-

ричних (ТЕ) охолоджуючих пристроях. У термоелементах вони часто застосовуються не тільки у

монокристалічному, але і у пресованому стані, що обумовлено вимогами експлуатації та

зручністю і доступністю такої технології виготовлення.

ККД ТЕ матеріалу залежить від параметра ТЕ добротності Z, який визначається як Z = S2σ/λ

(де σ – електропровідність, λ - теплопровідність, S – коефіцієнт Зеєбека). Застосування ТР у термо-

електриці обумовлено тим, що відношення σ/λ у ТР збільшується відносно до чистих компонентів.

Однак, при утворенні ТР можливе виникнення ефектів, які суттєво впливають на характер залеж-

ності Z від складу. Раніше у ряді ТР в області ~ 1 ат. % домішки спостерігалася аномальна зміна

ТЕ властивостей, що автори пов’язували із фазовим переходом (ФП) від розбавлених до концент-

рованих ТР [1-2]. З практичної точки зору важливо знати про характер залежностей ТЕ властивос-

тей ТР від складу в інтервалі концентрацій, близькому до чистого Sb2Te3.і про його зміну після

пресування.

Мета даної роботи - дослідження впливу пресування на характер концентраційних залеж-

ностей S і σ у ТР (Sb2Te3)1-х - (Bi2Te3)х для х = 0 - 0.07.

Дослідження проводилося на литих та пресованих зразках. Синтез зразків здійснювався

шляхом сплавлення високочистих елементів у вакуумованих кварцових ампулах за температури

Т = 1073 К протягом 2 год. і відпалу за Твідп = 653 К протягом 300 год. Холодне пресування прово-

дилося на пресі ЗІМ Р-25 (тиск P = 7 т/см2, час витримки під навантаженням - 1 хв.). Дисперсність

порошків складала ~ 200 мкм. Після пресування зразки піддавалися відпалу у вакуумованих ампу-

лах із жаростійкого скла протягом 300 год (Твідп = 693 К). σ вимірювалася чотирьохзондовим мето-

дом, S – компенсаційним методом відносно мідних електродів із похибкою ~ 5 % та ~ 3 % відпо-

відно.

З’ясовано, що пресування призводить до зниження σ та збільшення S відповідно. Як для

литих, так і для пресованих ТР, хід концентраційних залежностей S і σ є немонотонним. При х >

0.01, на залежностях σ(х) від спостерігається інтервал аномального зростання, ширина якого зме-

ншується після пресування. На залежності S(x) в області х = 0.01 - 0.025 для литих зразків наявний

розмитий максимум, а для пресованих у цій області спостерігається плато. Аномалії на залежнос-

тях S(х) і σ(х) для пресованих зразків є вужчими та менш вираженими порівняно з литими. На ос-

нові отриманих даних була розрахована залежність ТЕ потужності S2σ для литих та пресованих

ТР. З'ясовано, що холодне пресування призводить до підвищення S2σ. Концентраційна залежність

S2σ(х) для пресованих ТР в критичній області не має вираженої ділянки зниження.

Отримані результати свідчать про те, що застосування холодного пресування для виготов-

лення ТР Sb2Te3 - Bi2Te3 призводить до збільшення S2σ матеріалу. Крім того, у пресованих зразках

менш виражені ефекти, пов`язані із ФП від розбавлених до концентрованих ТР, що дозволяє

отримувати матеріал із передбачуваними властивостями.

Список використаної літератури

1. Рогачева Е.И. Перколяционные эффекты и термоэлектрическое материаловедение

// Термоэлектричество. – 2007. – 2. – С. 64 - 72.

2. Rogacheva E.I. Percolation effects in semimetallic Bi-Sb solid solutions / E.I. Rogacheva,

A.A. Drozdova, O.N. Nashchekina // Phys. Stat. Solidi A. – 2010. – V. 207. – P. 344 - 349.

НМІТФ – 2016

- 83 -

UDC 621.472:629.78

STAND ALONE THERMO-PHOTOVOLTAIC POWER PLANT

WITH SOLAR RADIATION CONCENTRATOR

Kirichenko M.V., Zaitsev R.V., Khrypunov G.S.

National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute»

E-mail: kirichenko.mv@gmail.com

Relevance of the work cause the global trends in the energy market and the related growth in

consumption of natural and energy resources, which clearly show the need to find additional

sources of energy, which could compensate the deficiency of available resources, and ultimately - to

completely replace them. As it shown the practical experience of the USA, Japan, Germany, one of

the ways of solving this problem is the conversion of solar energy into electrical energy by means

of semiconductor solar cells. According to current expert estimates, at least 12% of global electrici-

ty production for 2020 will generated by photovoltaics [1, 2]. Continued rapid growth in the use of

solar thermal collectors, which provide the conversion of solar energy into thermal energy, which is

used to heat water. Therefore, in China for 2012, the total area of solar collectors exceeds 145 mil-

lion square meters, and their total heat capacity exceeds 100 gigawatts. Investments in this sector

have allowed developing the production and government subsidies have made the purchasing of

collectors more affordable for the people. An important factor is that the use of solar collectors is

economically very profitable. During its lifetime, the solar collector generates so much energy that

it covers the cost of its installation many times.

Analogues of the proposed thermo-photovoltaic plant are StarGen photovoltaic plant based

on “photovolt” type multijunction silicon solar cells and with mirror type concentrator produced by

GreenField Solar and photovoltaic plant, industrially produced by Boeing corporation, with an elec-

trical capacity up to 1 MW based on GaAs solar cells and with solar concentrator based on Fresnel

lenses. However, these plants did not utilized the thermal energy, which reduces their overall effi-

ciency of transforming solar energy into heat and electricity.

In the past few years, in China was mastered industrial production of multijunction solar

cells based on the InGaP/InGaAs/Ge structure. Such devices with 1 cm2 front surface area and price

about $10, have the efficiency up to 36% [3] and the maximum generated power up to 17 W/cm2 at

470-times solar radiation concentration on their photoreceiving surface. These devices differs by

stable work in conditions of concentrated solar radiation, and, most importantly, have a working

temperature reaching up to 70 °C. The latter significantly reduces the demands to the cooling sys-

tem, allowing significantly simplifying and reducing the cost of its construction [4].

Reducing the cost of the solar concentrator and providing specifications for its using in de-

sign of thermo-photovoltaic plant (level of concentration, concentrator diameter, diameter of the

focal spot) based on results of concentrators test samples research (Fig.1a and 1b). This goal

reached by replacing in the classical type concentrator (Fig. 1a and 1b) massive metal edges and

metallic parabolic segments on lightweight edges made from polystyrene and by mounting on the

surface of segments with parabolic-cylindrical shape a Alanod type thin metal foil with reflectance

up to 95% as the reflective coating (Fig. 1c).

Using in design of thermo-photovoltaic plant mini solar battery from 20 serially connected

solar cells based on InGaP/InGaAs/Ge structure with a surface area of 1 cm2 provides the genera-

tion of electric power up to 300 W at a 400 concentration level. When implementing the specific

power up to 15 W/cm2, such mini solar battery provide a current up to 6.2 A and voltage up to 50 V.

It is also possible to produce mini solar battery on the base of “photovolt” type multijunction silicon

solar cells similar to use in StarGen plant by GreenField Solar Company [5].

НМІТФ – 2016

- 84 -

To ensure effective cooling the mini solar battery placed on the surface of the heat exchang-

er, which design features provide effective heat dissipation by the realization of the turbulent cool-

ant flow.

To ensure the effective electrical isolation of individual solar cells on aluminum radiator

plate formed a dielectric layer from Al2O3, due to its ease of preparation by electrochemical anodiz-

ing of aluminum and its high mechanical and dielectric strength.

a) b) c)

Figure 1 – The research sample of thermo-photovoltaic plant equipped with test variants of

solar concentrator designs (a, b) and the final version of the solar concentrator with design from

segments with parabolic-cylindrical shape (c)

Above the dielectric layer by the methods of vacuum deposition formed the metal layers that

provide switching and fixing individual solar cells to the mini solar battery. Fixing mini solar bat-

tery on the surface of the heat exchanger radiator plate performed by soldering that provides effec-

tive heat dissipation.

It has been manufactured the research sample of thermo-photovoltaic plant (Fig. 1a, b)

which can be equipped solar concentrators with different design and allows to provide the daily av-

erage accumulation up to 1 kWh of electricity and up to 2 kWh of heat energy. The thermo-

photovoltaic plant allows reducing the price of installed capacity up to $1 per Watt, which is several

times smaller than traditional modules based on mono and polycrystalline silicon.

With their large-scale production and widespread use, above-mentioned advantages allow

obtaining solar electricity at a cost of about $ 0.1 per kilowatt-hour. Cost of materials for the ther-

mo-photovoltaic plant manufacturing is about $ 2000. The price of one thermo-photovoltaic plant,

taking into account the cost of production is about $ 2700.

Competitiveness of thermo-photovoltaic plant on international markets ensures by electricity

cost reduction, increase of its average daily generation and utilization of thermal energy for user

needs. Large-scale use of thermo-photovoltaic plant plants will allow improving electricity supply

in distant and mountainous areas, creating autonomic power supply sources for emergency and mili-

tary applications, providing independent power and heat supply for private and industrial users.

References

1. Hoffmann W. Solar Generation: Solar electricity for over one billion people and two mil-

lion jobs by 2020. September 2006. European Photovoltaic Industry Association (EPIA), Brussels,

Belgium / W. Hoffmann, S. Teske // Greenpeace International, Amsterdam, Netherlands;

http://www.epia.org.

2. Despotou E. Global market outlook for photovoltaics until 2014. May 2010. European

Photovoltaic Industry Association (EPIA)/ E. Despotou, A.E. Gammal, B. Fontaine, D.F. Montoro,

M. Latour // Renewable Energy House, Brussels, Belgium; http://www.epia.org.

НМІТФ – 2016

- 85 -

3. Green M.A. Solar cell efficiency tables (version 47) / M.A. Green, K. Emery, Y. Hishika-

wa, W. Warta, E.D. Dunlop // Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 2015. 24(1):

pp. 3-11.

4. Ritenour A.J. "Towards high-efficiency GaAs thin-film solar cells grown via close space

vapor transport from a solid source," / A.J. Ritenour; S.W. Boettcher // Photovoltaic Specialists

Conference (PVSC), 2012 38th IEEE, vol., no., pp.000913, 000917, 3-8 June 2012

5. Sater B.L. The development of high intensity silicon vertical multi-junction solar cells /

B.L. Sater // Final report grant DEFG36-00GO10523. – 2003.

UDC 621.472:629.78

HIGH-VOLTAGE POWER TAKE-OFF SYSTEM FOR PHOTOVOLTAIC

STATION

Zaitsev R.V., Kirichenko M.V., Khrypunov G.S., Prokopenko D.S.

National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute»

E-mail: zaitsev.poman@gmail.com

To generate a maximum electric power by photovoltaic station (PVS), besides the use of the

developed high-performance liquid-cooled photovoltaic modules (PVM), equipped with solar radia-

tion concentrators, high-performance power take-off system (PTOS) should be used [1]. Upcon-

verter (UC) is the most important part of PTOS that provides increasing a constant voltage generat-

ed during PVM operation, for its further efficient transfer and transformation [2, 3]. Since, electric

power generated by the PVM depends on daily solar radiation changes, the optimization UC and

PTOS constructive and technological solutions should be carried out taking into account the full

range of converted electric power. Optimization of constructive and technological solutions of all

components of solar energy conversion into commercial frequency system will increase the PVS

effectiveness and achieve its competitiveness in the domestic and global market due to energy and

economic indicators.

Based on the above, the creating a highly efficient and cost-effective PTOS was carried out

by three steps. In the first step the dependence of the electric power from the intensity of the inci-

dent solar radiation was studied. Based on these data, in the second stage electrical schematic dia-

gram of UC was developed, and calculation of the resonant circuit and converter operating parame-

ters of UC were carried out. In the third stage, the PTOS work using the UC was analyzed.

Measurements of short circuit current (ISC), open-circuit voltage (UOC), work (PW) and max-

imum (PMAX) electrical power and the efficiency of standard industrial PVM were carried out at in-

tensive of solar insolation from 1000 to 2000 W/m2, to simulate their performance when using con-

centrators. These measurements were conducted by load light current-voltage characteristics with

the help of developed stand, block diagram and design of which are shown in Figure 1.

It was established experimentally that the use of the test samples PVM in a low-

concentration solar radiation is justified, because investigated PVM achieve maximum efficiency of

16.9% exactly at the radiation power 1700 W/m2. An additional advantage of using low-

concentration radiation is increasing the maximum power generated by the PVM to 420 watts,

which is 1.7 times greater than for classical PVM. The use of low-concentration solar radiation as

well is an additional argument in favor of equipping each PVM with UP in PTOS, because the op-

erating current of the PVM at radiation power 1700 W/m2 reaches 13 A that almost twice greater

than for 1000 W/m2radiation power, which for is traditional PTOS performing will cause additional

losses in the connecting wires, or lead to significant investment for equipping the photovoltaic plant

with increased cross-section cables.

НМІТФ – 2016

- 86 -

a) b)

Figure 1 - Block diagram of (a) and design (b) of stand for the study of the PVM

It was established experimentally that the use of the test samples PVM in a low-

concentration solar radiation is justified, because investigated PVM achieve maximum efficiency of

16.9% exactly at the radiation power 1700 W/m2. An additional advantage of using low-

concentration radiation is increasing the maximum power generated by the PVM to 420 watts,

which is 1.7 times greater than for classical PVM. The use of low-concentration solar radiation as

well is an additional argument in favor of equipping each PVM with UP in PTOS, because the op-

erating current of the PVM at radiation power 1700 W/m2 reaches 13 A that almost twice greater

than for 1000 W/m2radiation power, which for is traditional PTOS performing will cause additional

losses in the connecting wires, or lead to significant investment for equipping the photovoltaic plant

with increased cross-section cables.

To optimize the power take-off system adjustable bridge resonant UC [3, 4], which allows to

achieve high conversion efficiency values up to 95.8% was developed. A high efficiency is

achieved by digital control inverter and opens up opportunities for flexible control algorithms that

ensure reliability and conversion efficiency, fast and accurate determination of maximum power

point [6].

The results of the calculations of the PTOS can be concluded that the use in such system UC

can significantly reduce power losses in the PTOS and therefore improve efficiency PVS [7]. The

above will result in an additional increase of usable power given to the consumer through an invert

er.

а)

b)

Figure 2 - The dependence of the calculated power losses (a) and efficiency (b) using PTOS

PVS upconverters (solid line) compared to PVS without such converters (dashed line)

НМІТФ – 2016

- 87 -

According to Figure 2, a the total loss of power in a PTOS (Ploss.sum.) with output power 1700

W/m2 and a current of the PVM (IPVM) at 13 A was 644.6 watts, which is much less than 6180.8

watts typical for a system without such converters. This will increase the efficiency of the PTOS

from 71.0% to a value of 92.5% (Figure 2, b).

It should also be noted that the efficiency of the PTOS remains almost unchanged at wide

range of PVM illumination, which changes depending on weather and seasonal conditions.

References

1. Kriukov Yu.А., Zaitsev А.Ye., Feshchenko А.А., Gorshkov А.V. Influence of operating

temperature on efficiency of silicon photovoltaic devices. International Journal of Applied Engi-

neering Research, 2015, vol.10, no.15, p.35446-35450.

2. Rozanov Yu.K., Baranov N.N., Antonov B.M., Efimov E.N., Solomatin A.V. Silovaya elec-

tronika v sistemah s netradicionnymi istochnikami electroenergii [Power electronics in non-

traditional sources of electricity systems] // Elektrichestvo - Electricity, 2002, no.3, p.20-28. (Rus)

3. Melyoshin V., Ovchinikov D. Upravlenie tranzistornymi preobrazovatelyami elektroener-

gii [Management transistor power converters]. Мoscow, Technosfera Publ., 2011. 576 p. (Rus)

4. Gu Yi., Hang L., Chen H., Lu Z. A simple structure of LLC resonant DC-DC converter

for multi-output applications. Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2005, vol.3,

p.1485-1490.

5. Abdel-Rahman S. Resonant LLC converter: Operation and Design 250W 33Vin 400Vout

Design Example. Infineon Technologies Application Note AN 2012-09 V1.0, 2012.

6. Freeman D. Introduction to photovoltaic systems maximum power point tracking. Texas

Instruments Application Report SLVA446, 2010.

7. Bogatyirev N.I., Grigorash O.V., Kurzin N.N., Strelkov Yu.I., Telnov G.V., Tropin V.V.

Preobrazovateli elektricheskoy energii: osnovyi teorii, rascheta i proektirovaniya. ucheb. posob.

dlya vuzov. pod red. N.I. Bogatyireva [Converters of electric power: the basic theory, calculation

and design. Proc. allowance for schools]. Krasnodar, 2002, 358 p.

УДК 535.331

ВПЛИВ ГРАФЕНУ НА ОПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ СИСТЕМИ

Сu-HfO2, НАНЕСЕНОЇ НА СКЛЯНУ ПІДКЛАДКУ

Негруб М.М.1*, Кравець В.Г.2, Лопатинська О.Г.1, Юргелевич І.В.1, Поперенко Л.В.1

1 Київськй національний університет імені Тараса Шевченка, просп. Глушкова, 4, Київ,

03022, Україна; 2 Інститут проблем реєстрації інформації, вул. М. Шпака, 2, Київ, 03113, Україна

*E-mail: maryana1423@gmail.com

В останній час підвищена увага приділяється вивченню нового матеріалу в нанотех-

нологіях – графену. За допомогою спектроскопічної еліпсометрії виявлено, що при нанесенні

графену на золоту підкладку, змінюються його оптичні властивості [1]. Плівки оксиду гаф-

нію є необхідним матеріалом для використання в різних галузях науки і техніки. Нанесення

тонкої плівки HfO2 в системі Cu/HfO2/TiO2/Pt обмежує міграцію атомів Cu, тим самим під-

вищуючи надійність та узгодженість перемикачів в елементах пам’яті [2], а при використанні

їх в багатошарових тонкоплівкових структурах, досягаючи високих значень показника зало-

млення, дозволяє застосовувати такі шари в пристроях вимірювання за допомогою високих

рівнів потужності лазерів від ближньої ІЧ області спектра до ближньої УФ області спектра

[3]. Тонкі плівки HfO2, отримані із гідролізованих розчинів, є прозорими для УФ та видимої

НМІТФ – 2016

- 88 -

областей спектра, і тому знаходять широке застосування при виготовленні інтерференційних

фільтрів.

Проведено еліпсометричну діагностику поверхні системи Сu-HfO2-Graphene, нанесе-

ної на скляну підкладку. Зразок являє собою моношар графену, Cu (40 нм) та HfO2 (30 нм),

почергово нанесених на скляну підкладку. Дослідження оптичних властивостей поверхні

цього матеріалу проведено за допомогою лазерного еліпсометра ЛЕФ-3М-1. Експеримента-

льно визначено такі еліпсометричні параметри як азимут відновленої лінійної поляризації ψ

та зсув фаз ∆ між p - та s – компонентами вектора поляризації і побудовано їх залежності від

кута φ падіння світла на зразок.

Проведено аналіз кутових залежностей ψ(φ) та Δ(φ) перехідних шарів, і за величиною

головного кута падіння (Δ = 90˚) та кутовим положенням мінімального значення ψ зразка Сu-

HfO2-Graphene зроблено висновок, що нанесенням графену на шар оксиду гафнію на міді до-

сягають підвищення оптичної провідності такої функціональної системи.

Список використаної літератури

1. A. Matkovic, M. Chhikara, M. Milicevic, U. Ralevic, B. Vasic, D. Jovanovic, M. R. Belic,

G. Bratina, and R. S. Gajic, “Influence of a gold substrate on the optical properties of graphene,”

J. Appl. Phys. 117, 015305 (2015)

2. Wei Zhou L, Long Shao X, Yuan Li X et al (2015) Interface engineering for improving re-

liability of resistance switching in Cu/HfO2/TiO2/Pt structure. Appl Phys Lett 107:072901

3. Semyon Papernov, Alexei A. Kozlov, James B. Oliver, Terrance J. Kessler, Alexander

Shvydky, Brendan T. Marozas, Near-ultraviolet absorption annealing in hafnium oxide thin films

subjected to continuous-wave laser radiation, Opt. Eng. 53(12), 122504 (Jun 25, 2014).

UDC 548:539.32, 548:539.12.04, 534.222.2, 539.375, 552.078

ABSORPTION CHARACTERISTICS OF SiO2, CaO AND SOFTWARE

“KERN-DP” OF ANISOTROPY AUTOMATED SYSTEM

Onanko A.P., Kulish M.P., Dmytrenko O.P., Prodayvoda G.T., Vyzhva S.A., Onanko Y.A.,

Kolendo A.Y., Kutsevol N.V.

Taras Shevchenko Kyiv national university, Kyiv, onanko@univ.kiev.ua

Introduction. The measuring of the amplitude dependence of internal friction (IF) allows to

set the moment of a separation of dislocation segments from stoppers. A non-destructive method for

the technological control of the structure defects by measuring the elastic module E and IF was de-

veloped [1,2]. The determination method of the distributing function of microcracks orientation is

developed from data of the azimuthal measurings of elastic waves velocities. The software “KERN-

DP” is developed for the automated system of analysis of anisotropy parameters. The automated system

of the anisotropy ultrasound measurings data treatment of velocities is built on windows principle.

The structure of database is developed on language of mySQLinformation, physical properties, the

special procedures of data management are developed.

Description of approach and techniques. As the variation of effects is small, it is neces-

sary to choose the high-fidelity measuring methods, which would allow to find out these changes.

The measuring error of the elastic module relative changing was E

E 0,1% and measuring IF was

1

1

Q

Q 10%. For ultrasound (US) devices USMV-KNU on frequencies f1 ≈ 1,67 MGz and f2 ≈ 5

MGz and computer Kern-4 on frequencies f ≈ 1,11 MGz and f ≈ 0,43 MGz the measured velocity

НМІТФ – 2016

- 89 -

error is equal V

V

= 0,5÷1,5% [1,2]. Modernizing device USMV-KSU measuring by the echo-

impulse method on frequency f1 ≈ 1,67 MGz and f2 ≈ 5 MGz is represented on fig. 1.

Fig. 1 − Modernizing device USMV-KSU measuring by the echo-impulse method on frequency f1 ≈

1,67 MGz and f2 ≈ 5 MGz

Experimental results and discussion. The longitudinal US velocity V[001]S = 5845 m/sec,

elastic module 2

]001[001 VES

= 92,58 GPa, “fast” transversal US velocity V1[100]S = 3200 m/sec,

shear module 2

]100[100 VGS

= 27,75 GPa, Puasson coefficient μS = 0,2860, Debye temperature θDS =

319,3 К of CaO after saturation ρNaCl = 120 kg/m3 are determined from the oscillo-

scopegramma on fig. 2.

Figure 2 − Oscilloscopegramma of impulses with longitudinal polarization V[001]S in CaO

after saturation of solution ρNaCl = 120 kg/m3.

The defect of internal friction (IF)

sk

sks

Q

QQ

Q

Q

1

11

1

1

and US attenuation coefficient

h

A

A

1

0lg

were determined from the oscilloscopegrammas of corresponding impulses polarization VP[001] in

SiO2 skeleton before and after the satiation V[001]S on fig. 2 from ln of amplitudes relationship A1,

A2 (A0 – without specimen) and are represented on fig. 3, fig. 4.

НМІТФ – 2016

- 90 -

Figure 3 − Dependence the defect of internal friction ΔQ-1/Q-1

sk from the open porosity coef-

ficient KPO=VPO/V.

Figure 4 − Dependence US attenuation coefficient h

A

A

1

0lg

from the open porosity

coefficient KPO=VPO/V: 1 – before, 2 - after the satiation of solution ρNaCl = 180 kg/m3.

Conclusion

1. The measuring of internal friction background Q-10 after the satiation of solution, different

heat, mechanical, radiation treatments gives information about the changing of the thermoelastic

strains fields σi in SiO2, CaO.

References

1. Onanko, A. P. Influence of temperature, ultrasound, electrical current on inelastic-elastic

characteristics, relaxation processes in Ge-Si and SiO2 [Text] / A. P. Onanko, О. V. Lyashenko, S.

А. Vyzhva et al. // Sensor electronics and microsystem technologies. - 2011. - Vol. 2(8), 3. - P.

14-21.

2. Onanko, Y. А. Automated system of analysis of anisotropy measuring data [Text] / Y. А.

Onanko // Geoinformatics. – 2013. - 2(46). - P. 55-60.

НМІТФ – 2016

- 91 -

UDC 548:539.32, 548:539.12.04, 534.222.2, 539.375, 552.078

INDICATORY SURFACE OF INELASTICITY-ELASTICITY

CHARACTERISTICS OF SiO2, CaO AND AUTOMATED SYSTEM

“KERN-DP”

Onanko A.P., Kulish M.P., Dmytrenko O.P., Prodayvoda G.T., Vyzhva S.A., Onanko Y.A.,

Kolendo A.Y., Kutsevol N.V.

Taras Shevchenko Kyiv national university, Kyiv. E-mail: onanko@univ.kiev.ua

Introduction. Especially substantial influence on the elastic anisotropy value Ad the spatial

coincidence of directions the orientation of structural elements, the type of emptiness space: pores,

microcracks, cavities carries out. The research of elastic waves velocities anisotropy presents the

considerable interest in connection with the development of three-component 3D azimuth methods,

which provide the prognosis and the estimation of cracks [1].

Experiment. For measuring diagram σ – ε the machine ”АLА-ТОО” (IМАSH-20-75) was

used. At writing down of curves the 2 cycles of strain – unloading of diagram σ- were. For mean

value of tgα - the angle of slope of linear areas of the disburdened and repeatedly loaded curves the

absolute value of the elastic module E, elasticity limit σE, inelasticity limit σ0.2, ultimate stress limit

σS were determined. The front panel of control of setting of ALA-TOO device (IMASH-20-75), the

atomic force microscope (AFM) microstructure of SiO2 pores on Si (100) are represented on fig. 1,

fig. 2.

Figure 1 − Front panel of control of setting of ALA-TOO device (IMASH-20-75). 1 - the

vacuum-gauge, 2 - organs of management and control of the power of mercury-quartz lamp

DRSH-250 of microscope module, 3 – the thermopair switch, 4 – the clock, 5 - the annunciator

panel, 6 – the microscope, 7 – the nest for connecting of electrode welding thermopair, 8 – the

reflection device, 9 – the moving handle of protective glass.

Figure 2 − AFM microstructure of SiO2 pores on Si (100) (15х15x103 nm; 1х1x103 nm)

Experimental results and discussion. Temperature-pressure dependence (directional sur-

face of elastic body) of elastic module 2001001 VE SiO2 before and after the satiation of physiologi-

cal solution NaCl ρNaCl = 180 kg/m3 are represented on fig. 3, fig. 4, fig. 5, fig. 6.

НМІТФ – 2016

- 92 -

Fig. 3. Temperature-pressure dependence (directional surface of elasticity body) of elastic module

E001 CaO

Figure 4 − Temperature-pressure dependence (directionnal surface of elasticity body) of elastic

module E001 CaO after the satiation of physiological solution ρNaCl = 180 kg/m3

Figure 5 − Dependence internal friction

2

1ln1 A

A

Q SiO2 from the open porosity coefficient

KPO=VPO/V: 1 – before, 2 - after the satiation of solution ρNaCl = 180 kg/m3.

Figure 6 − Correlated dependence of SiO2 elastic module E001 from the open porosity coefficient

V

VК PO

PO :1 – before, 2 – after saturation ρNaCl = 1803m

kg

Conclusion

1. The correlation between elastic module Е, pressure P and temperature Т may

be presented az surface (“directional surface of elasticity body”) before and after satia-

tion, which gives additional information about influence of the saturation of solution.

References

1. Onanko, A.P. Acoustic attenuation in silicon and silicon oxide [Text] / A.P. Onanko, O.V.

Lyashenko, Y.A. Onanko et al. // J. Acoust. Soc. Am. – 2008. - V. 123. - 5, Pt. 2. - P. 3701.

НМІТФ – 2016

- 93 -

UDC 548:539.32, 548:539.12.04, 534.222.2, 539.375, 552.078

INELASTICITY-ELASTICITY CHARACTERISTICS OF SiO2, CaO AND

SOFTWARE “KERN-DP” OF AUTOMATED SYSTEM

Onanko A.P., Kulish M.P., Dmytrenko O.P., Prodayvoda G.T., Vyzhva S.A., Onanko Y.A.,

Kolendo A.Y., Kutsevol N.V.

Taras Shevchenko Kyiv national university, Kyiv

E-mail: onanko@univ.kiev.ua

Introduction. The anharmonic effects are studied on measuring of elastic characteristics de-

scriptions of crystals, because elastic constants Cik is determined through the second derived quanti-

ty from energy of co-operation between the atoms of crystalline grate on deformation. As the varia-

tion of these effects is small, it is necessary to choose the high-fidelity measuring methods, which

would allow to find out these changes [1].

Experiment. The ultrasound (US) device KERN-SG, computer device KERN-4 measuring

of velocities is consist in measuring block and computer with operation system “Windows XP” are

represented on fig. 1, fig. 2. The program КЕRN-4 ensures the management of measured block

basic subsystems, the reflection of receiving signal in digital oscilloscope regime, which remember,

and the calculation of ultrasound velocity and indication of its size on indicators. The measuring

block is consist of generator, force magnifier, management-1 module, management-2 module, re-

ceiver, power module. The management block is consist of the generator created pair impulses se-

lection scheme, which follow with clock rate, the standard and measuring impulses forming scheme

and synchronization scheme of deflection. The frequency range f = 0,3÷2 MGz [1,2].

Figure 1 − The ultrasound device KERN-SG of elastic waves velocities measuring

Figure 2 − The window illustration of data treatment of elastic waves velocities measuring by the

echo-impulse method on frequency f ≈ 1,11 MGz, f ≈ 0,43 MGz and appearance of device

KERN-4

The appearance of acoustic emission (AE) device, the block diagram of device for AE regis-

tration, the block scheme of device АF-15 are represented on fig. 3, fig. 4, fig. 5.

НМІТФ – 2016

- 94 -

Figure 3 − The appearance of acoustic emission device on frequency f = 0,2÷0,5 MGz α = 70 dB

for elastic waves velocities measuring

Figure 4 − The block diagram of device for AE registration

1 – radioimpulses generator, 2 - specimen, 3 - acoustic emission transducer, 4 - barrage filter, 5 -

preceding amplifier, 6 - device of acoustic emission signals treatment АF-15, 7 – oscillograph, 8 –

computer

Figure 5 − The block scheme of device АF-15

1-1’ – piezoelectric transducer 1 and 2 channels, 2-2’ – PA – preceding amplifier, 3-3’ –

filters – signals amplifiers and oscillation signals forming, events and of spade sense the

analogue amplitude, 4 – блок суматора, 5 – блок лінійних координат, 6 – блок амплітуди, 7

– synchronization block,8 – management generator, 9 – calibrater, 10 – calibrate transducer.

Experimental results and discussion. The oscilloscopegramma of impulses with

longitudinal polarization V and “fast” V1 transversal polarization in TiO2, SiO2[100], CaO[100] are

represented on fig. 6.

a

b

c

d

e

Figure 6 − Oscilloscopegramma of impulses: a – with longitudinal polarization V in TiO2; b – with

longitudinal polarization V in SiO2[100]; c – with longitudinal polarization V in SiO2[001]; d– with

НМІТФ – 2016

- 95 -

“fast” transversal polarization V1 in CaO[100]; e – with “fast” transversal polarization V1 in

SiO2[100]

The quasilongitudinal US velocity V[001] = 5270 m/sec was determined from the oscillo-

scopegramma on fig. 9 c elastic module 2

]001[001 VE = 75,26 GPa; “fast” quasitransversal US veloc-

ity V[100] = 2740 m/sec, shear module 2

]100[100 VG = 18,84 GPa; after Puasson coefficient μ =

0,2996, Debye temperature θD = 267,0 К SiO2.

Conclusion

1. The growth of heights internal friction maximums QM-1 testifies the growth of structural

defects concentration, and the broadening of IF maximums ΔQM-1 here represents the relaxation

process of structural defects new types in SiO2, CaO.

References

1. Lyashenko, O. V. Structural defects relaxation during complex thermal and dynamical

mechanic processing of CdTe [Text] / O. V. Lyashenko, A. P. Onanko, V. P. Veleschuk et al. //

Photoelectronics. - 2008. - 17. - P. 10-13.

2. Onanko, Y. A. Automated system of treatment of ultrasound longitudinal and transversal

velocities measuring [Text] / Y. A. Onanko, G .T. Prodayvoda, S. A. Vyzhva et al. // Metalphysics and new

technology. – 2011. - Vol. 33(13). - P. 529-533.

УДК 535.417.22

ОПТИЧЕСКИЙ МЕТОД ДИАГНОСТИКИ МЕХАНИЧЕСКИХ

НАПРЯЖЕНИЙ В ПЛАСТИНАХ КРЕМНИЯ

Кислый В.П. , Липтуга А.И. , Пипа В.И. , Серёжкин Ю.Г.

Институт физики полупроводников им. В.Е. Лашкарева НАН Украины, пр. Науки, 41,

г. Киев, 03028, Украина, e-mail: lipant@ukr.net

Известно, что при изготовлении пластин кремния, особенно в процессе резки и обра-

ботки поверхностей, в них могут возникать механические напряжения. Зачастую наличие

механических напряжений в пластинах является нежелательным фактором, поэтому перед

дальнейшим использованием пластин требуется проведение соответствующей диагностики

и, возможно, их отбраковки. Важно, чтобы диагностика была неразрушающей и экспрессной.

Нами разработан, экспериментально апробирован и теоретически обоснован оптиче-

ский метод контроля механических напряжений в плоскопараллельных отполированных

пластинах кремния. Суть метода заключается в экспрессном анализе спектра пропускания

пластины в длинноволновой области за краем собственного поглощения ( 2 мкм). При

разработке метода использовались пластины, в которых напряжение создавалось внешним

давлением. Отбирались пластины со столь малыми напряжениями, что ими можно было пре-

небречь (пластины толщиной 300-600 мкм, n или p-типа с различной концентрацией свобод-

ных носителей заряда, но, как правило, не превышающей 1018 cm-3). Обратимые механиче-

ские напряжения в них создавались путем одноосного сжатия. Величина сжатия тщательно

контролировалась датчиком давления, давление изменялось от Р = 0 кбар до Р = 6 кбар. Из-

лучение направлялось перпендикулярно плоскости пластины, вдоль которой создавалось

сжатие. Следует отметить, что плоскопараллельная отполированная пластина кремния пред-

ставляет собой резонатор Фабри-Перо. Спектр пропускания такого резонатора характеризу-

ется наличием интерференционных максимумов и минимумов интенсивности в указанной

выше спектральной области. Исследования показали, что амплитуда интерференционных

НМІТФ – 2016

- 96 -

осцилляций для пластины с отсутствием напряжений постоянна в области 2-9 мкм (может

прогнозируемо незначительно изменяться за счет дисперсии коэффициента поглощения в

пластинах с большой концентрацией свободных носителей заряда). При одноосном сжатии

симметрия кристалла понижалась и он становился двулучепреломляющим, причем,

наибольшее отличие показателей преломления n было вдоль ( IIn ) и поперек ( n ) внешней

действующей силы. Спектр пропускания в области 2 мкм сильно изменялся, амплитуда

осцилляций переставала быть постоянной. В напряженном кристалле впервые удалось

наблюдать своеобразные биения в спектре пропускания - низкочастотную амплитудную мо-

дуляцию спектра. Было установлено, что биения в спектре обусловлены сложением осцилля-

ций, соответствующих различным показателям преломления в пластине, вызванных напря-

жением.

Если пластина металлизирована или расположена на непрозрачной подложке, диагно-

стика на основе спектров пропускания невозможна (отметим, что на основе спектров отра-

жения, к сожалению, также практически невозможна). В этой ситуации наличие напряжений

можно диагностировать с помощью спектров теплового излучения (ТИ) пластины, снятых в

той же спектральной области 2 мкм. Пластина при этом должна быть равномерно про-

грета до температур порядка 40-50 оС. ТИ нагретых тел обычно характеризуется широким

непрерывным спектром и квазиизотропным угловым распределением. По этим характери-

стикам ТИ непрозрачных тел мало отличается от излучения черного тела. Поэтому, оно

обычно рассматривается как некогерентное. Однако, спектр ТИ полупрозрачных плоскопа-

раллельных полупроводниковых пластин или пленок благодаря резонаторному эффекту пре-

образуется в спектр, состоящий из острых пиков, а в диаграмме направленности возникают

узкие лепестки. ТИ приобретает структуру, определяемую геометрией и размерами излуча-

теля. В литературе для описания этого явления применяется термин – когерентное тепловое

излучение [1]. Нами показано, что такое излучение характерно как для изотропных так и для

анизотропных полупроводниковых слоев [2]. Таким образом, для полупроводниковых

напряженных пластин характерно наличие спектральных биений как в спектрах пропускания

так и в спектрах ТИ, причина их появления одна и та же - анизотропия диэлектрической

проницаемости. Важно, что зависимость амплитуды интерференционных осцилляций от сте-

пени механического напряжения пластины одинакова в двух рассматриваемых случаях.

На практике степень напряжения пластины определяется с помощью таблицы или

графика, связывающих напряжение и положение узла биений в спектре пропускания или ТИ.

Положение узла биений очень чувствительно к величине анизотропии диэлектрической про-

ницаемости, вызванной напряжением. В результате, с помощью разработанного метода мож-

но определять изменение показателя преломления в пластине вплоть до значения 10-4 и, со-

ответственно, наличие механического напряжения, начиная с величин в несколько сотен бар.

Список использованной литеры

1. Coherent emission of light by thermal sources / J.-J. Greffet, R. Carminati, K. Joulain, J.-

P. Mulet, S. Mainguy, and Y. Chen // Nature. - 2002. - 416 (6876). - P. 61–64.

2. Magnetic-field modulation of the spectrum of coherent thermal radiation of semiconduc-

tor layers / O.G.Kollyukh, A.I.Liptuga, V.О.Morozhenko and V.I.Pipa // Phys.Rev. B. – 2005. - v.71.

- P. 073306-1-073306-4.

НМІТФ – 2016

- 97 -

УДК 519.9

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НАНОНАПОЛНЕННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ

ПОКРЫТИЙ ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ РЕКОМБИНАЦИОННЫХ ПОТЕРЬ В

КРИСТАЛЛАХ SOLAR-Si ПРИ РАДИАЦИОННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

Стебленко Л.П. , Подолян А.А. , Ященко1 Л.Н., Курилюк А.Н. , Кобзарь Ю.Л. ,

Воронцова Л.А. 1, Калиниченко Д.В. , Крит А.Н. , Науменко С.Н.

Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, физический факультет,

кафедра физики металлов, ул. Владимирская, 64/13, 01601 Киев, Украина 1 Институт химии высокомолекулярных соединений НАН Украины,

Харьковское шоссе, 48, 02160, Киев, Украина

E-mail: kurylyuk_a2008@ukr.net, uka4ka@ukr.net

В настоящее время кремний доминирует в солнечной энергетике, поскольку эффектив-

ные способы производства солнечных элементов (СЭ) из него хорошо известны. В то же

время для того, чтобы кремниевые СЭ оставались конкурентоспособными, требуются поиски

способов повышения их длительной стабильности.

Одной из актуальных проблем в современной солнечной энергетике является проблема

повышения стойкости кремниевых полупроводниковых приборов к действию радиации. Яв-

ления, связанные с деградацией функциональных параметров приборов, изготовленных на

основе кристаллов «солнечного» кремния (solar-Si, (s-Si)), могут протекать при облучении

приборов как с надпороговыми, так и с допороговыми энергиями. Последний случай наибо-

лее интересен, поскольку практически не изучен, но важен для понимания природы деграда-

ционных процессов при низкоэнергетических радиационных воздействиях.

Наличие пробелов, связанных с изучением влияния радиации на время жизни носите-

лей в СЭ, указывает на актуальность данной проблематики и необходимость накопления

экспериментальной информации по способам (возможностям) предотвращения деградации

электрофизических параметров СЭ при их функционировании в условиях радиационного

воздействия. В связи с этим цель настоящей работы состояла в исследовании возможностей

оптимального сочетания пассивирующего нанонаполненного полимерного покрытия и низ-

коэнергетического рентгеновского влияния, при котором деградация электрофизических па-

раметров, определяющих фото-ЭДС в базовых для СЭ кристаллах s-Si, нивелируется.

В работе использовались кристаллы s-Si, легированные бором до удельного сопротив-

ления 5 Ом∙см, которые имели кристаллографическую ориентацию поверхности 100. На

поверхность образцов s-Si были нанесены покрытия на основе эпоксиуретановых полимеров

как ненаполненных (ЭУ), так и нанонаполненных (нЭУ) толщиной 20 мкм. Формиро-

вали нЭУ через синтез полисилоксановых частиц (ПСЧ) золь-гель методом непосредственно

в среде полиоксипропиленгликоля (нПОПГ) [1]. Содержание ПСЧ в пересчете на SiO2 со-

ставляло 0,001, 0,5 и 1,0 мас .%.

Исследования, проведенные с помощью ИК-спектроскопии показали, что в нПОПГ

формируются ПСЧ, связанные с ПОПГ как водородными, так и ковалентными связями. Ис-

пользуемое в работе рентгеновское излучение было низкоэнергетическим (энергия Cukα ли-

нии составляла W=8кэВ) и малодозовым (D=0,3·102 Гр). Откликом на рентгеновскую обра-

ботку (РО) структур «s-Si+ЭУ» и «s-Si+нЭУ» служили кратковременная (τ1) и долговремен-

ная (τ2) компоненты спада фото-ЭДС. Кинетика спада фото-ЭДС изучалась при использова-

нии конденсаторного метода [2].

При исследовании роли радиационной обработки в изменении электрофизических ха-

рактеристик структур «s-Si + полимерное покрытие» были получены результаты, анализ ко-

торых позволил установить определенные закономерности.

НМІТФ – 2016

- 98 -

Время жизни носителей на поверхности и в приповерхностной области кристаллов s-Si,

характеризуемое, соответственно, параметрами τ1 и τ2, для «s-Si+нЭУ» было больше времени

жизни носителей, измеряемого для «s-Si+ЭУ», а также для s-Si без покрытия (см. рис.1). При

этом максимальное отличие наблюдалось при содержании в покрытиях 0,001 и 1,0 мас.%

ПСЧ, а минимальным отличием характеризовались структуры, содержащие 0,5 мас.% ПСЧ.

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00

10

20

30

40

50

4

5

C, масс.% ПСЧ

1,

мкс

1

2

3

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00

100

200

300

400

500

600

C, масс.% ПСЧ

5

4

2,

мкс

2

3

1

а) б)

Рис.1. Зависимости кратковременной (τ1) (а) и долговременной (τ2) (б) компонент спада

фото-ЭДС от содержания ПСЧ в эпоксиуретановой матрице, измеренные в исследуемых

структурах: 1 – контрольные (исходные) структуры «s-Si+нЭУ»; 2 – структуры «s-Si+нЭУ»;

прошедшие рентгеновскую обработку; 3 – контрольные (исходные) структуры «s-Si+ЭУ»; 4

– структуры «s-Si+ЭУ», которые прошли рентгеновскую обработку; 5 – образцы s-Si без по-

лимерных покрытий.

Характер изменения параметров τ1 и τ2 в зависимости от содержания ПСЧ в исследуе-

мых структурах после рентгеновского воздействия был диаметрально противоположен ха-

рактеру изменения указанной зависимости в структурах, не подвергавшихся РО.

Так, при минимальном (0,001 мас.%) и максимальном (1,0 мас.%) содержании ПСЧ в

нЭУ покрытиях значения параметров τ1 и τ2 в исследуемых структурах сразу после РО

уменьшались по сравнению со структурами, которые не подвергались РО. В отдельных слу-

чаях эти параметры приближались к значениям, присущим образцам без покрытий. В то же

время при содержании в исследуемой структуре ПСЧ в количестве 0,5 мас.% имело место

радиационностимулированное увеличение параметров τ1 и τ2.

Отличие в характере пассивирующих функций, проявляющееся в покрытиях с различ-

ным содержанием нанонаполнителей, может быть связано как с различием структурных осо-

бенностей нанокомпозиций, так и с различной степенью их деструкции под влиянием РО. Не

исключено, что специфика структуры и особенности деструкции нанонаполненных полиме-

ров оказывают влияние на адгезионные характеристики покрытий и, соответственно, обу-

славливают их способность к эффективной пассивации поверхности.

Вывод: проведенный в работе поиск возможностей оптимального сочетания пассиви-

рующего нанонаполненного эпоксиуретанового покрытия и низкоэнергетического рентге-

новского излучения, обеспечивающего минимальную деградацию функциональных характе-

ристик солнечных элементов, изготовленных на основе кристаллов s-Si, показал, что

наибольшую радиационную стойкость проявляют покрытия при содержании наполнителя

(ПСЧ) 0,5 мас.%. Содержание в полимерной матрице ПСЧ в количестве 0,5 мас.% предот-

вращает радиационное повреждение кристаллов s-Si, а при наличии в ЭУ ПСЧ в количестве

0,001 и 1,0 мас.% наблюдаются достаточно большие рекомбинационные потери.

Список использованной литературы:

1. Л.Н. Ященко, Т.Т. Тодосийчук, В.Н. Терещенко, Г.В. Дударенко, Л.А. Воронцова. По-

лимерный журнал, 34 377 (2012).

2. C. Munakata, S. Nishimatsu, N. Honma, K. Yagi, Jpn. J. Appl. Phys. 23, 1451 (1984).

НМІТФ – 2016

- 99 -

УДК 544.636+544.653

СУПЕРКОНДЕНСАТОРЫ С ВЫСОКОЙ УДЕЛЬНОЙ МОЩНОСТЬЮ

ДЛЯ ГИБРИДНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ

Вей Хан1, Изотов В.Ю. 1,2, Ши Лун Лю 1

Институт физики Цзилинского университета, 2699, г.Чанчунь, 130012, КНР,

e-mail: whan@jlu.edu.cn 2Институт физики полупроводников им. В.Є. Лашкарева , НАН Украини, проспект Науки 41,

Киев, 03028, Украина

Истощение углеродных энергоресурсов и, как следствие, существенное увеличение их

себестоимости одна из наиболее актуальных проблем настоящего времени. Вследствие этого

возникает необходимость не только в поисках альтернативных источников питания и накоп-

лении энергии, но и в рациональном использовании накопленной энергии. Наиболее пер-

спективными для этой цели считаются перезаряжаемые источники питания.

Традиционно электрическую энергию накапливают в аккумуляторах, или в конденса-

торах. Недостатком аккумуляторов считается ограниченная удельная мощность. Аккумуля-

торы способны хранить большое количество энергии, но не способны быстро ее отдать по-

требителю. Конденсаторы, с другой стороны, обладают высокой удельной мощностью, но

могут работать в течение короткого времени. Их удельная энергия значительно меньше, чем

у аккумуляторов. Поэтому использование аккумуляторов является целесообразным, когда

энергию необходимо отдавать в течение длительного времени (от нескольких минут до не-

сколько часов). Конденсаторы же демонстрируют наилучшие эксплуатационные параметры

в диапазоне времени, которое измеряется микро- и миллисекундами. В случаях, когда необ-

ходимо передавать энергию импульсами в диапазоне времени от миллисекунд до десятков

секунд, как аккумуляторы, так и конденсаторы малоэффективны. Для таких целей наиболее

перспективными является суперконденсаторы (СК).

Удельная энергоемкость аккумуляторов на три порядка выше, чем у СК, но у них су-

щественно уже температурный диапазон, количество циклов заряд/разряд составляет поряд-

ка 103 и они чувствительны к перегрузкам по току. Из сказанного видно, что свойства СК

существенно дополняют и расширяют эксплуатационные возможности аккумуляторов. По-

этому, совмещение СК и аккумуляторов в одном блоке питания, т.е. создания гибридного

источника питания на базе СК и аккумуляторов представляется весьма переспективным.

Удельная энергия современных СК изменяется в пределах от 103 Дж/кг до 104 Дж/кг.

Удельная импульсная мощность СК колеблется в пределах от 10 до 20 kWkg-1 [1]. Учитывая

то, что именно высокая удельная мощность является наиболее превлекательной стороной СК

дальнейшее увеличение удельной мощности можно считать основным направлением модер-

низации СК. Высокие значения удельной импульсной мощности достигаются, за счет низких

значений внутреннего сопротивления.

Внутреннее сопротивление СК включает в себя контактное сопротивление между

коллектором тока и углеродсодержащей составляющей электрода, сопротивление межэлек-

тродной области, разделенной сепаратором и пропитанной электролитом и сопротивления

составляющей электрода, изготовленной из пористого углерода. Рассмотрим, каким образом

можно влиять на перечисленные выше составляющие внутреннего сопротивления.

В СК изготовленных на базе органических электролитов в качестве коллектора тока

используется алюминий. Поверхность алюминия быстро окисляется и поэтому она всегда

покрыта тонким слоем оксида, который является диэлектриком. Это приводит к существен-

ному увеличению контактного сопротивления. Для решения этой задачи используется моди-

фикация металлического коллектора тока путем внедрения в его поверхность частичек угле-

НМІТФ – 2016

- 100 -

рода. Углеродные частички создают электрохимически устойчивые переходные участки

между металлическим алюминием и углеродсодержащей составляющей. Это приводит к су-

щественному уменьшению контактного сопротивления.

Одним из эффективных методов модификации поверхности металлического коллек-

тора можно считать электроискровой метод. Суть метода состоит в том, что при обработке в

качестве одного из электродов выступает металлический коллектор, а в качестве второго ис-

пользуется графитовый стержень. Во время электроискрового разряда происходит локальное

плавление металла при этом микрочастицы графита, переносятся с графитового электрода и

вплавляются в поверхность коллектора. После такай обработки металлического коллектора

величина удельного контактного сопротивления не превышает 0.01 Ом*см2.

Вторая существенная составляющая внутреннего сопротивления СК –сопротивление

составляющей электрода, изготовленной из пористого углеродного материала. Эта состав-

ляющая сопротивления, в основном, определяется сопротивлением диффузии ионов, кото-

рые диффундируют по порам пористого материала. Отметим, что пристая система состоит из

двух подсистем – микропор, в которых накапливается заряд и транспортных каналов, по ко-

торым осуществляется диффузия ионов из углеродного материала в объем электролита. Ко-

эффициенты диффузий по транспортным каналам и микропорам существенно отличаются.

Сопротивление в микропорах на нсколко порядков выше, чем в транспортных каналах.

Рассмотрим изменение сопротивления при изменении толщины электродов. При ма-

лых толщинах, порядка единиц микрон, сопротивление определяется сопротивлением мик-

ропор. С увеличением толщины электродов колличество микропор участвующих в процессе

заряда (разряда) увеличивается, что приводик к уменьшению этой составляющей сопротив-

ления. С другой стороны с ростом толщины электродов увеличивается путь, который необ-

ходимо проходить ионам по транспортным каналам и, следовательно, увеличивается эта со-

ставляющая сопротивления. Из сказанного следует, что должна существовать оптимальная

толщина электродов, при которой суммарный вклад в сопротивление от перечисленных вы-

ше составляющих будет минимальным. Оптимальная толщина электродов зависит от разме-

ра пор углеродного материла, гранулометрического состава углеродного материала, состава

электролита, состава композитного материала из которого изготавливаюся электроды и тех-

нологии изготовления электродов. Оптимальная толщина электродов определяется экпери-

ментально.

Исследования, проведенные в нашей лаборатории, показали, что для углеродного ма-

терила с размером пор 2-3 нм, размером гранул углеродного материала не больше 10 мкм для

электролита концентрации 1,3 М Et4NBF4 в ацетонитриле, оптимальная толщина электродов

колеблется в пределах от 40 до 60 мкм.

Использование результатов научных исследований позволило нам изготовить макеты

СК емкостью 4000 Ф, со следующими удельными характеристиками: удельная энергия 7.44

Вт*час/кг, удельная импульсная мощность 5570 Вт/кг. Следует отметить, что эти удельные

характеристики превосходят лучшие образцы ведущих фирм-производителей СК.

Список использованной литературы

1. Burke Andrew. Review. Ultracapacitor technologies and application in hybrid and elec-

tric vehicles/Andre Burke// Int. J. Energy Res. – 2010. – V. 34. – P.133–151.

НМІТФ – 2016

- 101 -

УДК 621.311.25

МОБІЛЬНА СОНЯЧНА СТАНЦІЯ «СОЛАР 1»

Оксанич А.П., Притчин С.Е., Когдась М.Г.

Кременчугский национальный университет имени Михаила Остроградского,

ул. Первомайская, 20, г. Кременчуг, 39600, Украина, e-mail: kogdasMAX@yahoo.com

У наш час особливо актуальним є використання альтернативних джерел енергії, серед

яких енергія сонячного світла займає далеко не останнє місце.

Тільки за останні 5 років інвестиції в альтернативну енергетику зросли на 30% і скла-

ли понад 243 млрд. $. Сумарна встановлена потужність фотовольтаїки в Європі перевищує

16 ГВт, в світі - майже 40 ГВт.

В Україні також спостерігається зростання інвестування в даний сектор. У нашої дер-

жави хороші показники інсоляції (річного потоку сонячної радіації), що становить в серед-

ньому 1200 кВт * год на 1 м2, що значно більше, ніж в Німеччині - найбільшому ринку фото-

вольтаїки в ЄС. Технічно досяжний потенціал сонячної енергетики України оцінюється на

рівні 50 ТВт * год на рік.

Дуже серйозною перешкодою розвитку сонячної енергетики в Україні є порівняно ви-

сока ціна сонячних модулів, середня вартість яких вище в 1,5 рази, ніж у Китаї, і майже на

20% - ніж в Європі.

Якщо розглядати сонячну енергетику в частині фотовольтаїки, то можна виділити три

напрямки за якими відбувається розвиток.

Перший напрямок - це промислові сонячні станції потужністю понад 50 МВт призна-

чені для промислової вироблення електроенергії.

Другий напрямок - це стаціонарні сонячні станції потужність десятки кіловат призна-

чені для забезпечення енергією будинків, кемпінгів, автозаправок, малоенергоємких підпри-

ємств і т.д.

Третій напрям - це малопотужні автономні мобільні станції потужністю до 1 кВт, при-

значені для електроживлення обладнання далеко від основних джерел електроенергії, або

для використання в якості резервно-аварійного джерела. В цей напрямок входять автономні

мобільні сонячні станції, які можуть використовуватися для вирішення досить широкого ко-

ла завдань.

Рисунок 1 – Структурна схема мобільної сонячної станції «Солар 1»

НМІТФ – 2016

- 102 -

До складу мобільної сонячної станції зазвичай входять сонячні панелі, пристрій збері-

гання енергії - акумулятор, контролер заряду акумулятора і інвертор, для отримання напруги

220 В 50 Гц для живлення споживачів змінного струму.

На базі НДІ «ТНІКС» розроблено та виготовлено мобільну сонячну станцію «Со-

лар 1». Структурна схема мобільної сонячної станції «Солар 1» представлено на рис.1

До складу станції входять дві сонячні батареї потужністю 50 Вт кожна, АКБ ємніс-

тю 60 - 100 А / год, контролер заряду АКБ, мікроконтролер моніторингу параметрів стан-

ції і інвертор потужністю 500 Вт.

Станція дозволяє здійснювати електроживлення приладів та електрообладнання

напругою змінного 220 В, 50Гц або 12 В постійного струму далеко від основних джерел

електроенергії при споживаної навантаженням потужністю 800 Вт/добу.

а) б)

Рисунок 2 – Зовнішній вигляд мобільної сонячної станції «Солар 1» (а) вид в зібрано-

му стані, б) установка станції в польових умовах)

Висновки

Мобільна сонячна станція предназначена для електроживлення приладів та електро-

обладнання далеко від основних джерел електроенергії або в аварійних ситуаціях при тимча-

совій відсутності електроенергії. Застосовується як мобільний комплекс аварійного або ре-

зервного електроживлення: віддалені блок пости: контрольно -пропускні пости; віддалені

гарнізони; підрозділи МНС; польові шпиталі; навігаційні знаки; сигналізація.

НМІТФ – 2016

- 103 -

A NEW CARBON PHASE CONSTRUCTED BY LONG-RANGE ORDERED

AMORPHOUS CARBON CLUSTERS FROM COMPRESSING FULLERENE

SOLVATES

Bingbing LIU State Key Lab of Superhard Materials, Jilin University, Changchun 130012, P.R.China

Carbon nanomaterials, such as nanotubes, fullerene, provide us ideal carbon sources to study

novel phase and design new carbon materials induced by high pressure. A novel carbon material has

been recently reported from compressing C60 solvates (C60/m-xylene) and the obtained high pres-

sure phase---the ordered amorphous carbon cluster (OACC) structure, breaks our inherent under-

standing of the categorization of various phases and adds a new member to the list of structures

[Wang et al, Science 337, 825 (2012)]. Here, another example of OACC is also presented from

compressing C70/m-xylene in which amorphized and highly compressed C70 units act as building

blocks. A new phase transition occurs in the compression process, which is very different from

compressing C60/m-xylene, indicating OACC structure can be tuned by changing the initial fuller-

ene molecules. The deformation of fullerene molecules under pressure and the formation mecha-

nism of the high pressure hard phase have also been revealed. Our study extends the OACC struc-

ture to larger fullerenes and suggests a universal rule for the high pressure behaviors of lower sym-

metry systems of solvated fullerenes [Cui et al, Adv Mater 26, 725 7(2014) ]. We also have com-

pressed a series of intercalated fullerene solvated, pre-designed by selecting various solvents with

special features and found that solvents with hexagons are able to form OACC structures and pro-

mote π-electron rehybridization between high pressured induced amorphous cluster and solvents

under pressure (Yao etal, Adv Mater 27, 3962 (2015).

ORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES, PERFORMANCE

IMPROVEMENT BY LASER MICRO-NANOSTRUCTURING

Hong-Bo Sun*, Yan-Gang Bi , and Jing Feng

State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, College of Electronic Science and Engineer-

ing, Jilin University, 2699 Qianjin Street, Changchun 130012, China. E-mail: hbsun@jlu.edu.cn

Micro-nanostructures with wavelength to subwavelength-scale periodicity have played im-

portant roles in organic semiconductor devices, such as organic light-emitting devices (OLEDs) and

organic solar cells (OSCs), through manipulating the generation and propagation of photons in ma-

terials. We have investigated systematically the fabrication of micro-nanostructures by laser in or-

ganic semiconductor devices and their effects on improving the device performance. The wave-

guide and surface plasmon-polariton (SPP) modes that were generally lost in conventional planar

OLEDs have been successfully recovered by employing the micro-nanostructure, and a much en-

hanced light extraction has been observed. The introduction of the periodic micro-nanostructures

into the top-emitting OLEDs (TOLEDs) is effective in relieving the tradeoff between device life-

time and efficiency, through the coupling of the SPPs modes and the microcavity modes. A micro-

structured cavity with periodically and gradually changed cavity length has been introduced into the

TOLEDs and exhibited its effects in eliminating the angular dependence of the emission wave-

length and intensity. Dual-periodic micro-nanostructures which excite the SPPs resonance at two

separate wavelengths have been introduced into the metallic electrodes of the white organic light-

emitting devices (WOLEDs) to realize a broadband light extraction. Recovering the power lost to

SPPs at both cathode and anode interfaces in OLEDs with dual metallic electrodes, simultaneously,

НМІТФ – 2016

- 104 -

has been achieved by introducing the dual periodic corrugations. Moreover, the enhanced power

conversion efficiency has been realized by integrating micro-nanostructures in OSCs, and broad-

band optical absorption has also been enhanced by introducing the dual periodic corrugations in

OSCs [1-5].

References

1. Yin D, Feng J, Ma R, Liu YF, Zhang YL, Zhang XL, Bi YG, Chen QD and Sun HB, Effi-

cient and mechanically robust stretchable organic light-emitting devices by a laser-programmable

buckling process, Nature Commun. 7 (2016).

2. Ding R, Feng J, Zhang XL, Zhou W, Fang HH, Liu YF, Chen QD, Wang HY and Sun

HB, Fabrication and characterization of organic single crystal-based light-emitting devices with

improved contact between the metallic electrodes and crystal, Adv. Funct. Mater. 24, 7085 (2014).

3. Bi YG, Feng J, Li YF, Zhang XL, Liu YF, Jin Y, and Sun HB, Broadband light extraction

from white organic light-emitting devices by employing corrugated metallic electrodes with dual

periodicity, Adv. Mater. 25, 6969 (2013).

4. Jin Y, Feng J, Zhang XL, Bi YG, Bai Y, Chen L, Lan T, Liu YF, Chen QD, and Sun HB,

Solving efficiency-stability tradeoff in top-emitting organic light-emitting devices by employing pe-

riodically corrugated metallic cathode, Adv. Mater. 24, 1187 (2012).

5. Fang HH, Ding R, Lu SY, Yang J, Zhang XL, Yang R, Feng J, Chen QD, Song JF, and

Sun HB, Distributed feedback lasers based on thiophene/phenylene co-oligomer single crystals,

Adv. Funct. Mater. 22, 33 (2012).

УДК 544.636+544.653

ВПЛИВ ПОТЕНЦІАЛУ НА ІНТЕГРАЛЬНУ ЄМНІСТЬ

СУПЕРКОНДЕНСАТОРІВ

Ізотов В. Ю.1,2, Клюй М. І. 1,2, Селіхова А. В.1, Гавриков Д. С.2, Северінова І.Д.2, Братусь Т.І.3

1Інститут фізики Цзілінського університету, 2699, м.Чанчунь, 130012, КНР 2Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова , НАН України, проспект Науки 41,

Київ, 03028, Україна, e-mail: vizotov@bigmir.net 3Національний технічний університет України “ Київський політехнічний інститут ”

просп. Перемоги, 37,Київ, 03056, Україна

Прогрес у створенні нових удосконалених суперконденсаторів базується на незапере-

чних успіхах, досягнутих у розумінні електрохімічних процесів, що мають місце у суперкон-

денсаторах (СК) при їх експлуатації. Проте, до теперішнього часу залишається невирішеним

ряд фундаментальних питань. До таких питань можна віднести залежність ємності від поте-

нціалу. Деякі автори вважають [1,2], що ємність залежить від струму, яким заряджається (ро-

зряджається) суперконденсатор. На теперішній час чіткої відповіді на це питання немає.

Крім того, систематично не досліджено зв’язок ємності пристрою з різницею потенціалів на

його електродах, а також не встановлено, на скільки суттєво впливає цей зв’язок на робочі

характеристики СК. Вирішенню зазначеної проблеми і присвячена дана робота.

В якості об’єкта дослідження було обрано макет СК, електрохімічна система якого

складається з поруватих вугільних електродів в контакті з органічним електролітом. Активо-

ваним матеріалом слугувала вугільна тканина АУВМ «Дніпро». В якості електроліту вико-

ристовувався 1,3 М розчин триетилметиламонію тетрафторборату в ацетонітрилі. Макети

заряджались до потенціалів 2,5; 2,25; 2; 1,75 та 1,5 В. З метою зменшення похибки експери-

менту, пов’язаної з впливом ефекту перерозподілу заряду [3], макет СК витримувався при

постійному потенціалі протягом шести годин. Потім макет СК розряджався до нуля.

НМІТФ – 2016

- 105 -

Таблиця. Залежність питомої інтегральної ємності макету суперконденсатора з електродами

з вугільної тканини АУВМ «Дніпро» від різниці потенціалів на його зовнішніх клемах для

різних значень струмів розряду.

U ,

В

I 2А I 1,5А I 1А I 0,5А I 0,1А

t ,

c

C ,

Ф см-3

t ,

c

C ,

Ф см-3

t ,

c

C ,

Ф см-3

t ,

c

C ,

Ф см-3

t ,

c

C ,

Ф см-

3

2,5 32 12,1 49 10,9 78 11,5 157 11,5 783 11,4

2,25 27 11,3 47 11,7 67 11,0 130 10,6 671 10,9

2,0 23 10,9 37 10,4 55 10,2 110 10,1 572 10,5

1,75 19 10,4 31 10,0 45 9,6 93 9,8 481 10,0

1,5 16 10,3 25 9,4 40 9,9 80 9,8 393 9,6

У таблиці представлено значення питомої інтегральної ємності, яку було обчислено з

урахуванням об’єму електрохімічної системи макету СК, що становив 2,75 см3. Як видно з

таблиці, питома ємність макету СК не залежить від струму, яким здійснювався розряд, але

чітко простежується її залежність від потенціалу. Співвідношення між питомою інтеграль-

ною ємністю та U досить добре апроксимується лінійною функцією. Припускаючи, що така

залежність має місце при усіх значеннях потенціалів, починаючи з нуля, її можна описати

рівнянням:

0( )C U C U (1)

де С0 – питома ємність при нульовій різниці потенціалів на зовнішніх клемах макетів, α –

коефіцієнт пропорційності. Для досліджуваної системи коефіцієнт пропорційності α =

1,8 ФВ-1см-3 .

Аналіз експериментальних даних, проведений для макетів СК, виготовлених з вико-

ристанням різних активованих вугільних матеріалів, свідчить про те, що ємність лінійно зро-

стає зі збільшенням потенціалу і ця залежність має універсальний характер. Можна вважати,

що вона відображає властивості електрохімічної системи пористий вугільний елект-

род/органічній електроліт.

Теоретичні оцінки енергоємності СК, проведені без урахування залежності його єм-

ності від потенціалу, приводять до занижених значень. Тому вважати, що повною характери-

стикою СК є лише його електрична ємність, не можна. Для повної характеристики енергоєм-

ності СК потрібно надавати додаткову інформацію, яка характеризує специфіку його елект-

рохімічної системи, а саме значення коефіцієнту, що визначає залежність ємності від потен-

ціалу.

Дослідження впливу складових електрохімічної системи (структури пористого ву-

гільного матеріалу, складу електроліту тощо) на коефіцієнт пропорційності α з метою його

збільшення представляє не тільки теоретичний, але й значний практичний інтерес. Вказане

слід розглядати як орієнтир для науковців, що працюють над створенням нових активованих

матеріалів та електролітів для суперконденсаторів.

Список використаної літератури

1. Maletin Yu. Physicochemical origins of EDLC performance improvement: APCT approach to

record-breaking ultracapacitors / Maletin Yu., Strizhakova N., Podmogilny S., Danilin V., Maletin

A., Gromadskiy D., Gozhenko O. // Proceedings of the 18th Seminar on Double Layer Capacitors

and Hybrid Energy Storage Devices. Deerfield Beach, FL, USA. December 8–10, 2008. – P. 224–

229.

2 Maletin Yu. Next generation of APCT ultracapacitors: high performance, low cost, safety / Malet-

in Yu, Strizhakova N., Podmogilny S., Danilin V., Maletin A., Gromadsky D., Gozhenko O., Bilodid

НМІТФ – 2016

- 106 -

V. // Proceedings of the Advanced Automobile & Battery Conference. Tampa, FL, USA. May, 12–

16, 2008. – P. 95–99.

3. Black J. Prediction of the self-discharge profile of an electrochemical capacitor electrode in the

presence of both activation-controlled discharge and charge redistribution / Black J., Andreas A. //

Journal of Power Sources. – 2010. – V. 195. – P. 929–935.

НМІТФ – 2016

- 107 -

ПЕРСПЕКТИВНІ МЕТОДИ ОТРИМАННЯ

НАПІВПРОВІДНИКОВИХ МОНОКРИСТАЛІВ,

ТОНКИХ ПЛІВОК ТА КВАНТОВО-РОЗМІРНИХ

СТРУКТУР

Перспективні методи вирощування напівп-

ровідникових монокристалів, тонких плівок

та квантово-розмірних структур. Фундамен-

тальні дослідження процесів росту криста-

лів; пошук нових кристалічних та наностру-

ктурних середовищ з функціонально важли-

вими властивостями; фундаментальні основи

нанотехнологій.

Дефектоутворення, міжфазна взаємодія та

релаксаційні процеси.

Вимірювання, контроль та управління пара-

метрами напівпровідникових матеріалів в

технологічних процесах.

Діагностика фізичних властивостей напівп-

ровідникових матеріалів.

Моделювання фізичних і фізико-хімічних

процесів в монокристалах, епітаксійних плі-

вках та приладових структурах на їх основі.

НМІТФ – 2016

- 108 -

УДК 577.472:551.48

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ИНФОРМАТИКА В НАНОТЕХНОЛОГИЯХ

Богорош А.Т.

Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт»:

03056, г. Киев, пр. Перемоги, 37, корп.1, ауд.197-1, E-mail: fondfti@kpi.ua

В процессе образования гетероструктур, в т.ч. полупроводниковых, нанослои образу-

ются неравномерно. Для выравнивания функциональных параметров эти слои приходится

увеличивать по толщине, что не всегда оправдано энергетически и экономически. Кроме то-

го, большинство мелких технологических отклонений от оптимальных режимов не учитыва-

ется и не подвергается подробной статистической обработке во времени, что не позволяет

фиксировать нарушения конкретных обстоятельств.

Послойное изучение образования мелкокристаллических структур с привлечением

современного оборудования в институтах НАН Украины и России (электросварки им.

Е.О. Патона, геофизики им. С.И. Субботина, общей и неорганической химии

им. В.И. Вернадского, кристаллографии им. А.В. Шубникова, Московского университета

им. М.В. Ломоносова и других). Так, например, растровая электронная микроскопия с раз-

решением до 3 ангстрем, масс-спектрометрия, рентгенофазовый и другие локальные методы

исследований позволяют фиксировать все отклонения от нормативов технологических про-

цессов во время образования и роста гетероструктур с атомным и наноразмерным разреше-

нием из различных материалов таблицы Д.И. Менделеева. Систематизация результатов в за-

висимости от внешних физических, химических и других воздействий позволяет предсказы-

вать ход синтеза и роста структур, а также постоянно управлять процессом образования ге-

тероструктур, в т.ч. полупроводниковых изделий с заданными свойствами.

Огромное количество параметров комплексных методов исследований сложных мно-

гокомпонентных слоистых гетероструктур с большим трудом поддается автоматизации про-

цесса образования на подложках соответствующих наноразмерных кристаллических систем.

На практике имеются примеры управляемого синтеза многослойных гетероструктур с пред-

варительным прогнозированием функциональных свойств [1]. Так, например, известны бо-

лее 100 энергоёмких объектов от Сингапура и Сахалина до Москвы и Северного Кавказа, на

которых внедрялись результаты физико-химической информатики, получены десятки патен-

тов. На этом основании академики Н.В. Белов, Л.А. Кульский, В.П. Семиноженко и другие

отмечали о зарождении в Украине нового научного направления: физико-химической ин-

форматики [2], а с 2007 года впервые по разрешению ректора НТУУ КПИ академика

М.З. Згуровского начато изучение этого предмета бакалаврами и магистрами в Киеве. В

дальнейшем результаты направления начали изучать в университетах Каунаса (Литва), Ки-

шинева (Молдова), Черновцов (Украина) и др. вузах. Издано учебное пособие для вузов [3].

Интерес к этому направлению проявляли в Италии (Винченца), Венгрии (Будапешт),

Польше (Лодзь, Варшава), Китае (Харбин, Муданьдзян), России (Владивосток, Москва, Сан-

кт-Петербург, Минводы), США (Денвер, Нью-Йорк) Великобритании (Оксфорд) .

Список использованной литературы

1. Богорош А.Т., Белов Н.В. и др. Управляемый синтез игольчатых кристаллов // ДАН

СССР, 1976. – Т. 224. – 3. – С. 928-931. 2. Соминоженко В.П., Богорош А.Т. Фізико-хімічна інформатика: народження ново-

го наукового напряму //Вісник НАН України. – Київ, 1990. – 10. – С.15-19. 3. Богорош А.Т., Воронов С.А., Шайко-Шайковский А.Г. Управління властивостями

сполук та їх прогнозування. Фізико-хімічна інформатика: Навчальний посібник // Чернівці:

Чернівецький національний університет, 2010. – 232 с.

НМІТФ – 2016

- 109 -

ОПТИМИЗАЦИЯ УСЛОВИЙ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ С

ОДНОРОДНЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ПРИМЕСЕЙ 1)Критская Т.В., 2)Журавлёв В.Н., 3) Левинзон Д.И. 1)ЗГИА, 69006, Запорожье, пр. Соборный, 226. Украина, krytskaja@mail.ru 2)ГТГ ГП «Ивченко – Прогресс», 69068, Запорожье, ул. Иванова, 2. ws1950@bk.ru 3)Кременчугский национальный университет им. М.Остроградского, 69600, Кременчуг, ул.

Первомайская, 20. nmr_kpu@mail.ru

Понятие примесной однородности подразумевает обеспечение минимальных отклонений

значений электрофизических параметров от заданных величин в пределах как микрометров, так

и нескольких десятков сантиметров по длине и поперечному сечению монокристалла. Проводи-

мые на протяжении 20…30 лет исследования показали, что распределение примеси в объеме

монокристалла, в основном, определяется процессами тепло-массопереноса в расплаве, из кото-

рого он растет. Созданы многоуровневые математические и физические модели, описывающие

корреляцию между распределением примесей и дефектов в монокристалле с условиями его ро-

ста. Большое внимание уделяется анализу продольной и поперечной макронеоднородности рас-

пределения примесей. Делаются попытки решения пространственных задач о колебаниях дина-

мических и температурных полей, приводящих к конвективной неустойчивости в расплаве и по-

лосчатой микронеоднородности в монокристалле. При оценке неоднородности выделяют фун-

даментальные (массоперенос в диффузионном слое, испарение примеси из расплава, протекание

фазовых превращений в области существования твёрдых и жидких растворов) и технологиче-

ские причины (характеристики процесса выращивания, взаимодействие электрически активных,

фоновых и модифицирующих примесей) неравномерного распределения электрофизических

параметров монокристалла. Известны работы по установлению влияния энергетических воздей-

ствий на процесс роста (ультразвук, пропускание электрического тока, кратковременные оста-

новки вращения тигля, искусственная деформация диффузионного слоя под растущим кристал-

лом). Признанным в мировой практике является процесс выращивания по методу Чохральского

монокристаллов кремния диаметром ≥200 мм при наложении энергии постоянного магнитного

поля. Магнитное воздействие подавляет свободную конвекцию в расплаве, обеспечивает почти

равновероятную доставку примеси для всех точек поверхности фронта кристаллизации, что поз-

воляет получать заданную концентрацию кислорода в диапазоне значений (5…18)∙1017 см-3. Од-

нако перечисленные методы не могут объяснить происхождение микронеоднородности распре-

деления электрофизических параметров монокристалла, имеющей на картограммах характер-

ную симметрию, соответствующую кристаллографической ориентации (рис. 1).

Рисунок1 – Картограмма распределения τннз по пластине кремния ориентации <100>

Основываясь на результатах ранее проведенных исследований, с учетом влияния сто-

хастических энергетических воздействий на мультифазовые переходы в процессе кристалли-

зации, предлагается гипотеза, предполагающая связь суперпозиции энергий внешнего воз-

действия на расплав (градиент температуры, фазовые переходы, конвекция) с внутренней

энергией атомов кремния, что приводит к изменению параметра порядка атомов. Функция

взаимодействия внутренней энергии атомов и внешней энергии является системообразую-

НМІТФ – 2016

- 110 -

щей в части динамики параметров процесса самоорганизации, который определяет электро-

физические параметры кристалла.

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ КРЕМНИЯ

ДЛЯ ЭЛЕКТРОНИКИ И СОЛЕНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

1)Критская Т.В., 2)Шварцман Л.Я. 1)ЗГИА, 69006, Запорожье, пр. Соборный, 226. Украина, krytskaja@mail.ru 2)Компания «Силидо», Амейсгассе, 65, Вена, Австрия 1140, E-mail: schv@mail/ru

Проведен анализ существующих промышленных технологий получения поли- и моно-

кристаллического кремния. Показано, что технологии дешевого кристаллического кремния,

создававшиеся для скорейшего удовлетворения потребностей солнечной энергетики в сырь-

евом продукте чистотой 5…6N, утратили свою актуальность. Невозможность очистки техни-

ческого кремния (UMG-Si) от примесей металлов металлургическими методами (Вridgman

Solidification, Head Exchange Method, Ribbon Silicon), низкий выход годного продукта в кри-

сталлизационных процессах, мультикристаллическая структура приводят к невоспроизводи-

мости характеристик ФЭП, невысокому КПД (12…18%) и существенной деградации свойств

(LID ~ 20%) в процессе эксплуатации. Возросшие требования к эффективности фотоэлектри-

ческих преобразователей (ФЭП), повышению безотказности их работы и срока службы при-

вели к росту использования монокристаллического кремния (табл.). Однако традиционные

методы получения монокристаллов (Чохральсого CZ-Si, бестигельная зонная плавка FZ-Si)

могут быть реализованы только при использовании в качестве сырья поликристаллического

кремния полупроводниковой чистоты. Альтернативным получением монокристаллического

кремния для ФЭП признан недавно разработанный метод ориентированной направленной

кристаллизации (квази-моно Si; MonoCastTM), однако экономические перспективы его ис-

пользования ещё до конца не ясны.

Среди ряда известных промышленных технологий поликристаллического кремния (по-

ли-Si) наиболее распространена и востребована испытанная временем, коммерчески доступ-

ная технология Siemens (водородное восстановление трихлорсилана SiHCl3). С 2012 по 2015

г.г. общий уровень потребления поли-Si вырос, в среднем, на 60%, в частности, для фото-

вольтаики (PV) на ~ 53%. Для нужд «интеллектуальной» электроники его потребление до-

статочно стабильно (~ 30 тыс. т в год). Это связано с существенным удорожанием промыш-

ленных технологий и оборудования процессов получения монокристаллов (диаметром ≥ 300

мм), интегральных схем на их основе, удовлетворением спроса на изделия микро-, наноэлек-

троники (компьютеры, ноутбуки, смартфоны) и ограниченностью доступа на рынок продук-

ции небольших фирм.

Технологии

кремниевых

ФЭП

2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

На основе моно-

Si (CZ)

34% 27% 33% 36% 37% 38% 40%

На основе «ква-

зи-моно»

0% 0% 1% 7% 14% 19% 23%

На основе муль-

ти-Si

47% 58% 55% 50% 42% 36% 29%

Тонкоплёночные 18% 13% 10% 7% 7% 7% 8%

Ленточные 1% 2% 1% 0% 0% 0% 0%

НМІТФ – 2016

- 111 -

Монокристаллы кремния для электроники должны иметь высокую макро- и микроод-

нородность распределения электрофизических параметров, нормируемые содержания кисло-

рода и углерода, а также гарантируемый уровень термостабильности, радиационной стойко-

сти и механических свойств. Достижение высокой микро- и макрооднородности распределе-

ния легирующих элементов и кислорода возможно при использовании разработанного нами

метода обдувки поверхности расплава двумя потоками аргона. Первый поток направлен

сверху вниз к поверхности расплава, коаксиально растущему кристаллу (традиционно ис-

пользуемый при выращивании CZ-Si), а второй поток аргона подаётся под углом к поверхно-

сти расплава в виде струй. При регулируемой интенсивности обдува поверхности расплава

аргоном (задаваемой количеством струй) обеспечивается создание автономных потоков вы-

нужденной конвекции в расплаве, что обеспечивает протяженный участок монокристалла с

содержанием кислорода на уровне (8±1)∙1017 см-3. Также становится возможным уменьшить

концентрацию углерода в выращенных монокристаллах вплоть до значений, меньших, чем в

исходном сырье, осуществлять процесс выращивания с остановкой вращения тигля (возмож-

ность реализации жидкостной подпитки расплава), обеспечить высокую микро- и макроод-

нородность распределения легирующего элемента и кислорода (на уровне 5…6%) и устой-

чиво поддерживать величину τннз на уровне ≥4 УЭС. Улучшение механических свойств мо-

нокристалла (повышение выхода годного при резке на пластины, устранение коробления

пластин безотносительно к глубине нарушенного слоя) возможно при реализации процесса

выращивания в потоке азота. Такая замена существенно удешевляет процесс. В монокри-

сталлах CZ-Si<N> наблюдаются пониженные концентрации углерода и термодоноров, а так-

же интенсифицируется преципитации кислорода при термообработках, сопровождающих

процесс внутреннего геттерирования. При производстве интегральных схем на основе моно-

кристаллов CZ-Si<N> обеспечивается повышенная эффективность формирования и функци-

онирования внутреннего и внешнего геттера, по сравнению с использованием CZ-Si<Ar>.

Легирование кремния германием приводит к компенсации внутренних упругих напряжений

его кристаллической решетки, связанных с присутствием кислорода в CZ-Si. Это обеспечи-

вает повышение термостабильности и радиационной стойкости монокристаллов (за счёт по-

давления распада твёрдого раствора кислорода и образования радиационных дефектов). В

зависимости от концентрации германия, использование монокристаллов CZ-Si<P,Ge> пер-

спективно при изготовлении силовых полупроводниковых приборов, солнечных элементов,

интегральных схем с повышенными требованиями к их быстродействию и радиационной

стойкости.

В настоящее время насущна разработка новой парадигмы получения дешевого высоко-

чистого кремния для электроники и солнечной энергетики. Стадии процесса: прямое хлори-

рование специально подготовленного песка (в том числе, использование сростков SiO2-SiC-

Si), низкотемпературное гидрирование SiCl4, очистка SiHCl3 от металлических примесей, во-

дородное восстановление, выделение хлорсиланов из отходящих газов, исключая низкотем-

пературное захолаживание. При производстве поликремния моносилановым методом, воз-

можно обеспечение его низкой газонасыщенности, при одновременном снижении концен-

трации твёрдых продуктов реакции разложения SiH4 с 15 до 1 % и удельного расхода элек-

троэнергии до 1,2…1,8 кВт/кг. Себестоимость поликремния электронного качества составит

~ 2…3 $/кг (себестоимость в мире ~ 23 $/кг). Перспективна реализация процесса производ-

ства поли-Si с использованием SiH4 для подпитки рециркуляционной системы Siemens про-

цесса. Это будет способствовать выводу примесей металлов, уменьшит скорость реакций об-

разования твёрдых полимерных продуктов состава (SiHх)n, аморфного кремния, уменьшит

газонасыщенность поли-Si, существенно увеличит скорость осаждения кремния в процессе

водородного восстановления SiHCl3. Комплекс новых качественных параметров монокристаллов достижим при использовании

специального легирования и управления составом и параметрами потоков защитного газа. Целесо-

образно проведение электроимпульсного дробления кремния при использовании катодонаправлен-

НМІТФ – 2016

- 112 -

ного стримера. При этом происходит беспылевое разрушение кремния с обеспечением заданного

фракционного состава, сокращаются потери в виде мелких фракций (менее 2 мм), существенно

снижаются объёмы используемых кислот для очистки поверхности кремния и улучшается экология.

УДК 621.315.592; 537.622

MAGNETIC AND PHOTOELECTRIC PROPERTIES OF NANOMETRIC

FILMS BASED ON IRON AND CHROMIUM OXIDES

Smirnov A.B. 1, Sadovnikova M.L.1, Savkina R.K.1, Mulenko S.А.2, Gorbachuk N.T. 3, Stefan N

4, Sizov F.F.1 1V.Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, National Academy of Sciences of Ukraine, 41

Nauky av, Kyiv 03028, Ukraine. 2G.Kurdyumov Institute for Metal Physics NASciences of Ukraine, 36 Vernadsky Blvd, Kyiv

03142, Ukraine. 3Kiev State University of Technology and Design, 03011, Kyiv-11,“TDM”, Kyiv region, Ukraine 4National Institute for Laser, Plasma and Radiation Physics, PO Box MG-54, RO-77125, Magurele,

Romania,

E-mail: marialeos@ukr.net

Ultraviolet photons of KrF-laser (248 nm) was used for the synthesis of nanometric films

based on iron and chromium oxides (Fe2O3-X(0≤x≤1) and Cr3-XO3-Y(0≤x≤2; 0≤y≤2)) with variable

thickness (see Tab. 1), stoichiometry and electrical properties [1,2].

Table 1

Samples

Composition

Thickness

was obtained

by pro-

filometr, nm

Thick-

ness

was, ob-

tained

by XRR

method,

nm

Rough-

ness,

nm

(Si -

film)

Rough-

ness,

nm

(film-

air)

#1

Fe2O3-X, (0≤x≤1)

N=4000, P=0.1 Pa 804 73 1.4 0.9

#2

Cr3-XO3-Y,

(0≤x≤2; 0≤y≤2)

N=4000, P=0.5 Pa 552.75 - - -

#3

Fe2O3-Y/Cr3-XO3-

Y/Fe2O3-Y/Cr3-XO3-Y

N=2500/2000/2500/

2000

P=0.5 Pa

502.5 - - -

#4

Fe2O3-Y/Cr3-XO3-

Y/Fe2O3-Y/Cr3-XO3-Y

N=2500/2000/2500/

2000

P=0.5 Pa

10 10.8 1.4 1.2

Films deposition was carried out on the silicon substrate Si <100> at the substrate’s tempera-

ture ТS = 293°K. X-ray diffraction and X-ray reflectometry analysis were used for the obtained

structures characterization. Such a combined investigation reveals the composition and texture for

samples investigated and provides useful information about layers thickness and roughness. Fe2O3-X

(0≤x≤1) nanometric films demonstrates (see Fig.1) the negative magnetoresistance in magnetic

fields up 0.7 Т. At the same time, for hybrid systems of the alternate layers Fe2O3-X (0≤x≤1)/Cr3-

XO3-Y (0≤x≤2; 0≤y≤2) the positive magnetoresistance as well as the magnetic hysteresis and magne-

НМІТФ – 2016

- 113 -

toresistivity switching effect in the low magnetic fields were observed. In this way, nanometric iron

and chromium oxide films with non-stoichiometry content (unreacted iron and chromium atoms)

deposited by RPLD can be used as multi-parameter magnetic sensors operating at the moderate

temperature [3]. The nanometric films of transitional metal (Fe and Cr) oxides synthesized on the

Si <100> substrate at the ТS = 293°K demonstrate interesting photoelectrical properties. The spec-

tral dependencies of the photo-e.m.f. of these films in the range (0.5 ÷1.2 µm) are obtained and ana-

lized in this work. The normalized spectra photo-e.m.f. of the samples are shown on the Fig.2. From

presented data we can see that maximum of spectral response of the multilayer film (Fe2O3-Y/Cr3-

XO3-Y/Fe2O3-Y/Cr3-XO3-Y) (~1.032 μm) lies between the maximum of photo-e.m.f. response of mon-

olayer Cr3-XO3-Y (0≤x≤2; 0≤y≤2) film in the long-wave’s range (~1.091 μm) and maximum of pho-

to-e.m.f. response of monolayer Fe2O3-X (0≤x≤1) film in the short-wave’s range (~0.98 μm). Also

notably, that the spectrum of the photo-e.m.f. response of the for hybrid systems of the alternate

layers Fe2O3-X(0≤x≤1)/Cr3-XO3-Y(0≤x≤2; 0≤y≤2) is more

complicated then spectra of the photo-e.m.f. response of the monolayer films and has wide short-

wave wing and is in 2 times higher then maximum of the chromium oxide Cr3-XO3-Y (0≤x≤2;

0≤y≤2) film’s photo-e.m.f. spectrum and in 531 times higher then maximum of the iron oxide

Fe2O3-X (0≤x≤1) film’s photo-e.m.f. spectrum. Detailed analysis of obtained data brought us to con-

clusion that the photo-excitation in the hybrid systems of the alternate layers Fe2O3-X (0≤x≤1)/Cr3-

XO3-Y (0≤x≤2; 0≤y≤2) passes by the iron atoms.

References

1. Mulenko S.A., Petrov Yu.N, Gorbachuk N.T. Photon synthеsis of iron oxide thin films for

thermo-photo-chemical sensors // Applied surface science. – 2012. – V.258. – pp. 9186-9191

2. Mulenko S.A., Gorbachuk N.T., Stefan N. Laser synthesis of nanometric chromium oxide

films with high Seebeck coefficient and high thermoelectric figure of merit // IRJNN. – 2014. –

V.1(2). – pp. 008-016.

3. Hur N., Park S., Sharma P.A., Ahn J.S., Guha S., and Cheong S.-W. Electric polarization

reversal and memory in a multiferroic material induced by magnetic fields // Nature. – London. –

2004. – V.429. – p. 392.

-0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6

-20

-15

-10

-5

0

5

10

, T

-1

II' III

B, T

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0#3

#2#1

Ph

oto

e.m

.f.,

a.u

.

m

Fig.1. The typical dependencies of the magneto-

sensitivity of nanometric monolayer #2 (Fe2O3-x

samples).

Fig.2 Spectra photo-e.m.f. of the samples#1, #2,

#3: – sample #1; – sample #2; - sample #3.

НМІТФ – 2016

- 114 -

УДК. 621.793.184.06

МЕХАНІЗМИ ФОРМУВАННЯ НАНОСТРУКТУР ПРИ ІОННОМУ

ОПРОМІНЕННІ ГЕТЕРОЕПІТАКСІЙНИХ ШАРІВ КРТ

Смірнов А.Б., Савкіна Р.К., Удовицька Р.С.

Інститут фізики напівпровідників ім. В. Є. Лашкарьова НАН України

(пр. Науки, 41, г. Київ 03028, Україна)

E-mail: rgry@ukr.net

Представлено результати математичного моделювання та систематичних досліджень

структурних властивостей напівпровідникових гетероструктур n - CdхHg1-хTe/CdZnTe

(х ~ 0,223) до та після опромінення іонами B+ та Ag+ (100 кeВ, доза імплантації Q = 31013 см-

2). Із застосуванням програмного пакету TRIM_2008 здійснено математичне моделювання

процесу іонної імплантації (Рис 1. а, б.). Отримано глибину проникнення іона в залежності

від його маси, яка має відмінності для обох іонів. Суттєво відрізняється також траєкторія ру-

ху введеної домішки. Раніше було встановлено, що в результаті імплантації епітаксійних ша-

рів CdхHg1-хTe іонами бору та срібла з однаковою енергією та дозою утворюється суттєво

відмінний за характером пошкодження та товщиною порушений шар з максимальними ме-

ханічними напруженнями, що відрізняються на два порядки величини [1]. Встановлено та-

кож, що в результаті опромінення іонами B+ та Ag+ на поверхні досліджуваних зразків відбу-

вається утворення характерного рельєфу.

Для формування наноструктурованої поверхні напівпровідникових з’єднань важливим

є розуміння фізичних механізмів розпилення, а також впливу механічних напружень. Процес

проникнення іонів, взаємодії точкових дефектів із поруватістю супроводжується незворот-

ними змінами структурно-чутливих властивостей досліджуваних гетероструктур на базі

CdHgTe. Було отримано значення коефіцієнту стискання кристалічної гратки та ме-

ханічних напружень макс в області радіаційного разупорядкування твердого розчину [2]. Об-

говорюється роль механічних напружень легованого шару у перерозподілі дефектів і фор-

муванні постімплантаційних властивостей Cd0,22Hg0,77Te. Присутність неоднорідних механі-

чних напружень та явище міграції може змінювати кінцевий розподіл дефектів проімпланто-

ваної гетероструктури на основі КРТ шляхом деформаційного витягування мігруючих атомів

з області розупорядкування вглиб мішені.

а) б)

Рисунок 1 – Траєкторія руху іонів в залежності від маси а) іони B+, б) іони Ag+

Відома теоретична модель Bradly-Harper в якій формування наноструктур на поверхні

напівпровідників залежить від коефіцієнта розпилення та кривизни поверхні. У таблиці про-

аналізовано дані EDX для вихідного та імплантованого зразка. Визначено значну втрату Cd

НМІТФ – 2016

- 115 -

та Te, що підтверджує теорію розпилення. Розраховано теоретичну залежність коефіцієнта

розпилення від кута опромінення поверхні досліджуваних зразків. Максимум розпилення

спостерігається при 79°, що відповідає загальновідомим принципам.

Таблиця

Спектр Cd Te Hg

Вихідний 10 50 40

Імплантований Ag+ 22.12 37.78 40.10

Макс. 31.12 42.50 41.57

Мин. 16.40 31.61 37.27

0 20 40 60 80 100

5

10

15

20

25

30

35

40

degree

Sp

utt

eri

ng

ye

ild

(a

tom

/io

n)

Cd

Te

Cd

Te

Рисунок 2 – Залежність коефіцієнта розпилення атомів Cd та Te від кута падіння променя на

поверхню зразка імплантованого іонами Ag+.

За наявними результатами були вивчені механізми (розпилення та механічних напру-

жень), що лежать в основі формування наноструктур на поверхні гетероепітаксійного

з’єднання CdHgTe.

Список використаної літератури

1. Smirnov A. B., Litvin O. S., Morozhenko V. O., Savkina R. K., Smoliy M. I., Udovytska R.

S. and Sizov F. F. Role of Mechanical Stresses at Ion Implantation of CdHgTe Solid Solutions / //

Ukr.J.Phys. – 2013. – Vol. 58, 9. – P. 872-880.

2. Smirnov A. B., Сизов Ф. Ф., Савкина P. K., Смирнов А. Б., Удовицкая P. C., Кладько

В. П., Гудименко А. Й., Сафрюк H. B., Литвин O. C. Эффект структурирования гетероэпи-

таксиальных систем CdHgTe/CdZnTe при облучении ионами серебра // ФТТ. – 2014. – Т. 56,

В. 11 – С. 2091.

НМІТФ – 2016

- 116 -

УДК 621.385

НИЗЬКО-РОЗМІРНІ КОМПОЗИТНІ СТРУКТУРИ НА ОСНОВІ

ПОРУВАТОГО КРЕМНІЮ З ОКИСДНИМИ ПЛІВКАМИ

Левінзон Д.І.1, Хрипко С.Л.2 1Кременчуцький національний університет ім. М. Остроградського, м. Кременчук,

вул. Першотравнева 20

E-mail: nmr_kpu@mail.ru 2Класичний приватний університет, м. Запоріжжя, вул. Жуковського 70-б

E-mail: serg_992000@mail.ru

До низько-розмірних приладових структур відносять як природні, так і штучні

композити, властивості яких визначаються домішковим складом, розмірами, формою,

ступенем упорядкованості наночастинок тощо. Найпростішими низько-розмірними

композитами є острівкові плівки на поверхнях та трьохмірні пористі утворення.

Класичним прикладом таких нанокомпозитів є шари поруватого кремнію, що

отримані анодним травленням поверхні кремнію. [1] Актуальним на сьогодні є одержання

нових модифікованих низько-розмірних композитних структур шляхом введення певного

перехідного металу або суміші металів в матрицю пористого кремнію.

Шари напівпровідникових оксидів металів, таких як SnO2, TiO2, In2O3, Ga2O3, ZnO

тощо, електрично достатньо стабільні, але водночас здатність до фізичної адсорбції у них

істотно нижча, ніж у поруватого кремнію. Поєднання високої сорбційної здатності

поруватого кремнію до різних молекул з вибірковістю й стабільністю електричних

параметрів окислювачів металів стимулює інтерес до створення і дослідження композитів на

їх основі.

Низко-розмірні композитні структури також можуть являти собою нанокристали

кремнію в окисних матрицях (Al2Ox, SiOx, SnOx, ZnOx), що завдяки квантово-розмірним

ефектам, ефектам нелінійної оптики і енергонезалежній пам'яті надає їм нових оптичних,

люмінесцентних та інших властивостей [2].

Використання поруватого кремнію в поєднанні з створеними на його поверхні

оксидами SiO2 або тонкими напівпровідниковими оксидами металів дозволяє вирішити такі

актуальні технологічні проблеми в електроніці, як формування діелектричних та

широкозонних плівок, глибоких легованих шарів, які широко використовуються в прозорих

провідних електродах і сонячних батареях, а також здійснення ефективного гетерування

небажаних домішок. [3]

Нами проведено дослідження низько-розмірних композитних структур на основі

пористого кремнію з оксидними плівками олова для сонячних елементів.

Відомо, що на морфологію поруватого кремнію впливає безліч факторів. До них

можна віднести тип провідності монокристалічного кремнію, кристалографічну орієнтацію

пластин, питомий опір, тип легуючої домішки, світловий режим (довжина хвилі

використовуваного світла, інтенсивність освітлення, тривалість), густину електричного

струму, тривалість процесу анодування , склад електроліту тощо.

Для створення ефекту багаторазового відбивання світла від фронтальної поверхні

сонячного елемента з метою більш ефективного використання випромінювання, що падає на

поверхню, та керування відбивальною і поглинальною характеристиками, нами розроблено

технологію отримання плівок поруватого кремнію у спеціальному пристрої з використанням

методу електрохімічного травлення поверхні кремнієвих зразків в гальваностатичному

режимі в електроліті з різними співвідношеннями HF:H2O:C2H5OH=2:1:1 при густині струму

анодування 50 мА/см2 і тривалості анодування 3-14 с. Використовувалась 48%

фтористоводнева кислота та 96% спирт. У якості катоду було застосовувався платиновий

НМІТФ – 2016

- 117 -

дріт діаметром 0,3 мм. Товщина шарів поруватого кремнію становила 130 нм при

поруватості близько 50%.

Для практичного застосування тонких провідних оксидів металів необхідно досягати

найбільших значень пропускання та електропровідності. Встановлення оптимальних значень

цих параметрів здійснювалось за допомогою критерію якості (figure of merit): ΦТС = T10/Rкв,

де T – пропускання на відповідній довжині хвилі; Rкв – поверхневий опір.

При виготовленні тонких провідних оксидів металів SnO2:F суміш готували шляхом

розчинення 2,3 г SnCl4.5H2O у 5 мл 2М HCl і 20 мл етилового спирту. У якості джерела фтору

був використаний фтористий амоній (NH4F), який додавався до розчину у визначених

пропорціях (F:Sn, ваг.%): від 5 ваг.% до 25 ваг.%. Перед початком виконання процесу

пульверизації розчин прогрівався до 900С протягом 15 хв. Плівка SnO2:F осаджувалась

методом спрій-піролізу при температурі 4600С та мала товщину 600 нм.

Дослідження спектрів пропускання та відбиття плівок SnO2:F, виготовлених при

різних концентраціях фтору при температурі підкладки 4600С, показали, що із збільшенням

вмісту фтору пропускання зростає і досягає найбільших величин у діапазоні довжин хвиль

700-1100 нм. Так, при концентрації фтору 15% пропускання становить 82%, а при 25% - 88%.

Зменшення пропускання у інфрачервоному діапазоні, на нашу думку, може бути пов’язане з

збільшенням рівня легування плівок фтором. На довжинах хвиль 500-1000 нм плівки SnO2:F

мають краще відбиття ніж плівки з концентрацією фтору 5%, але на довжинах хвиль, що

перевищують 1500 нм, відбиття є мінімальним (20%) для плівок з концентрацією фтору 5%. Мінімальні значення поверхневого опору Rкв=1,85 Ом/кв та питомого опору

ρ=2,40 Ом·cм досягаються при концентрації NF = 17 ваг.% і температурі поверхні підкладки

t = 4600С. Подальше збільшення концентрації NF призводить до зростання опору плівок.

Таким чином, продемонстровано можливість виготовлення низько-розмірних

композитних структур на основі пористого кремнію та оксидними плівками SnO2:F з

використанням технології спрій-піролізу.

Отримані оксидні плівки завтовшки 600 нм мають прийнятні значення

електрооптичних параметрів, а саме: поверхневий опір – 2,1 Ом/кв, питомий опір –

2,8 Ом·см, рухливість і концентрацію носіїв заряду відповідно 27 см2/(В·с) і 4·1021 см-3,

оптичне пропускання – 82%, критерій якості – 0,06545 Ом-1.

Список використаної літератури

1. Bisi, O. Porous silicon: a quantum sponge structure for silicon based optoelectronics //

Surf. Sci. Rep. – 2000. – V.38. – P.1-126.

2. Хрипко, С.Л. Властивості тонких прозорих плівок SnO2:Sb // Ж. Нано- і електрон.

Фіз., – 2009, –T.1, 1. – С.104-111.

3. Хрипко, С.Л. Дослідження параметрів кремнієвих сонячних елементів з різним

мікрорельєфом поверхні // Напівпровідникові матеріали, інформаційні технології та

фольтаїка. Тези доповідей на Першій міжнародній науково-практичній конференції НМІФТ-

2011: 5-7 травня 2011 р., Кременчук, Україна. Збірник тез доповідей. – Кременчук.

Кременчуцький національний університет, – с.11-13. – ISBN 978-966-8931-70-3.

НМІТФ – 2016

- 118 -

УДК 539.26:548.4

РЕНТГЕНОВСКАЯ ДИАГНОСТИКА СТРУКТУРНОЙ

НЕОДНОРОДНОСТИ МОНОКРИСТАЛЛОВ С ДЕФЕКТАМИ

ПРОИЗВОЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ

Молодкин В.Б., Низкова А.И., Богданов Е.И., Мазанко В.Ф. *, Василик Я.В. , Богданов С.Е.

**

Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Акад. Вернадского, 36,

03680, ГСП, Киев-142, Украина, E-mail: *vmazanko@imp.kiev.ua, **besal@bigmir.net

В рамках динамической теории рассеяния рентгеновских лучей [1] в отделе теории

твердого тела ИМФ им. Г.В. Курдюмова НАН Украины разработана трехслойная модель ди-

агностики неоднородности структуры монокристаллов с динамической дфракцией после

различных обработок методом полной интегральной интенсивности рентгенвских лучей

(ПИИДД).

Согласно этой модели монокристалл после механической поверхностной обработки

делится на три слоя. Сильно нарушенный (только поглощающий слой), в котором не проис-

ходит дифракция рентгеновских лучей. Под ним – упруго напряженный слой, который рас-

сеивает рентгеновские лучи кинематически. И под этими двумя слоями, которые составляют

нарушенный поверхностный слой (НПС), находится динамически рассеивающий кристалл.

На основании впервые обнаруженного эффекта асимметрии азимутальной зависимо-

сти (АЗ) ПИИДД построена диагностика толщин НПС сравнимых или больше длины экс-

тинкции рентгенвских лучей. Показано, что эта асимметрия появляется за счет впервые

учтенной интерференции кинематически и динамически дифрагированных лучей и растет с

увеличением толщины кинематически рассеивающего слоя. В результате предложен метод

неразрушающей диагностики толщин НПС монокристаллов после различных обработок, в

котором величину этого эффекта асимметрии предложено использовать в качестве меры

толщины кинематически рассеивающего слоя.

Для динамически рассеивающего объема монокристалла с крупными дефектами

(сравнимыми или больше длины экстинкции рентгеновских лучей) обнаружен эффект асим-

метрии АЗ ПИИДД, диффузное рассеяние сгущается до ширины Брэгговского пика. Однако

этот эффект имеет другую природу и противоположный знак асимметрии в сревнении с

большими толщинами НПС, что и позволяет отределять вид дефекта. На этой основе создан

метод диагностики одновременно и толщин НПС, и характеристик дефектов без ограниче-

ний на их толщины и размеры.

Разработан динамический дифракционный подход для получения профиля неодно-

родного распределения микродефектов в монокристаллах. Этот подход основан на последо-

вательном разбиении кристаллов на слои с однородно распределенными дефектами в резуль-

тате варьирования длины экстинкции при облучении одной и той же области кристалла. Для

определения профиля распределения плотности дефектов по объему кристаллов использова-

ли метод последовательного вычитания значений верхнего лежащего слоя (рекуррентная

процедура) [2].

Предлагаемый метод может эффективно использоваться в технологии обработки мо-

нокристаллов различных типов и классов, а именно: а) при выборе оптимальных режимов

технологической обработки монокристаллов; б) при решении материаловедческих задач в

полупроводниковом приборостроении для установления связи между структурой и свой-

ствами кристаллов в производстве полупроводниковых приборов и интегральных схем; в)

при изготовления материалов с высокой степенью структурного совершенства.

НМІТФ – 2016

- 119 -

Список использованной литературы

1. Даценко Л.И., Молодкин В.Б., Осиновский М.Е. Динамическое рассеяние рентгеновских лу-

чей реальными кристаллами. – К.: Наукова думка,1988. – 198 с.

2. Молодкин В.Б. Диагностика неоднородного распределения микродефектов методом пол-

ной интегральной отражательной способности монокристаллов // Металлофиз. новейшие технол. –

2006. – Т.28, 5. – С.601–617.

УДК 621.382

ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ТОНКИХ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ФАКТОРІВ НА

ПАРАМЕТРИ БАР`ЄРНИХ ПЕРЕХОДІВ НА GaAs

Дмитрієв В.С., Дмитрієва Л.Б.

Запорізька державна інженерна академія, пр. Соборний 226, м. Запоріжжя, Україна.

Е-mail: vd.zp.ua@mail.ru

Відомо [1-3], що при виготовленні бар`єрних переходів метал-напівпровідник мето-

дом вакуумного випарювання для отримання необхідних електрофізичних параметрів вико-

ристовують різні режими термообробки. Незалежно від матеріалів контактної пари, матеріал

контакту наносять на підігріту напівпровідникову підкладку, далі отриману структуру відпа-

люють при визначеній температурі впродовж деякого часу. Однак поза увагою залишаються

питання впливу на електричні параметри бар`єрних переходів метал-напівпровідник швид-

кості підйому температури відпалу та швидкості охолодження виготовлених структур.

У роботі дослідження проведене для бар`єрного переходу Ag-n/GaAs. Після нанесення

плівки срібла на GaAs-підкладку (tпідкл=373К) методом вакуумного випарювання підвищува-

ли температуру відпалу з різною швидкістю (рис. 1,а). Незалежно від режиму відпалу най-

кращі результати отримано при Vнагр= 15-20 град/хвил.

a)

б)

Рис. 1 – Залежність висоти бар`єрного переходу Ag/n-GaAs від швидкості підйому температури та

від швидкості охолодження після відпалу. Температура відпалу 823К, час відпалу – 10 хвилин

НМІТФ – 2016

- 120 -

Досліджено вплив швидкості охолодження після відпалу до кімнатної температури

(рис. 1,б). Рекомендована швидкість охолодження виготовленого контакту Ag/n-GaAs Vохол=

15-20 град/хвил.

Список використаної літератури

1. Швец Е. Я. Исследование влияния структуры переходного слоя на качество барьера

Шоттки / Е. Я. Швец, В. С. Дмитриев: Сб.науч.тр. // Материалы V международной научной

конференции «Функциональная база наноэлектроники». – Харьков-Кацивели. : ХНУРЭ. –

2012. – С. 169-172.

2. Дмитриев В. С. Особенности технологии изготовления микроэлектронного датчика

/ В. С. Дмитриев, Е. Я. Швец Сб. материалов // Материалы 15 Юбилейного Международно-

го молодежного форума «Радиоэлектроника и молодежь в ХХI веке». – Харьков. : ХНУРЭ. –

2011. – Т. 1. – С. 46-47.

3. Дмитрієв В. С. Особливості формування омічних контактів на основі арсеніду галію

/ В. С. Дмитрієв // Матеріали міжнародної наукової конференції «Наукова періодика

слов`янських країн в умовах глобалізації». –- К. : КНУ «Києво-Могилянська академія». – 2012.

– Ч. 1. – Т. «Фундаментальні дослідження». – С. 35-36.

УДК 621.382

ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ РІВНЯ ІНЖЕКЦІЇ БАР`ЄРНИХ

ПЕРЕХОДІВ МЕТАЛ-АРСЕНІД ГАЛІЮ ВІД ТЕХНОЛОГІЇ ЇХ

ВИГОТОВЛЕННЯ Дмитрієв В.С., Дмитрієва Л.Б.

Запорізька державна інженерна академія, пр. Соборний 226, м. Запоріжжя, Україна.

E-mail: vd.zp.ua@mail.ru

Вимоги, до якості функцій, що виконують НВЧ прилади, диктують необхідність глибокого

дослідження фізичної істотності процесів, що в них існують, залежності характеристик та основ-

них параметрів від впливу різних чинників на основні характеристики приладів, у тому числі

впливу інжекції неосновних носіїв заряду в омічних та інжектуючих бар`єрних переходах на хара-

ктеристики даних приладів, який з'ясований далеко не повністю [1-2]. Це обумовлює необхідність

додаткових досліджень інжекційних властивостей бар`єрних переходів метал-напівпровідник.

Незважаючи на значний прогрес в технології виготовлення приладів з інжекційними бар'є-

рними переходами метал-напівпровідник на основі з'єднань А3В5 і, зокрема GaAs, не вдається

уникнути перехідного шару на межі розділу фаз метал-напівпровідник, властивості якого у біль-

шій або меншій мірі впливають на ступінь структурно-хімічної неоднорідності бар`єрних перехо-

дів метал-напівпровідник, а, отже, на умови струмопроходження і призводять до погіршення їх

експлуатаційних параметрів. Ці обставини не можна не враховувати, особливо, при створенні

приладів для міліметрового діапазону довжин хвиль, коли товщини перехідних шарів можуть бути

співмірні з товщиною робочих областей.

Розроблено спосіб виготовлення інжекційних бар'єрних переходів Ag/n-GaAs, що дозволяє

отримати контакти з висотою бар'єру 0,9...0,95 В. Фактор неідеальності η=1,13...1,34. Рівень інже-

кції для різних контактів змінюється у межах 4 -10%. Отримані інжекційні бар'єрні переходи Ag/n-

GaAs (Nd=10 16 см-3 та φBn=0,8 В...0,95 В) мають дуже маленькі значення коефіцієнта інжекції γ

(~10-10...10-9), тому інжекцією дірок можна знехтувати

Визначено, що у інжекційних бар’єрних переходах метал-напівпровідник для зменшення

коефіцієнта інжекції γ необхідно використовувати зразки з більшою концентрацією донорів Nd

(Nd= 1016см-3), малою концентрацією ni (при niGaAs=1,79*106 см-3, γAg/n-GaAs=~10-10...10-11), яка відпо-

НМІТФ – 2016

- 121 -

відає більший ширині забороненої зоні, більшим значенням щільності струму насичення Is (що ві-

дповідає малій висоті бар'єру).

Список використаної літератури

1. Дмитриев В. С. Исследование инжекционных свойств контактов металл-

полупроводник / В. С. Дмитриев, Е. Я .Швец, Л. Б. Дмитриева // Матеріали міжнародної на-

уково-практичної конференції «Україна-Польща: діалог культур в контексті євроинтегра-

ції». – Запоріжжя. : ЗДІА. – 2014. – Т. 2. – С. 226-228.

2. Швец Е. Я. Исследование влияния структуры переходного слоя на качество барьера

Шоттки / Е. Я. Швец, В. С. Дмитриев: Сб. науч.тр. // Материалы V международной науч-

ной конференции «Функциональная база наноэлектроники» – Харьков-Кацивели : ХНУРЭ. –

2012. – С. 169-172.

УДК 538.975:539.23

CТРУКТУРА, ХІМІЧНИЙ СКЛАД ТА ОПТИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ПЛІВОК Zn2SnO4, ОТРИМАНИХ МЕТОДОМ ПУЛЬСУЮЧОГО СПРЕЙ-

ПІРОЛІЗУ

Салогуб А.О., Климов О.В., Возний А.А., Опанасюк А.С., Манжос О.П.

Сумський державний університет, вул. Римського-Корсакова, 2, Суми, 40007, Україна.

E-mail: annkasalohub@gmail.com, opanasyuk_sumdu@ukr.net

Cтанат цинку (Zn2SnO4 або ZTO) з атомною структурою шпінелю AB2O4 через висо-

ку радіаційну, хімічну та механічну стійкість є перспективним матеріалом сучасної електро-

ніки. Завдяки унікальному поєднанню оптичних та електричних властивостей він знаходить

широке використання для виготовлення газових сенсорів, літій-іонних батарей, енергозбері-

гаючих вікон, фотодетекторів, фільтрів випромінювання, фотоелектричних перетворювачів

сонячної енергії тощо [1]. Слід відзначити, що майже всі тонкоплівкові сонячні елементи з

рекордними параметрами на основі поглинаючих шарів CdTe та CIGS як прозорий струмоп-

ровідний контактний матеріал містять шари ZTO [2].

Для широкомасштабного застосування плівок ZTO ключовим моментом є розробка

простих та ефективних методів їх нанесення на різноманітні підкладки великої площі. На

сьогоднішній день існує велика кількість методів отримання плівок станату цинку: магнет-

ронне розпилення, метод хімічного осадження з газової фази, хімічне осадження з водного

розчину, спрей-піроліз, золь-гель метод та ін. Однак метод пульсуючого спрей-піролізу,

займає серед них ключове місце, адже є більш простим, економічним та зручним методом

нанесення тонких плівок при низьких температурах у відсутності вакууму.

Для осадження тонких плівок методом пульсуючого спрей-піролізу в ролі початково-

го прекурсору нами використовувалися наступні водні розчини: 2,5 M – SnCl4·5H2O, 5 M –

Zn(NO3)2·6H2O та декілька крапель HNO3. Під час розпилювання, дисперсні частинки пре-

курсора при наближенні до нагрітої поверхні підкладки піддавалися піролітичним (ендотер-

мічним) процесам розкладання, у результаті чого відбувалося подальше утворення плівок

ZTO.

Для нанесення зразків, скляні підкладки були очищені та обезжирені ультразвуком

протягом 16 хвилин, після чого промиті чистою водою й етанолом. У подальшому прекурсор

розпорошували на нагріту до необхідної температури підкладку. Швидкість розпилення ста-

новила 0,2 мл/хв, а об’єм розчину, необхідний для отримання зразка, – 6 мл. Відстань між

соплом і поверхнею підкладки складала 23 см. Для транспорту диспергованих частинок ви-

користовувався потік повітря під тиском 0,2 МПа. Діапазон температур підкладки, що вико-

НМІТФ – 2016

- 122 -

ристовувалася при синтезі плівок, становив Тs = (250 – 450) ºС з кроком Δ50 ºС. Більш дета-

льно технологія отримання плівок оксидів методом пульсуючого спрей-піролізу описана в

[3].

Структурні дослідження нанесених шарів були виконані на автоматизованому рентге-

нодифрактометрі ДРОН-4-07 у Ni-фільтрованому Кα випромінюванні мідного анода. Мор-

фологія поверхні плівок, їх фрактограми, а також хімічний склад досліджувалися за допомо-

гою скануючого електронного мікроскопу Hitachi S-4800, що має детектор зворотного розсі-

ювання рентгенівських променів Bruker та програму для мікроаналізу QUANTAX 400.

Оптичні дослідження напівпровідникових плівок проводилися на спектрофотометрі

Solid Spec-3700 UV-VIS-NIR в інтервалі довжин хвиль λ = (300-1500) нм. Знімалися спектра-

льні залежності коефіцієнта відбиття R() та пропускання T(). Для вимірювання спектрів

відбиття світла використовувалась спеціальна приставка. Вона забезпечувала подвійне від-

биття світла від поверхні експериментальних зразків при зніманні, з урахуванням його від-

биття від контрольного зразка.

Рентгенівський аналіз показав, що отримані плівки мають полікристалічну структуру

кубічної модифікації. Зі збільшенням температури підкладки, розмір кристалітів в зразках

збільшувався.

За результатами аналізу елементного складу зразків нами знаходилися відношення

атомних концентрацій компонентів CZn/CSn, CZn/CO, CSn/CO, CZn+Sn/CO у тонких шарах.

Результати розрахунків наведені у таблиці 1.

Таблиця 1 Хімічний склад отриманих плівок

Ts, oC

Відношення атомних концентрацій компонентів сполуки

1 = CZn/CSn 2 = CZn/CO 3 = CSn/CO 4 = CZn+Sn/CO

250 0,632 0,072 0,114 0,187

300 0,515 0,013 0,026 0,039

350 0,431 0,014 0,031 0,045

400 0,309 0,009 0,028 0,037

450 0,356 0,013 0,036 0,049

- 0,275 1,022 3,712 4,734

Результати дослідження показали, що зі збільшенням Ts атомна концентрація Sn у шарах

зменшується від 1 = CZn/CSn = 0,632 (250 0С) до 1 = 0,356 (450 0С). В той же час відношення 4 =

СZn+Sn/CO (відомо, що Sn заміщує Zn у кристалічній гратці) при низьких температурах (Ts = 250 0С) становить 0,19 і зменшується до 0,37-0,49 при подальшому зростанні Ts. Цей результат може

означати, що зразки перенасичені киснем або при дослідженні елементного складу електронний

промінь, пройшовши плівку, дійшов до скляної підкладки, яка містить кисень.

Оптичні дослідження дозволили встановити, що при довжині хвилі більшій ніж та, що ві-

дповідає краю полоси поглинання матеріалу (λ = 390 нм), досліджені плівки мають високий кое-

фіцієнт пропускання світла Т = 78-89%; щодо коефіцієнту відбивання випромінювання від тон-

ких шарів, то він сягає значень R = 6,7-14,4 %. Зі збільшенням температури отримання коефіці-

єнт відбивання дещо збільшується.

Для визначення ширини забороненої зони матеріалу будувалися залежності hh 2

.

Встановлено, що Eg змінюється в інтервалі 4,04-4,20 еВ. При цьому спостерігалася тенденція до

зменшення ширини забороненої зони напівпровідника при збільшенні температури отримання

плівок, що можна пояснити збільшенням розміру зерен у шарах від нано- до мікрокристалічних

при підвищенні температури їх нанесення.

Завдяки високій пропускній здатності та ширині забороненої зони, отримані шари мо-

жуть бути використані як вікна та струмопровідні шари тонкоплівкових сонячних елементів на

основі різних поглинаючих матеріалів.

НМІТФ – 2016

- 123 -

Список використаної літератури

1. Saafi I., Dridi R., Mhamdi A. et al. Study of thickness effects on structural and optical

properties of sprayed Zn2SnO4 thin films // Optik-International Journal for Light and Electron

Optics. – 2015. – V.128. – P. 4382-4386.

2. Scheer R., Schock H.-W. Chalcogenide Photovoltaics. Physics, Technologies and Thin

Films Devices. – Wiley-VCH, 2011. – 368 p.

3. Dobrozhan O., Opanasyuk A., Kolesnyk M. et al. Substructural investigations, Raman

and FTIR spectroscopies of nanocrystalline ZnO films deposited by pulsed spray pyrolysis // Phys.

Status Solidi A – 2015. – V. 1-7. – P. 2915–2921.

UDC 538.22; 535.421

As2 S3 CHALCOGENIDE GLASSES DOPED WITH Mn FOR THE VIS & IR-

TRANSMITTING APPLICATIONS AND FABRICATION OF OPTICAL

ELEMENTS

Paiuk O.1, Meshalkin A.2, Stronski A.1 , Achimova E.2 , Abashkin V.2, Prisacar A.2 , Triduh G.2 ,

Lytvyn P.1, Oleksenko P.1, Kryskov Ts3. 1 V. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics NAS of Ukraine, 41 Nauky ave., 03028 Kyiv,

Ukraine, е-mail: stronski@isp.kiev.ua, paiuk@ua.fm 2 Institute of Applied Physics AS of Moldova, 5 Academiei str., 2028 Chisinau, Moldova. 3 Kamianets-Podilsky National University, 61 I.Ogienko str., 32300 Kamianets-Podilsky, Ukraine.

Chalcogenide glasses are of considerable interest for use as optical elements in IR-transmitting

applications because of their transparency over a wide wavelength range in the IR region, and a variety

of possible applications can be envisaged depending on the wavelength of the light involved. Doping of

chalcogenide glasses by transitional elements changes their thermal, optical, structural and magnetic

properties. Pure chalcogenide glasses As2 S3 are diamagnetics. Measurements of mass magnetization M

in the field 6 T and the temperature range from 1 to 350 K give values for As2 S3: Mmid = – 1,11 × 10 -6

A m2/kg. Introduction of Mn with concentrations – 2 weight % changes magnetic properties of investi-

gated chalcogenide glasses. In DC magnetic field (B = 6 T) dependence of mass magnetization

M=M(T), is observed which is characteristic for paramagnetics and ferromagnetics in paramagnetic re-

gion of temperatures and described by Curie-Weiss law. The dc magnetization measurements were per-

formed with the SQUID magnetometer. Magnetization temperature (M-T) curves were measured from

5 K to 300 K in the ZFC, the FC modes with an applied magnetic field B from 0.0005 T to 6 T. In the

ZFC measurements, the sample was cooled from room temperature to 5 K in a zero magnetic field, then

a field was applied at 5 K, and the MZFC was measured in the warming cycle, then the MFC was per-

formed in the cooling cycle. Through the analysis of the M-T curves of As2 S3:Mn 2 weight % under

different value B, we found that difference between M (T) dependences for ZFC and FC curves remains

up to the value of the external field B=0.0468 T and disappears in the field 0.197 T. This gives possibil-

ity to consider that influence of the external field on the orientation of the intrinsic magnetic moments of

the dopant atoms on the energy value exceeds the energy of their thermal movement.

Chalcogenide nanomultilayer structures based on As2 S3:Mn – Se systems have potential in pro-

duction of surface-relief optical elements and have been investigated as amplitude-phase optical record-

ing media for optical information recording applications such as diffraction gratings, holograms, etc.

Amorphous As40S60:Mn–Se nanomultilayer structures were prepared by cyclic thermal vacuum deposi-

tion from two isolated boats with As40S60:Mn and Se chalcogenides on constantly rotated glass substrate

at room temperature in one vacuum deposition cycle with chalcogenide thickness of 11nm and Se -

10nm. The total number of nanolayers was 180. Optical transmission was measured in 200-900 nm op-

НМІТФ – 2016

- 124 -

tical range in order to determine the refractive index, thickness and optical band-gap energy of

As40S60:Mn and Se layers and As40S60:Mn–Se nanomultilayers. Diffraction gratings were recorded by

two laser beams using different polarizations of light (λ=532nm and power 100mW) with synchronous

diffraction efficiency measurement 650 nm wavelength. Process of surface relief formation depended

on the polarization of recording light beams. Diffraction efficiency of recorded gratings was ~ 7% in

absolute value. Local magnetic properties of gratings surface relief were studied using gradient magnet-

ic force microscopy. It was shown that direct one-step magnetic relief formation is possible during grat-

ings recording using As40S60:Mn–Se nanomultilayer structures. Due to the changes in transmission, re-

flection, and in thickness under the influence of laser irradiation, As40S60:Mn–Se nanomultilayer struc-

tures may be used for effective amplitude-phase optical information recording and for the production of

surface-relief optical elements.

The research was supported by the project FP–7 SECURE–R2І

УДК 519.6

МЕХАНИЗМ РОСТА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ НИТЕВИДНЫХ

НАНОКРИСТАЛЛОВ, УЧИТЫВАЮЩИЙ ДИФФУЗИЮ ГОРЯЧИХ

АТОМОВ ПО ПОВЕРХНОСТИ

Гранкин Д.В., Гранкин М.В.

Приазовский государственный технический университет, ул. Университетская 7,

г. Мариуполь, 87500, Украина, е-mail: denis_grankin@mail.ru

В последнее время наблюдается повышенный интерес к исследованию процессов фор-

мирования и физических свойств полупроводниковых нитевидных нанокристаллов (ННК). Мас-

сивы ННК полупроводниковых материалов из-за их уникальных свойств представляют интерес

для создания полевых эмиттеров, одноэлектронных диодов и транзисторов, структур для микро-

хромотографии и наномеханики, химических сенсоров и др. Достигнуты интересные результаты

в исследовании и описании процессов формирования ННК. Однако в существующих моделях не

рассматриваются особенности состояния адатомов и поверхности в процессах поверхностного

транспорта и кристаллообразования. Как правило, для стимулирования роста ННК поверхность

полупроводника активируется металлическими каплями катализатора роста (например, Au).

Формирование ННК может протекать либо по механизму пар-жидкость-кристалл (ПЖК), либо

по диффузионному механизму, т.е. в результате поверхностной диффузии и встраивания атомов

компонентов на границе капли-катализатора и ННК. В диффузионных моделях роста ННК

предполагается равновесная диффузия адатомов по поверхности.

В последнее время большой интерес вызывают исследования по изучению реакционной

способности так называемых горячих (“hot”) атомов, образующихся на поверхности в актах ад-

сорбции и обладающих избыточной для данной температуры энергией. Однако, процессы обра-

зования горячих адатомов и их движение по поверхности до момента релаксации, а также про-

цессы аккомодации их энергии (по различным каналам) в существующих моделях роста ННК не

рассматриваются. Целью работы было построение механизма роста ННК, учитывающего про-

цессы неравновесной диффузии горячих адатомов, образованных в актах адсорбции, по поверх-

ности подложки и ННК, а также аккомодацию энергии горячих адатомов по электронному кана-

лу на нанокаплях-катализаторах.

Разработан кинетический механизм роста ННК, учитывающий образование горячих ато-

мов и их релаксацию по электронному каналу. Он включает: стадию экзотермической адсорб-

ции с образованием горячего атома RvL, релаксацию RvL по фононному каналу, а также неравно-

весную диффузию горячих атомов по поверхности подложки и ННК. При достижении горячим

НМІТФ – 2016

- 125 -

атомом периметра капли-катализатора из металла происходит релаксация RvL по электронному

каналу и рост ННК.

Создана программа и проведено математическое моделирование процессов на поверхно-

сти полупроводников с ННК, описываемых разработанной кинетической моделью, вероятност-

ным методом Монте-Карло.

Выводы. Показано, что процессы релаксации горячих адатомов могут определять ско-

рость роста ННК. Найдены условия, при которых реализуется рост ННК по механизму равно-

весной или неравновесной диффузии адатомов. В случае большой скорости аккомодации энер-

гии адсорбции атомов по фононному каналу определяющим является процесс равновесной

диффузии адатомов к капле-катализатору, а в случае, когда вероятность многофононной релак-

сации горячих атомов мала, определяющим в росте ННК может стать неравновесная диффузия

горячих атомов к капле. Найдено, что скорость роста ННК зависит от диаметра нанокапель-

катализатора, расстояния между ними и длины пробега горячих атомов. Нанесение нанокапель-

катализатора согласно предложенному механизму уменьшает скорость эпитаксиального роста

на подложке за счет уноса вещества и теплоты реакции к капле-катализатору.

УДК: 544.227

МЕХАНИЗМ РАСТВОРЕНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЕТКИ

МОНОКРИСТАЛЛОВ ZnSe В РАСТВОРЕ БРОМА 1 Беляев С.В., 2 Гнатюк Д.В., 1Левицкий С.Н. 1 Институт физики полупроводников им. В.Е. Лашкарёва НАН Украины, пр. Науки, 41, 03028

Киев, Украина, тел. 525-84-37, e-mail: belyaev-s@ukr.net 2 Graduate School of Science and Technology, Shizuoka University, 3-5-1 Johoku, Naka-ku, Ha-

mamatsu 432-8011, Japan

Высокочистый ZnSe применяется в силовой ИК-оптике для изготовления оптических

элементов. Оптическими элементами на основе ZnSe являются: (1) выходные окна; (2) приз-

мы для поворота луча и селекции частот; (3) двояковыпуклые линзы; (4) рассеивающие лин-

зы (двояковогнутые); (5) полупрозрачные зеркала (одна сторона с просветляющим покрыти-

ем, с другой стороны – интерференционный фильтр).

Основным предъявляемым требованием к используемому материалу является его вы-

сокая прозрачность. Для практического использования ZnSe в этом качестве важно получить

незагрязненную максимально химически чистую поверхность кристалла. Цель работы: (а)

оценить влияние состояния поверхности на ИК-поглощение при ее механической обработке,

а также при химической полировке в бромном растворе; (б) выяснить механизм химического

взаимодействия на межфазной границе монокристалл - полирующий раствор брома; (в)

установить причину нестехиометрических отклонений состава поверхности при химической

полировке в бромном растворе.

Исследования оптического ИК-поглощения калориметрическим методом показали,

что при механической полировке поверхности ZnSe образуется пространственно протяжен-

ный нарушенный слой с повышенным коэффициентом ИК-поглощения. Это приводит к

снижению оптических характеристик и лучевой прочности используемого материала, а так-

же затрудняет корректное определение коэффициента объемного поглощения. Для предот-

вращения образования протяженного нарушенного слоя на поверхности ZnSe нами исполь-

зовалась химическая полировка в бромном растворе Br2 – этиленгликоль. В данной системе

бром является окислителем, а этиленгликоль (двухатомный спирт) выступает в качестве рас-

творителя. Механизм химического взаимодействия ZnSe с бромным раствором в настоящее

время не выяснен.

НМІТФ – 2016

- 126 -

В настоящее время существуют несколько теорий кислотно-основного взаимодей-

ствия. Это теория сольвосистем, протолитическая теория, электронная теория Льюиса, тео-

рия Усановича, теория жестких и мягких кислот и оснований, а также химические теории

Вернера и Ганча, которые отличались существенной научной новизной – впервые термины

«кислота» и «основание» были отнесены не к водным растворам, а к индивидуальным веще-

ствам. Эти теории обладают значительной предсказательностью, позволяя оценить степень

взаимодействия в системе.

Однако ни одна из них не может быть предпочтена иной. Дело в том, что нужно пра-

вильно очертить круг веществ и реакций, к которым применима та или иная теория. Для

устранения существующей неоднозначности будем исходить из общих закономерностей

теории кислотно-основного взаимодействия, справедливых для любого класса реакций [1].

Согласно сказанному, при взаимодействии окислителя Br2 с химическим бинарным соеди-

нением ZnSe должно наблюдаться вытеснение более сильной кислотой, которой является

бром, слабой кислоты, в роли которой выступает химический элемент селен Se. Реакция вы-

теснения должна идти согласно уравнению:

ZnSe + Br2 = ZnBr2 + Se (свободный) (1)

Химический элемент селен Se, обладая кислыми свойствами, должен вступать в реак-

цию с окислителем бромом, однако интенсивность этого взаимодействия должна быть не-

большой по сравнению с взаимодействием окислителя с химическим соединением ZnSe:

Se (свободный) + 2 Br2 = SeBr4 (2)

На основании сказанного результирующая гетерогенная реакция имеет вид:

2 ZnSe + 4 Br2 = 2 ZnBr2 + SeBr4 + Se (свободный) (3)

При условии, что скорость прямой реакции (1) значительно превосходит скорость прямой

реакции (2), можно предположить, что в результате взаимодействия с полирующим бромным

раствором должно наблюдаться обогащение поверхности ZnSe свободным (химически не свя-

занным) селеном Se. В этом случае эффект обогащения поверхности сверхстехиометрическим

Se является естественным процессом и не требует для объяснения дополнительных механизмов.

Необходимо также отметить, что в реакционной зоне вблизи поверхности твердой фазы ZnSe

одновременно существуют три продукта реакции: ZnBr2, SeBr4 и элементарный свободный се-

лен Se. Реакционной зоной в данном случае является область химической адсорбции, в которой

происходит перераспределение химических связей между атомами реагирующих веществ. Со-

гласно литературным данным, это слой толщиной в несколько диаметров молекул (около 16 Å).

Ввиду малой толщины слоя реакционной зоны и ничтожно малого количества образующихся

продуктов реакции исследование процессов в реакционной зоне методами аналитической химии

не представляется возможным. Поэтому судить о реакциях, происходящих в реакционной зоне,

приходится только по косвенным признакам.

Важной особенностью межфазного взаимодействия на границе раздела ZnSe – бромный

раствор является его трёхстадийность: реакция вытеснения, окисление выделившегося свобод-

ного Sе (согласно реакции 2) и растворение продуктов реакции при их взаимодействии с задан-

ным растворителем. Функциональные возможности полирующих бромных растворов могут

быть расширены путем замены растворителя [1]. Смещая химическое равновесие в системе и

растворимость продуктов реакции подбором соответствующего растворителя, можно получать

поверхность с необходимыми химическими и физическими свойствами. Практически наиболь-

ший интерес представляет использование полирующих бромных растворов со смешанным рас-

творителем, позволяющим плавно изменять кислотность раствора и реакционную способность

реагентов.

НМІТФ – 2016

- 127 -

Выводы

1. Установлено, что пространственная протяженность нарушенного слоя с повышенным

коэффициентом ИК- поглощения находится в пределах 40-42 мкм; (использован метод послой-

ного стравливания с последующим снятием спектров ФП)

2. Впервые получены три уравнения реакции, характеризующие отдельные стадии хи-

мического взаимодействия: реакция вытеснения, реакция связывания свободного халькогена в

бинарный тетрабромид, взаимодействие растворителя с продуктами реакции;

3. Впервые выяснен механизм нестехиометрических отклонений состава поверхности

при химической полировке монокристаллов ZnSe. Показано, что нестехиометрические отклоне-

ния состава поверхности определяются составом (природой) растворителя и возможны только в

сторону обогащения выделяющимся свободным халькогеном. Обогащение поверхности избы-

точными атомами катиона (металла) принципиально невозможно.

Список использованной литературы

1. Физическая химия неводных растворов / Ю.Я. Фиалков, А.Н. Житомирский,

Ю.А. Тарасенко. – Москва – Ленинград: Химия, 1973. – 375 с.

УДК 621.316.826

ОСОБЕННОСТИ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ СТЕКЛОКЕРАМИКИ СИСТЕМЫ

VO2−V2O5–P2O5−SnO2−Cu

Колбунов В.Р., Ивон А.И.

Днепропетровский национальный университет им. Олеся Гончара,

г. Днепропетровск, пр. Гагарина, 72, 49010, Украина, e-mail: kolbunov_vadim@i.ua

Стеклокерамические материалы на основе диоксида ванадия VO2 и ванадиево-

фосфатных стекол системы V2O5−P2O5 [1] привлекают внимание как материал для критиче-

ских терморезисторов с температурой резкого уменьшения сопротивления (критической

температурой) Tк ~ 70 oС, удобной для многих практических применений. Такие терморези-

сторы, в частности, могут использоваться для защиты источников питания и ламп накалива-

ния от токов включения, защиты процессора от перегрева и в системах пожарной безопасно-

сти.

Перспективной для повышения стабильности стеклокерамических материалов на ос-

нове VO2 при термоциклировании через температуру фазового перехода металл-

полупроводник (ФПМП) является система VO2−V2O5−P2O5−SnO2−Cu.

В настоящей работе с целью получения информации о природе электропроводности

стеклокерамических материалов на основе VO2 и влиянии добавки меди на величину скачка

в области Tк выполнены исследования температурной зависимости образцов керамики

системы VO2−V2O5−P2O5−SnO2−Cu с различным содержанием меди.

Базовыми компонентами керамики были VO2 и ванадиево-фосфатное стекло (ВФС)

системы V2O5−P2O5. Содержание этих компонентов во всех составах сохранялось неизмен-

ным: 40 вес.% VO2 и 15 вес.% ВФС. Использовали ванадиево-фосфатное стекло состава

(мол. %) 80V2O5−20P2O5. Добавку Cu варьировали в пределах 2 – 10 вес.% за счет уменьше-

ния содержания SnO2 от 43 до 35 вес. %. После прессования смесь указанных выше компо-

нентов для получения стеклокерамики прогревалась в течение 10 – 15 мин в нейтральной га-

зовой среде при температуре 950 оС. Измерения температурной зависимости проведены на

образцах с медными электродами, при скорости нагревания не более 2 оС/мин. Температуру

измеряли медным термометром сопротивления с абсолютной погрешностью 0,5 оС.

НМІТФ – 2016

- 128 -

На рис. 1 показаны температурные зависимости удельной электропроводности

стеклокерамики системы VO2−V2O5−P2O5−SnO2−Cu, полученные для образцов с различным

содержанием меди. Как можно видеть, добавка Cu оказывает значительное влияние, как на

величину , так и на величину скачка электропроводности, связанного с ФПМП в VO2. При

содержании Cu более 6 вес.% происходит резкое, на несколько порядков, увеличение , а

скачок электропроводности в области Tк ~ 70 oС (343 К) практически исчезает.

Наблюдается значительное отличие температурной зависимости электропроводности

в области низких температур для образцов стеклокерамики, которые проявляют скачок элек-

тропроводности при фазовом переходе в VO2 (рис. 1, кривые 1,2) и образцов, в которых та-

кой скачок отсутствует (рис. 1, кривые 3,4). В образцах первого типа с содержанием добавки

меди не более 6 вес. % электропроводность монотонно увеличивается с ростом температуры

в области 100 – 300 К. Энергия активации электропроводности для этих образцов также мо-

нотонно увеличивается с ростом температуры от 0,073 эВ до 0,109 эВ. Образцы с содержани-

ем добавки меди 8 вес. % и более в области температур 100 – 300 К проявляют немонотон-

ный характер изменения электропроводности особенно заметный для образца с содержанием

меди 8 вес. % (кривая 3, рис. 1). Немонотонный характер поведения проявляется как слабо

выраженные скачки электропроводности в области температур 150 К 240 К и изломы на

температурной зависимости в координатах Аррениуса при температурах 130 К, 150 К и

240 К, свидетельствующие о резком изменении энергии активации электропроводности.

Для образца с содержанием Cu 8 вес. % наблюдаются участки с энергиями активации

0,094 эВ (100 К− 130 К), 0,086 эВ (130 К – 150 К), 0,043 эВ (150 К– 240 К) и 0,023 эВ (240 К

– 300 К). В отличие от образцов стеклокерамики, которые проявляют скачок , связанный с

ФПМП в VO2, в образцах керамики, где такой скачок выражен слабо или отсутствует, энер-

гия активации не увеличивается, а уменьшается с ростом температуры.

Как известно [2], в оксидах ванадия электропроводность связана с переносом элек-

тронов по зоне, образованной незаполненными 3d уровнями ванадия.

Энергия активации определяется

шириной запрещенной щели между

зонами, образованными незаполнен-

ными и заполненными 3d уровнями

ванадия. При ФПМП за счет изменения

энергетической структуры 3d зон за-

прещенная щель исчезает и оксид ва-

надия переходит в состояние металли-

ческой проводимости. Поэтому наблю-

даемые на зависимости (Т) в коорди-

натах Аррениуса изломы для стеклоке-

рамики системы VO2–SnO2–ВФС–Cu с

содержанием Cu 8 и более вес.% сви-

детельствуют о фазовых переходах,

вызванных изменением энергетической

структуры 3d зон. Температуры, при

которых имеют место такие изломы,

совпадают с температурами ФПМП в

фазах Магнели V5O9 (130 К), V6O13

(150 K) и V4O7 (240 K) [2]. Отсутствие

для таких составов стеклокерамики

резко выраженного скачка электропро-

водности в области температуры

Рис. 1. Температурные зависимости электро-

проводности керамики системы VO2–SnO2–ВФС–

Cu с содержанием добавки меди, вес.%: 1 – 2; 2 – 6;

3 – 8; 4 – 10.

НМІТФ – 2016

- 129 -

ФПМП в VO2 свидетельствует об отсутствии или малом содержании диоксида ванадия. При-

чиной этого вероятно является окислительно-восстановительная реакция Cu + nVO2 CuO

+ VnO2n-1, происходящая при синтезе керамики, которая приводит к формированию фаз Маг-

нели и уменьшению содержания VO2.

Таким образом, чтобы стеклокерамика системы VO2–SnO2–ВФС–Cu не потеряла

свойств, связанных с фазовым переходом металл-полупроводник в VO2, содержание добавки

меди в ней не должно превышать 6 вес. %.

Список использованной литературы

1. Ivon A.I. Conductivity stabilization by metal and oxide additives in ceramics on the basis of VO2

and glass V2O5 – P2O5 / A.I. Ivon, V.R. Kolbunov, I.M. Chernenko // J. Non-Crys. Sol. – 2005. –

V. 351. – P. 3649 – 3654.

2. Бугаев А.А. Фазовый переход металл-полупроводник и его применение / А.А. Бугаев,

Б.П. Захарченя, Ф.А. Чудновский – Л. : Наука, 1979. – 183 с.

УДК 621.316.8

ВЛИЯНИЕ АТОМАРНОГО ВОДОРОДА НА ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ

ВАРИСТОРНОЙ ОКСИДНО-ЦИНКОВОЙ КЕРАМИКИ

Лавров Р.И., Ивон А.И.

Днепропетровский национальный университет им. Олеся Гончара, г. Днепропетровск,

пр. Гагарина, 72, 49010, Украина, e-mail: a_ivon@mail.ru

Керамические материалы на основе оксида цинка ZnO с небольшими добавками ок-

сидов (Bi2O3, Sb2O3, Co3O4, MnO2 и др.) имеют нелинейную электропроводность. В области

плотности электрического тока 10-6–1 А см-2 их вольтамперная характеристика (ВАХ) доста-

точно хорошо описывается зависимостью I = BU, где I – ток, U – напряжение, B – постоян-

ная, – коэффициент нелинейности. Высокие значения ~ 40 − 50 определили широкое ис-

пользование таких материалов для производства варисторов.

Нелинейная электропроводность оксидно-цинковой керамики (ОЦК) обусловлена

двойными энергетическими барьерами Шоттки в области контакта соседних зерен ZnO. Зер-

на ZnO обладают высокой объемной электропроводностью (g ~ 1,7 Ом-1 см-1 при 300 К), а

высота приповерхностных барьеров составляет 0,69 – 0,76 эВ [1]. Приповерхностный слой

зерна с барьером Шоттки обеднен носителями заряда, поэтому ОЦК в слабых электрических

полях имеет низкую электропроводность ( менее 10-11 Ом-1 см-1). Когда напряжение Ub,

приложенное к барьерам, удовлетворяет условию Ub (Eg–eEb)/e (Eg – ширина запрещенной

зоны ZnO, Eb – высота барьера, e – заряд электрона), керамика проявляет нелинейную ВАХ,

связанную с развитием в обедненном приповерхностном слое зерен зенеровского туннелиро-

вания и лавинного пробоя.

Причиной образования двойных барьеров Шоттки в ОЦК является физическая ад-

сорбция кислорода на поверхности зерен ZnO. Такая адсорбция за счет захвата кислородом

электронов проводимости из зерна приводит к отрицательному заряду поверхности и, как

следствие, образованию энергетического барьера в приповерхностной области зерна. Высота

барьера Eb пропорциональна отношению Nt2/ND, где Nt – концентрация поверхностных со-

стояний кислорода, ND – концентрация донорных уровней в зерне ZnO. На величину Nt и ND

оказывают влияние такие факторы, как легирования зерна ZnO различными добавками,

окружающая газовая среда, термическая обработка, длительная выдержка образца керамики

в электрическом поле. Указанные выше факторы могут приводить к деградации, сопровож-

НМІТФ – 2016

- 130 -

дающейся увеличением электропроводности керамики в слабых электрических полях и сни-

жением коэффициента нелинейности . Причиной деградации нелинейных электрических

свойств ОЦК, в частности, может быть водород [2].

Цель настоящей работы – исследование влияния атомарного водорода, полученного

электролизом в водных электролитах, на нелинейные электрические свойства оксидно-

цинковой керамики.

Исследования выполнены на образцах ОЦК с планарными серебряными электродами,

нанесенными на поверхность варисторного диска. Расстояние между электродами – 4 мм.

Легирование водородом осуществляли в водном электролите через окно открытой поверхно-

сти образца размерами 4х6 мм2. Окно создавали путем покрытия лаком всей поверхности об-

разца за исключением самого окна. На открытую поверхность образца, помещенного в элек-

тролит, устанавливали катод, между ним и анодом, расположенным в электролите, прикла-

дывали напряжение. В результате, за счет электролиза воды, согласно электрохимической

реакции H2O + e OH− + H, на открытой поверхности образца выделялся атомарный водо-

род. Часть атомов водорода диффундировала вглубь образца, что обеспечивало легирование

ОЦК водородом. Уровнем легирования можно управлять, пропуская через электролит разное

количество электричества Q.

На рис. 1 показаны вольтамперные ха-

рактеристики образца ОЦК, измеренные после

легирования атомарным водородом, при раз-

ных значениях количества электричества Q,

пропущенного через электролит.

Как можно видеть, атомарный водород

оказывает значительное влияние на нелиней-

ную электропроводность ОЦК. С ростом Q, ко-

гда увеличивается количество атомов водоро-

да, введенных в керамику, электропроводность

в слабых электрических полях увеличивается

на несколько порядков, и керамика теряет не-

линейные электрические свойства. При боль-

ших значениях Q ВАХ керамики становится

практически линейной = 1 (кривая 4, рис. 1).

Поскольку нелинейные электрические

свойства ОЦК контролируют межзеренные

энергетические барьеры, наблюдаемое поведе-

ние свидетельствует о том, что атомарный во-

дород разрушает эти барьеры. Такое разруше-

ние проявляется в снижении практически до

нуля высоты барьеров Eb с ростом уровня ле-

гирования образца керамики водородом (с ро-

стом Q).

Поскольку Eb ~ Nt2/ND, причиной разру-

шения приповерхностных барьеров Шоттки под действием атомарного водорода, по-

видимому, является уменьшение активных поверхностных состояний кислорода Nt, и увели-

чение количества доноров ND в объеме зерен ZnO. Уменьшение Nt можно объяснить образо-

ванием электрически нейтральных групп O−H на поверхности зерен ZnO за счет связывания

атомов водорода с кислородом, физически адсорбированным на поверхности зерен. При

этом электрон, захваченный кислородом из зоны проводимости зерна, возвращается обратно,

и заряд поверхности зерен уменьшается. Как следствие происходит уменьшение высоты

энергетических барьеров, которое вызывает рост электропроводности в слабых электриче-

ских полях и снижение . Как известно [3], водород, внедренный в кристаллическую решет-

Рис.1. Вольтамперные характеристики об-

разца оксидно-цинковой керамики после

электрохимического легирования атомар-

ным водородом. Количество электриче-

ства, пропущенного через электролит, Кл:

1 – 0; 2 – 0,014; 3 – 0,157; 4 – 3,30

НМІТФ – 2016

- 131 -

ку ZnO, образует мелкий донор. Поэтому увеличение ND при легировании ОЦК водородом

также является причиной снижению высоты барьеров.

Таким образом, электрохимическое легирование атомарным водородом варисторной

оксидно-цинковой керамики оказывает негативное воздействие на ее нелинейные электриче-

ские свойства и может быть причиной деградации варисторов при их эксплуатации во влаж-

ной среде.

Список использованной литературы

1. Temperature dependence of zinc oxide grain resistivity in ZnO varistor ceramics / A.I.

Ivon, A.B. Glot, R.I. Lavrov, T.A. Bubel // J. All. and Comp. − 2016. − V. 656. − C. 740–744.

2. Degradation mechanism of ZnO ceramic varistors studied by electrochemical hydrogen

charging / Wan Ping Chen, Yu Wang, Zhi Peng, Helen Lai Wah Chan // Jpn. J. Appl. Phys. − 2003.

− V.42. − P. L48–L50.

3. McCluskey M. D. Defects in ZnO / M. D. McCluskey, S. J. Jokela // J. Appl. Phys. − 2009.

− V.106. 071101 − P. 1–13.

УДК: 533.375.5; 538.94

ФОНОННІ СПЕКТРИ СПОЛУК Cu2ZnSnSe4 ІЗ ЗАМІНОЮ Sn НА Ge АБО

Si

Бабічук І.С.1, Гаврилюк Є.О.1, Лемішко І.С.1, Джаган В.М.1, Юхимчук В.О.1, Валах М.Я.1,

Боднар І.В.2, Guc M.3 1Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, пр. Науки, 45, Київ,

03680, Україна, е-mail: babichuk@isp.kiev.ua 2Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники,

ул. П. Бровки, 6, 220013, г. Минск, Белоруссия 3Institute of Applied Physics, Academy of Sciences of Moldova, Academiei str. 5, 2028 Chisinau,

Moldova

На сьогодні сполука з кристалічною структурою типу кестеріт Cu2ZnSnSe4 (CZTSe) серед

класу сполук Cu2-II-IV-VI4 найбільш досліджується. Це зумовлено тим, що CZTSe має прямозон-

ний характер електронних зон і, відповідно, високий коефіцієнт міжзонного поглинання, який до-

зволяє застосовувати плівки з товщиною близько одного мікрона для виготовлення фотоелектрич-

них перетворювачів (ФЕП). Хімічні елементи, які входять в цю сполуку, широко розповсюджені в

земній корі, відносно недорогі та нетоксичні. Все це привело до стрімкого росту ККД фотоелект-

ричних перетворювачів, створених на їхній основі.

Поряд з CZTSe останнім часом широко досліджуються сполуки, в яких елемент IV групи

періодичної системи Sn замінено на Ge або Si, що дозволило отримати сполуки Cu2ZnGeSe4 та

Cu2ZnSiSe4, в яких ширина забороненої зони становить 1,6 і 2,2 еВ, відповідно. Завдяки такій замі-

ні можна отримати градієнтні поглинаючі шари для сонячних елементів, в яких змінюється зна-

чення Eg і вони зможуть поглинати сонячну енергію в широкому спектральному діапазоні. Важли-

во, що в цьому випадку загальна товщина поглинаючого шару не збільшується.

Метою цієї роботи було отримання експериментальних спектрів твердих розчинів четвер-

них халькогенідів при заміні катіона IV групи періодичної системи Sn на Ge або Si (Cu2ZnXSe4, де

X - Sn, Ge, Si).

Кристалічні зразки Cu2ZnSnSe4, Cu2ZnGeSe4 та Cu2ZnSiSe4 були вирощені методом хімічно

транспортних реакцій з використанням йоду в ролі транспортера. Спектри комбінаційного розсію-

вання світла (КРС) реєструвалися в геометрії розсіювання назад за допомогою спектрометра

T64000 Jobin Yvon при збудженні випромінюванням Ar+-лазеру з довжиною хвилі 514,5 нм. З ме-

тою мінімізації впливу лазерного випромінювання на нагрівання зразків, і відповідно модифікації

НМІТФ – 2016

- 132 -

спектру КРС, його потужність вибиралася мінімально можливою для запису спектрів (~ 1 мВт).

Спектри КРС реєструвалися в різних ділянках кожного зразка для перевірки однорідності елемен-

тного складу.На відміну від більш досліджених Cu2ZnSnSe4, які кристалізуються в тетрагональній

структурі (кестеріт, станіт) з однією формульною молекулою в елементарній комірці, сполуки

Cu2ZnGeSe4 та Cu2ZnSiSe4 відносяться до ромбічної вюрцстанітної структури з двома формульни-

ми молекулами в примітивній комірці [1]. Відповідно їхній спектр характеризується не 21 оптич-

ною модою, а 45, причому через відсутність центру інверсії всі вони є активними в спектрі КРС, а

35 з них – в спектрі ІЧ-поглинання.

На рис. 1 показано спектри КРС кристалів Cu2ZnSnSe4, Cu2ZnGeSe4 та Cu2ZnSiSe4. Основ-

ний внесок в спектри, для CZTSe дають смуги A1-симетрії кестеріту з частотами 172 і 196 см-1 [2].

Заміна олова германієм в Cu2ZnGeSe4 призводить до зміщення домінуючих смуг в більш високо-

частотну область, причому найбільш інтенсивна смуга розташована на частоті 206 см-1 а інші дві

при 174 і 178 см-1. Спектри сполуки Cu2ZnSiSe4 характеризуються трьома смугами в області 110 –

340 см-1, серед яких найбільш інтенсивна смуга з'являється на частоті 222 см-1, а інші дві смуги ро-

зташовані на 167 см-1 і 178 см-1. Саме наявність трьох характеристичних домінуючих смуг дає змо-

гу ідентифікувати належність Cu2ZnGeSe4 та Cu2ZnSiSe4 до просторової групи вюрцстаніт, на від-

міну від сполуки Cu2ZnSnSe4, яким притаманна просторова група типу кестеріт або станіт.

Рис. 1. Спектри КРС кристалів Cu2ZnSnSe4, Cu2ZnGeSe4 та Cu2ZnSiSe4.

Таким чином, заміна катіона Sn на Ge або Si у структурі Cu2ZnXSe4, де (X - Sn, Ge, Si) дає

змогу отримати нові матеріали з різною шириною забороненої зони, які можна ефективно застосо-

вувати при створенні сонячних фотоперетворювачів з градієнтними поглинаючими шарами. При

цьому, ефективний контроль якості цих структур можливий за допомогою неруйнівної раманівсь-

кої діагностики. Із аналізу раманівських спектрів встановлено, що сполуки Cu2ZnGeSe4 та

Cu2ZnSiSe4 характеризуються наявністю трьох домінуючих смуг на відміну від сполуки

Cu2ZnSnSe4. Показано, що зі зменшенням атомної маси елемента Х, частота основної (найбільш

інтенсивної) смуги зростає, що є закономірним і підтверджує коректність отриманих раманівських

даних для цієїх серії сполук.

Список использованной литературы

1. Guc M. Raman spectra of wurtzstannite quaternary compounds / M. Guc, V. Izquierdo-

Roca, A. Perez Rodriguez et.al. // Physica Status Solidi C. – 2013. – 10. – P. 1075–1078.

2. Бабічук І.С. Оптичні властивості плівок Cu2ZnSn(SхSe1-x)4. / І.С. Бабічук, І.С. Лемі-

шко, І.В. Бабічук, В.М. Джаган, М.Я. Валах, В.О. Юхимчук // First international workshop «Ac-

tual problems of fundamental science». – APFS’2015. Abstract book. – Lutsk-Lake «Svityaz’»,

Ukraine. – May 29. – June 2, 2015. – Р. 70-72.

НМІТФ – 2016

- 133 -

УДК: 621.315.592

ТЕХНОЛОГІЧНІ АСПЕКТИ РОСТУ ГЕТЕРОНАНОВІСКЕРІВ

GaAs/In1-XGaXAs/GaAs ПРИ НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНОМУ

CVD-МЕТОДІ

Губа С.К. *, Пелещак Р.М.**, Гуменюк Д.В.* *Національний Університет «Львівська Політехніка», 79013 Львів, Україна,

e-mail: gubask@polynet.lviv.ua **Державний педагогічний Університет ім. І.Франка, 82100 Дрогобич, Україна

Напівпровідникові гетеронановіскери або ниткоподібні кристали нанометрового діа-

пазону (ННК) стають останнім часом предметом підвищеного інтересу як з фундаменталь-

ної, так і прикладної точок зору. Завдяки надзвичайно ефективній релаксації пружних на-

пружень на бічній поверхні у віскерах можливе вирощування когерентних гетероструктур

осьового типу в сильно неузгоджених системах матеріалів, що якісно відрізняє віскери від

двовимірних шарів і квантових точок [1]. Якщо радіус віскера менше критичного значення

(зменшується зі зростанням неузгодженості), то формування дислокацій невідповідності не

спостерігається навіть при нескінченній товщині шару. Отже, енергетичних перешкод для

формування гетероструктур немає, і якість останніх визначається кінетикою зростання. У

більшості випадків мова йде про системи матеріалів з великою неузгодженістю по параметру

решітки. Ниткоподібні нанокристали є дуже перспективними об'єктами для формування без-

дислокаційних (когерентних) напружених гетероструктур, оскільки мають вільні (ненапру-

жені) поверхні не тільки на вершині, але і збоку. За аналогією з квантовими точками можна

очікувати, що наявність вільних поверхонь буде сприяти ефективній релаксації пружних на-

пружень, що дозволяє вирощувати когерентні шари з більшою товщиною, ніж в двовимірній

геометрії.

Гетеронановіскери GaAs/In1-xGaxAs/GaAs інтенсивно використовуються в сучасній

електроніці. На їх основі виготовляють світлодіоди і лазери. Гетеронановіскери вирощують-

ся в газотранспортних вертикальних та горизонтальних реакторах у різних типах газотранс-

портних систем. На цей час вже розроблено низку технологій і методик, які ефективно фун-

кціонують і забезпечують отримання нановіскерних матеріалів для різноманітного викорис-

тання. Це, насамперед, молекулярно-променева та МОС-гідридна епітаксія.

Одним із перспективних методів вирощування гетеронановіскерів на базі сполук

AIIIBV є низькотемпературний метод хлоридної епітаксії (CVD-метод) [2]. Властивості і як-

ість ниткоподібних гетеронанокристалів GaAs/In1-xGaxAs/GaAs більшою мірою залежить від

кінетики зростання, а саме від кінетичних особливостей масоперенесення і хімічної взаємодії

у паровій фазі, а також від гетерофазних реакцій у зоні джерела та підкладки.

У процесі вирощування ниткоподібних гетеронанокристалів GaAs/In1-xGaxAs/GaAs

шляхом зміни умов підготовки поверхні і осадження матеріалу необхідно контролювати їх

властивості: діаметр, довжину, форму, поверхневу густину, однорідність, склад і т.д. Рішен-

ня даної задачі неможливе без проведення аналізу ростових процесів. Метою даної роботи є

дослідження низькотемпературної хлоридної епітаксії (CVD-метод) як методу отримання

ниткоподібних гетеронановіскерів GaAs/In1-xGaxAs/GaAs у прямоточному багатоканальному

горизонтальному реакторі.

Висновки. Проведений аналіз механізмів формування перенасиченої газової фази для

росту гетеронановіскерів GaAs/In1-xGaxAs/GaAs методом низькотемпературної хлоридної

епітаксії в багатоканальному прямоточному горизонтальному реакторі. Для створення пере-

насиченої газової фази при низькотемпературному рості гетеронановіскерів

GaAs/In0,53Ga0,47As/GaAs вибрана система In – Ga – GaAs – AsCl3– HCl – H2 – He для прямо-

точного багатоканального горизонтального реактору.

НМІТФ – 2016

- 134 -

Аналіз особливостей формування перенасиченої газової фази в умовах хлоридної сис-

теми In – Ga – GaAs – AsCl3 – HCl – H2 – He дозволив оцінити основні технологічні пара-

метри, які визначають кінетику росту гетеронановіскерів GaAs/In0,53Ga0,47As/GaAs та їх роз-

міри. Отримані результати дають можливість визначити поле температур та інтервал швид-

костей потоку газу-носія H2 та He для існування пересиченої газової фази в умовах низько-

температурного вирощування гетеронановіскерів GaAs/In0,53Ga0,47As/GaAs.

Згідно з фізичною моделлю росту нановіскерів за механізмом пар-рідина-кристал [3]

проведений розрахунок кінетики росту гетеронановіскерів GaAs/In0,53Ga0,47As/GaAs від тем-

ператури зони росту, та діаметру гетеронановіскера. Проведений аналіз та порівняльна хара-

ктеристика швидкості росту структури GaAs та структури In0,53Ga0,47As гетеронановіскерів

GaAs/In0,53Ga0,47As/GaAs від температури зони росту при рівних технологічних умовах росту.

Аналіз формування перенасиченої газової фази хлорид-гідридної системи In – Ga –

GaAs – AsCl3 – HCl – H2 – He та кінетика росту гетеронановіскерів GaAs/In0,53Ga0,47As/GaAs

показав ймовірну можливість створення гетеронановіскерів GaAs/In0,53Ga0,47As/GaAs, не ли-

ше методами МПЕ і МОС-гідридної епітаксії, але і низькотемпературною хлоридною епітак-

сією в прямоточному багатоканальному горизонтальному реакторі.

Список використаної літератури

1. S.K. Guba and V.N. Yuzevich. Calculation of the Surface Characteristics and Pressures of

InAs Quantum Dots in a GaAs Matrix // Semiconductors. – 2014. – Vol.48. – 7. – pp. 905-910.

2. Voronin V.O., Guba S.K., Litvin M.O. In-kinetics study of gas phase formation in the sys-

tem Ga/In–AsCl3–HCl–H2 by UV-spectroscopy // SPIE. – 2001. – Vol. 4355. – pp. 286–293.

3. V. G. Dubrovskii, G. E. Cirlin, N. V. Sibirev, F. Jabeen, J. C. Harmand, P. Werner.

NewModeofVapor−Liquid−SolidNanowireGrowth // NanoLett. – 2011. – Vol. 11. – pp. 1247-1253.

СТВОРЕННЯ ГЕТЕРОСТРУКТУРИ InSe – ГРАФІТ

Ткачук І.Г., Поцілуйко Р.Л.

Інститут проблем матеріалознавства ім.І.М. Францевича НАНУ, Чернівецьке відділення, вул.

І. Вільде, 5, Чернівці, e-mail: chimsp@ukrpost.ua

Більшість існуючих робіт направлені на розробку та дизайн конфігурації нанострук-

турованих гетерограниць з метою підвищення їх фотоелектричних чи газочутливих власти-

востей і параметрів. У той же час набагато менше уваги приділяється аналізу домінуючих

механізмів струмопереносу, електричних властивостей на постійному та змінному струмі, а

також їх залежності від різних зовнішніх умов, що дуже важливо для ефективної роботи но-

вих приладів електроніки, оптоелектроніки та сонячної енергетики.

Нанесення графіту проводилося на поверхню шаруватого кристалу InSe (розміром 8 x

4 x 1 мм), який був вирощений методом Бріджмена за допомогою олівця марки 4В. Дана ма-

рка олівця була вибрана за рахунок хорошої провідності, а також компонуючого складу в ній

відношення графіту до глинястої структури (4:1).

При вимірі вольт-амперних характеристик гетероструктури випрямлення відбулось в

межах (0,8-0,9В), що є нормальним для даної структури. Дана гетероструктура є фоточутли-

вою. Спектр фотопровідності знаходиться у межах (0,4-1,2мкм).

На основі вольт-амперної характеристики було побудовано напівлогарифмічну зале-

жність з якої було визначено коефіцієнт неідеальності даної гетероструктури за формулою:

Δln(I)/ΔV=e/nkT (1)

З даної формули визначено, що коефіцієнт неідеальності n, який знаходиться у межах

(3≤n≤3.5), що є допустимим для даного роду структур.

НМІТФ – 2016

- 135 -

-2 0 2 4

0,0

6,0x10-5

1,2x10-4

I(А

)

U(B)

а)

0,0 0,5 1,0

1E-7

1E-6

1E-5

logI

U(B)

б)

Рис 1. а) ВАХ структури InSe/ графіт; б)Напівлогарифмічна залежність ВАХ структу-

ри InSe-графіт;

УДК 539.21; 541.182; 548.5; 620.18; 681.586:

МУЛЬТИФРАКТАЛЬНЫЕ СПЕКТРЫ ПЛОЩАДИ ПОВЕРХНОСТИ

ГЕТЕРОКОМПОЗИЦИЙ ZnX Cd1-XTe –Si (111), СИНТЕЗИРОВАННЫХ

ВАКУУМНЫМ АНОДНЫМ НАПЫЛЕНИЕМ

Москвин П.П., Крыжановский В.Б., Литвин П.М.1 , Рашковецкий Л.В.1 ,

Рудницкий В.А.

Житомирский государственный технологический университет, moskvin@us.zt.edu.ua, 1 Институт физики полупроводников им. В.Е. Лашкарева, НАН Украины.

Математический аппарат теории мультифракталов [1] был применен для поиска муль-

тифрактальных (МФ) спектров распределения площади поверхности поликристаллических

слоев твердых растворов TeCdZn XX 1 . Пленки этого материала были сформированы на под-

ложках Si (111) методом анодного вакуумного напыления [2] в различных условиях. По-

верхность слоев анализировалась методами атомно-силовой микроскопии (AFM).

Мультифрактальные спектры, полученные для всех анализируемых образцов, соот-

ветствовали своей канонической форме [1]. Количественное описание состояния поверхно-

сти слоев осуществлялось числом Реньи 0D и параметром упорядоченности:

qq DD1 ( q – показатель степенного разложения).

Результаты применения МФ анализа к описанию характеристик площади поверхности

слоев показывают наличие взаимосвязи между параметрами мультифрактального спектра

поверхности слоев и технологическими условиями получения структуры. Сравнительный

анализ формы МФ спектров от площади поверхности слоев, полученных методом анодного

вакуумного напыления и «методом горячей» стенки, показал, что при одних и тех же темпе-

ратурных условиях фазообразования и при обеспечении одинаковых скоростей роста слоев

МФ спектры от поверхности пленок, синтезированных разными технологиями, оказываются

очень близкими. Последнее означает возможность получения слоев с одинаковыми МФ по-

верхностными спектрами, или, что то же самое, с одной морфологией поверхности, но раз-

личными технологическими методами. Полученные количественные результаты позволяют

предполагать, что значения параметров мультифрактальных спектров поверхности слоев мо-

НМІТФ – 2016

- 136 -

гут служить комплексными параметрами для оценки их качества и использоваться для про-

гнозирования возможности их дальнейшего применения в приборных структурах.

Выводы:

1. Метод мультифрактального анализа применен к описанию поверхности слоев

твердых растворов системы ZnCdTe, сформированных на кремниевых подложках методом

анодного вакуумного напыления.

2. Выполнено сравнение МФ спектров от поверхности слоев, выращенных мето-

дом анодного вакуумного напыления и метода «горячей стенки». Показано, что при близости

термодинамических условий фазообразования в сравниваемых процессах МФ спектры ока-

зываются близкими по своим параметрам.

Список использованной литературы

1. Moskvin P., Kryzhanivskyy V., Rashkovetskyi L., Lytvyn P., Vuichyk M. Multifractal analy-

sis of areas of spatial forms on surface of ZnxCd1_xTe–Si (111) heterocompositions // J. Crystal

Growth. – 2014. – V.404. – P.204-209.

2. Рудніцький В. А., Москвін П. П. Особливості синтезу структур на основі твердих ро-

зчинів ZnCdTe методом вакуумного анодного напилення // Вісник ЖДТУ. Серія: Технічні науки. – 2014. – 4 (71). – С. 106-113.

УДК 537.311.6

СПЕКТРАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ЗРАЗКІВ GaSe,

ІНТЕРКАЛЬОВАНИХ ГІДРООКСИДОМ КАЛІЮ

Цибуленко Ю.М.

Інститут проблем матеріалознавства імені І. М. Францевича НАН України,

Чернівецьке відділення, вул. І. Вільде, 5, м. Чернівці, Україна,

e-mail: tsyb1992@mail.ru

Інтерес до вивчення фізичних властивостей з'єднань А3В6 обумовлений особливостя-

ми їх шаруватої кристалічної структури. А саме різка ізотропія хімічних зв’язків, що дозво-

ляє нам завдяки цьому проводити процес інтеркаляції [1]. Метою роботи є дослідження спе-

ктрів пропускання в області екситонного поглинання шаруватого напівпровідника GaSe, ін-

теркальованого гідроксидом калію, при 293К та 77К.

Інтеркаляція гідроксидом калію шаруватих монокристалічних зразків GaSe проводи-

лася дифузійним методом експонування даних зразків в рідкому середовищі КОН (30% вод-

ний розчин) на протязі 28 діб (672 години).

Спектри пропускання кристалів досліджувались на спектрометричній установці, зіб-

раній на базі монохроматора МДР-23.

На рис.1 представлені спектри оптичної густини GaSe (1) та <КОН> GaSe (2) при кім-

натній температурі (Т=293К). Встановлені спектральні положення екситонного максимуму

та на півширини екситонної смуги поглинання Н в “чистому” GaSe та сполуці впровадження

<КОН> GaSe. Згідно рис.1 для GaSe=2,035еВ; Н=12,8меВ.

При впровадженні гідроксиду калію в GaSeпри Т=293К відбувається високоенергети-

чне зміщення екситонного максимуму Δ=12меВ, а також збільшення напівширини екситон-

ної смуги поглинання ΔН=4,5меВ.

НМІТФ – 2016

- 137 -

Високоенергетичні зміщен-

ня спектрального положення екси-

тонних максимумівв сполуці

впровадження <КОН> GaSe в по-

рівнянніі з «чистим» моноселені-

дом галію приТ= 293К наΔ=12меВ

(рис. 1) можна пояснити на основі

представлень про вплив деформа-

ції на перебудову енергетичного

спектру шаруватого кристалу [1].

У загальному випадку, зміщення у

високоенергетичну область можна

пов'язати із зміною ширини забо-

роненої зони Eg внаслідок міжша-

рових деформацій та деформацій в

межах шару, які характеризуються

різними знаками деформаційного

потенціалу.

Список використаної літератури

1. Соболев В.В. Зоны и экситоны халькогенидов галлия, индия и таллия. – Кишинев:

Штиинца 1982. – 272с.

УДК 539.2:621.315:535

ДОСЛІДЖЕННЯ ПЛІВОК MgХZn1-ХO НА ДІЕЛЕКТРИЧНИХ

ПІДКЛАДКАХ Al2O3 ІЧ-СПЕКТРОСКОПІЇ

Венгер Є.Ф., Мельничук Л.Ю.*, Мельничук О.В.*, Боpковська Л.В., Хоменкова Л.Ю., Кор-

сунська Н.О.

Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України, 03028,

проспект Науки, 41, м. Київ, Україна. *Ніжинський державний університет імені Миколи Гоголя, 16602,

вул. Крапив’янського, 2, м. Ніжин, Україна, е-mail: mov310@mail.ru

Завдяки своїм унікальним властивостям (висока фоточутливість в УФ області спектра,

високий квантовий вихід фото- і катодолюмінесценції, наявність піро- і п’єзоефекту, тощо)

тверді розчини MgхZn1-хO належать до матеріалів, які представляють собою основу найріз-

номанітніших оптоелектронних приладів, побудованих на використанні об’ємних та поверх-

невих хвиль. Перевагою приладів на основі плівок MgхZn1-хO є їх мініатюрність, висока ефе-

ктивність роботи в широкому частотному діапазоні, а також можливість інтеграції з іншими

мікроелектронними елементами, що відкриває широкі перспективи для їх використання в

оптиці та оптоелектроніці.

У доповіді представлено результати дослідження нелегованих та сильнолегованих

плівок MgxZn1-xO при концентраціях електронів від 1016 до 5∙1018 см-3 на діелектричних підк-

ладках Al2O3 методами ІЧ-спектроскопії зовнішнього відбивання в області залишкових про-

менів плівки та підкладки при орієнтаціях EC і E||C. Привабливістю дослідження потрійних

з’єднань MgхZn1-хO з діапазоном Mg2+ від 0 до 20 at.% є збереження гексагональної решітки

та прояв оптично-анізотропних властивостей в ІЧ-області спектра. При х>0.2 для потрійних

з’єднань MgхZn1-хO характерною є кубічна решітка.

2,00 2,01 2,02 2,03 2,04 2,05 2,06 2,07

0,25

0,50

0,75

1,00

1,25

1,50

1,75

-lg

(I/I

0)

heV

Eекс

=2,035 еВ

Eекс

=26035 еВ

1

2

Рис.1 Спектри оптичної густини GaSe (1) та

<КОН> GaSe (2) при Т=293К.

НМІТФ – 2016

- 138 -

Досліджені плівки були синтезовані двома методами. Плівки першого типу одержані

методом електронно-променевого випаровування за допомогою модернізованої промислової

установки ВУ-1А з автоматичним управління технологічними процесами (керування темпе-

ратурою, тиском, заслінками та ін.). Швидкість росту плівок MgхZn1-хO при х<0.2 на підклад-

ках Al2O3 складала 0.1–0.15 мкм/год. Товщина плівок визначалась за допомогою інтерфероме-

тра МИИ-4 і змінювалась від 1 до 40 мкм. Плівки MgхZn1-хO другого типу наносилися на підк-

ладку Al2O3 методом трафаретного друку з паст з різним вмістом компонентів ZnO і MgO і

відпалювались на повітрі за температури 1000 °С протягом 1 год. Товщина шарів складала від

10 до 40 мкм.

За допомогою спектрофотометра ИКС-31 при використанні приставок ИПО-22 прове-

дено реєстрацію спектрів зовнішнього відбивання в s- и p-поляризованому світлі в актуальній

області частот плівки MgхZn1-хO та підкладки Al2O3 (400–1200 см-1) при Т=300 К. Представле-

но математичну модель із адитивним та феноменологічним вкладом осциляторів у діелектрич-

ну проникність, що дозволяє проводити дисперсійний аналіз спектрів за врахування орієнтації

оптичної вісі в плівці та підкладці.

Показано, що спектри ІЧ-відбивання від поверхні MgхZn1-хO/Al2O3 добре моделюються

при використанні багатоосциляторної математичної моделі для системи оптично анізотропна

(ізотропна) плівка на оптично анізотропній (ізотропній) підкладці при орієнтації EC і E || C.

Методом дисперсійного аналізу спектрів ІЧ-відбивання вперше визначено оптичні параметри

структури MgхZn1-хO (частоти та коефіцієнти затухання поперечної ТО- та поздовжньої LO-моди

усіх трьох осциляторів, величину діелектричного вкладу кожної моди, статистичну та високоча-

стотну діелектричні проникності при орієнтаціях EC і E||C тощо).

Експериментально встановлено, що для плівок потрійного з’єднання MgхZn1-хO товщи-

ною d < 90 нм форма спектра R(ν) визначається переважно підкладкою Al2O3, а плівка потрійно-

го з’єднання оксиду цинку при d >8 мкм має форму спектра відбивання «напівнескінченного»

кристала MgZnO. Розроблено програми для проведення дисперсійного аналізу спектрів гетеро-

структур MgхZn1-хO/Al2O3 при врахуванні якості обробки поверхні підкладки Al2O3.

UDC 548.5

DOPING OF PbI2 MONOCRYSTALS BY FE AND NI IN THE PROCESS OF

GROWTH FROM VAPOUR PHASE

Rybak O.V.

National University “Lviv Polytechnic”, St.Bandery 12, Lviv, 79013, Ukraine,

e-mail: orybak@polynet.lviv.ua

The doping of wide-zone semicoductors transition metals iones with non-filled 3d-electron

shell is of significant scientific and practical interest. It is connected with display (as for such mate-

rials) of the numberous interesting physical phenomena, such as realization of magnetic combined

polaron, gigantic spin-splitting and turning of polarization plane, whole investigation provides for

controlled changing of fundamental properties of the object under study. These magnetoinduced

phenomena are based on the process of interaction of native electronic excitations with so-called

localized spin moments of iones with non-filled 3d shells.

The known techniques for melt growth of large PbI2 crystals are incapable of ensuring the de-

sired structural perfection of the crystals, which reflects on the engineering performance of PbI2-based

devices. Large, stoichiometric PbI2 crystals can be grown from the vapour phase. This article deals with

the investigation of the peculiarities of obtaining PbI2 monocrystals, doped with iron and nicel within

the concentration range of 0,001-1 at.% at crystallization from vapour phase in the closed system and at

over-stochiometric iodine pressure.

НМІТФ – 2016

- 139 -

The doping process was carried out at the technological conditions of growth, optimum for ob-

taining of PbI2 undoped crystals: source area temperature 770-800 K, crystallization area temperature

620-670 K, over-stoichiometric iodine pressure 7 kPa. As a vaporization source, the alloy of lead iodide

with impurity iodide (impurity content of 0,001-1 at.%) was used. The dopant concentration in the

source material and crystals was determined by x-ray microanalysis.

The doping level of vapour-grown crystals depends primarily on the dopant content of the

source material and the temperature of the source and deposition zones. In addition, at considerable do-

pant (FeI2, NiI2) concentrations in the system, the doping level of the crystals is also influenced by the

relationship between the rates of PbI2 and FeI2 (NiI2) transport. The rate of FeI2 and NiI2 transport was

found to be an order of magnitude lower than that PbI2 transport.

It was found that at impurities concentration of 0,001-0,1 at.% in the primary alloy the mass-

transfer degree is the same as for undoped PbI2 crystals. The concentration of impurities in monocrystals

grown is in direct proportion to their content in the alloy.

At the impurities concentration of 0,1-1 at.% in the primary alloy, their content in the monocrys-

tals grown is ten times less. The crystal size undergoes lessening at increasing the iodide impurities con-

centration in alloy. The mass transfer degree decreases rapidly at increasing the impurities content,

while that is evidently connected with increasing pressure of iodide impurities in vapour phase.

It was determined that, to obtain PbI2 monocrystals (doped by transition metals (Fe, Ni) till 0,1-1

at.% concentration) - it is necessary to rise the source area temperature up to 900 K.

As the results of the investigations carried out, the relation between the doping component (Fe,

Ni) content in primary alloy and the quality of monocrystals. When using the doping method specified,

one can purposefully control the parameters of monocrystals, t.e. obtain the materials with pre-assigned

properties.

УДК 004.057.3, 004.021, 538.971

АНАЛІЗ СПЕКТРІВ СКАНУЮЧОЇ ТУНЕЛЬНОЇ СПЕКТРОСКОПІЇ ДЛЯ

СИСТЕМИ МЕТАЛ-НАПІВПРОВІДНИК InSe(Ni)

Галій П.В. 1, Ненчук Т.М. 1, Мазур П. 2, Ціжевський А. 2, Яровець І.Р. 1 1 Львівський національний університет імені Івана Франка, вул. Драгоманова, 50, 79005 Львів,

Україна, e-mail: nenchuk@electronics.lnu.edu.ua 2 Institute of Experimental Physics, University of Wroclaw, pl. Maxa Borna 9, Wroclaw, 50-204, Po-

land

Обробка і аналіз даних отриманих для поверхонь твердих тіл методом скануючої ту-

нельної спектроскопії (СТС) для групи дослідників, які працюють дистанційно є доволі акту-

альною проблемою, оскільки, на сьогодні програмне забезпечення скануючих зондових мік-

роскопів (СЗМ), як правило, використовує власні формати для збереження експерименталь-

них даних. Наприклад, Omicron NanoTechnology STM/AFM System зберігає інформацію у

файлі з параметрами запису спектру послідовно у текстовому, а матрицю попіксельних зна-

чень для сканованого спектру поверхні у двійковому форматах. Отже, постає проблема кон-

вертації форматів даних у процесі переходу від отримання даних до їх обробки з метою

отримання висновків щодо поверхонь досліджуваних кристалів.

На даний час для обробки даних СЗМ, окрім, власного програмного забезпечення екс-

периментального обладнання, використовують такі вільні програмні продукти, як Gwyddion

та WSxM [1, 2]. Gwyddion є модульною програмою для СЗМ візуалізації і аналізу даних. В

першу чергу вона призначена для аналізу топографії поверхонь і підтримує безліч форматів

даних СЗМ. Однак, на теперішній час не володіє функціональністю для аналізу спектрів

СТС. WSxM пізніших версій дозволяє обробку даних СТС і використана нами під час дослі-

НМІТФ – 2016

- 140 -

дження СТС спектрів систем метал-напівпровідник InSe(Ni) для зчитування і конвертації ін-

формації з вихідного двійкового коду у зручний для дослідника формат даних.

Однією з особливостей напівпровідникових шаруватих кристалів, до яких належить

InSe, є наявність Ван-дер-Ваальсiвської міжшарової щілини, що дозволяє впроваджувати у

неї методом інтеркалювання атоми інших речовин, наприклад, 3d-атоми металів групи заліза,

зокрема нікелю, хрому. Такі гібридні структури InSe(Ме) являють собою систему “плоских”

наноструктур сформованих магнітними домішками 3d-атомів металів [3]. Оскільки, шаруваті

кристали легко сколюються вздовж міжшарових щілин, то отримується поверхня, СТС дос-

лідження якої дозволяють отримати інформацію щодо особливостей локалізації металічного

інтеркалату та оцінити його концентрацію у наномасштабі. Для СТС досліджень вико риста-

ний режим сurrent-imaging tunneling spectroscopy (CITS) спектроскопії, яка забезпечує запис

I-V кривих для пікселів топографічного (СТМ) зображення. Використання цих кривих до-

зволяє оцінити локальну електронну структуру поверхні, оскільки, залежність dI/dV від на-

пруги зміщення V - (dI(V)/dV = f(V)) є пропорційною до локальної густини поверхневих ста-

нів. CITS режим поєднує аналіз методом СТС із побудовою відповідних СТМ зображень.

У результаті методології CITS аналізу у форматі даних Omicron отримують 110-300

просторових карт струмів тунелювання при певних напругах зміщення вістря СЗМ – поверх-

ня кристалу у діапазоні від -U В до +U В, які трактують, як відображення відносної величини

локальної густини поверхневих станів, що беруть участь у процесах тунелювання. Однак, у

вигляді візуального представлення програма WSxM показує лише 44 карти. На основі цих

даних в WSxM надається можливість представлення вольт-амперних характеристик системи

вістря – поверхня зразка як усереднених по вибраній площі, так і для вибраних точок на по-

верхні або, як альтернатива, всіх точок аналізу. За замовчуванням кількість точок аналізу за-

писаних у файлі СТС спектру складає 6400 (матриця 80х80 незалежно від розміру сканованої

області у нм2). Це суттєво менше за матрицю результатів сканування області того ж розміру

методом СТМ (матриця 400х400). Тому, отримані паралельно СТМ зображення під час СТС

сканування є суттєво меншої роздільної здатності, що погіршує можливості співставлення

топографічних особливостей і їхніх вольт-амперних характеристик.

Нами запропонований метод детального поточкового аналізу масиву вольт-амперних

характеристик отриманих для вибраної досліджуваної області на поверхні зразка за допомо-

гою загальнодоступного застосунку електронних таблиць Excel. Відносно простий метод

аналізу масивів такої розмірності використовує той факт, що розмірність аркуша електронної

таблиці сучасних версій (починаючи з 2007 і вище) суттєво збільшена порівняно з поперед-

німи. Конвертація СТС CITS спектру у формат доступний для зчитування електронними таб-

лицями реалізована за допомогою програми WSxM, яка дозволяє записати дані у текстовому

форматі I-V кривих. Отриманий масив даних розміром UN х 12800 представляє собою попар-

ний набір стовпчиків значень напруги зміщення з деяким кроком U (у діапазоні –Uзміщення -

+Uзміщення) і, відповідних їм, локальних струмів тунелювання. Наприклад, N=110, 300. На-

справді у процесі аналізу ми маємо справу із трьохмірною структурою даних, де кожна пара

стовпчиків значень напруга зміщення – струм тунелювання прив'язується до конкретної точ-

ки аналізу на поверхні. Дискретність цих точок у наномасштабі вздовж послідовних сканів

на поверхні залежить від розміру аналізованої області вибраної для сканування при стандар-

тному числі відліків, як згадувалось вище. У роботі аналізувались області поверхні розміром

10х10 нм2. Тобто, відповідні попарні значення векторів напруга зміщення – струм тунелю-

вання отримані з дискретністю 1,25 Å.

Для оцінки наявності металічних кластерів нікелю на поверхні напівпровідника реалі-

зовано простий алгоритм аналізу масиву експериментальних даних за допомогою аналізу ча-

стот появи величин струмів тунелювання вище деякої граничної величини у діапазоні напруг

зміщення, які відповідають ширині забороненої зони напівпровідникового кристалу InSe (1,4

еВ). Можливість такої оцінки забезпечується суттєво різною поведінкою вольт-амперних ха-

рактеристик для металу і напівпровідника у діапазоні напруг зміщення: -0,7 В – +0,7 В. Для

НМІТФ – 2016

- 141 -

такого аналізу використана вбудована функція масиву електронних таблиць FREQUECY

(масив даних, масив інтервалів). Отримані відношення кількості металічних до напівпровід-

никових вольт-амперних характеристик у відсотках дозволяють оцінити концентрацію ніке-

лю у наномасшатабі. Для невеликої вибірки СТС даних ця величина складала 1%.

Стосовно достовірності отриманих результатів за допомогою запропонованого алго-

ритму необхідно зауважити, що нікель на поверхні сколювання насправді є лише "половин-

кою", яка залишилася і аналізується, відносно іншої, яка видалена у результаті сколювання.

Крім того, тунельний струм зондує область з діаметром ~1 Å, тому оцінка концентрацій ні-

келю за СТС спектрами, навіть отриманими у багатьох точках та усереднених по достатньо

великих у наномасштабі ділянках поверхні, може очевидно, дещо відрізнятися від отриманих

за допомогою інших методів, наприклад, Х-променевою фотоелектронною спектроскопією

[3], яка “інтегрує” значно більші ділянки поверхні. Однією із переваг вищенаведеної методи-

ки є можливість простої автоматизації алгоритму аналізу за допомогою офісного макропрог-

рамування із створенням зручних форм вводу параметрів.

Список використаної літератури

1. Petr Klapetek P. Gwyddion user guide/ Petr Klapetek, David Necas, and Christopher

Anderson // 2004–2007, 2009–2016: http://gwyddion.net

2. Horcas I. WSXM: A software for scanning probe microscopy and a tool for

nanotechnology / I. Horcas, R. Fernandez, J. M. Gomez-Rodríguez, J. Colchero, J. Gomez-Herrero

and A. M. Baro// Rev.Sci.Instrum. – 2007. – Vol. 78. – pp. 013705-8.

3. Галій П.В. Дослідження мікро- та наноструктури міжшарових поверхонь сколю-

вання шаруватих кристалів InSe, інтеркальованих нікелем / П.В. Галій, П. Мазур,

А. Ціжевський, І.Р. Яровець, Т.М. Ненчук, Франк Сімон, Я.М. Бужук, В.Л. Фоменко // Журнал

нано- та електронної фізики. – 2016. – Т. 8, 1. – С. 01012 (11сс).

УДК 546.183

ОДЕРЖАННЯ СКЛОКЕРАМІЧНИХ ЕЛЕКТРОДНИХ МАТЕРІАЛІВ НА

ОСНОВІ Na4MII3P4O15 (MII – Co, Ni)

Одинець Є.В. 1, Затовський І.В. 1,2 1Інститут фізики Цзілінського університету, вул. Кванцзінь 2699, Чаньчунь, 130012, Китай-

ська народна республіка 2Київський національний університет імені Тараса Шевченка, вул. Володимирська 64/13, Ки-

їв, 01601, Україна, e-mail: Odinets_Eugen@i.ua

Одним з перспективних підходів до отримання сучасних напівпровідникових, йоноп-

ровідних, оптичних, електроактивних матеріалів є склокерамічна технологія, що бурхливо

розвивається останнім часом [1]. При створенні матеріалів для Li-Na-йоних акумуляторів і

паливних елементів наступного покоління значні очікування пов’язані зі складними фосфа-

тами на основі лужних і різновалентних металів [2]. Їх зазвичай одержують з використанням

різних варіантів золь-гель методу, гідротермальної або твердофазної взаємодії. Тоді як скло-

керамічна технологія отримання таких сполук досліджена лише епізодично. Це пов’язано з

тим, що використання цього підходу може призводити до формування як моно-, так і поліфа-

зних продуктів. Останнє є достатньо характерним для багатокомпонентних систем. Водно-

час, на прикладі фосфатів сімейства NASICON показано, що застосування склокерамічного

синтезу дозволяє значно поліпшити йонопровідні властивості матеріалу [3].

У представленій роботі розглянуто можливості склокерамічного методу синтезу перспек-

тивних катодних матеріалів на основі подвійних змішаноаніоних фосфатів складу Na4MII

3P4O15

НМІТФ – 2016

- 142 -

(MII – Co, Ni) [2]. Синтез досліджуваних зразків проводили шляхом загартування (відпалу) вихід-

ного скла у системах Na2О-MIIO-P2O5 (MII – Co, Ni). Розраховані стехіометричні кількості метафо-

сфату натрію та оксиду нікелю чи кобальту розплавляли у платиновій чашці при температурах

1000-1100 ОС. Після чого отримане скло швидко охолоджували, подрібнювали у вібраційному

млині та проводили його відпал при різній температурі (від 400 до 700 ОС).

Усі одержані зразки були охарактеризовані з використанням методів порошкової рентгено-

графії, FTIR-спектроскопії, диференційно-термічного аналізу, скануючої та просвітлюючої мікро-

скопії. За даними порошкової рентгенографії було з’ясовано, що швидке охолодження розплаву

2Na2О-3СоO-2P2O5 призводить до утворення скла, подальша термообробка якого при 500 ОС ви-

кликає формування склокераміки на основі кристалічного Na4Со3P4O15, яка містить до 20 мас. %

домішки NaСоPO4. За результатами термічного аналізу плавлення у даній системі спостерігається

при 733 ОС. У випадку системи 2Na2О-3NiO-2P2O5 навіть швидке охолодження розплаву викликає

кристалізацію склокераміки Na4Ni3P4O15 з домішками двох кристалічних фаз Na4Ni7P6O24 та

NaNi4P3O12 (рис. 1). При цьому гомогенізація розплаву для нікельвмісної системи відбувається при

температурі близько 1100 ОС, а вже при 1000 ОС спостерігається кристалоутворення у розчині-

розплаві.

Таким чином, було показано, що застосування склокерамічної технології є достатньо вда-

лим підходом до отримання матеріалів на основі складних фосфатів з електрохімічно активними

та йонопровідними властивостями. На фазовий склад отриманих зразків безпосередньо має вплив

як швидкість загартування і режим подальшої термічної обробки, так і природа полівалентного

металу.

Рис. 1. Результати СЕМ (а), ПЕМ (б) та електронографії (в) для склокераміки на основі

Na4Ni3P4O15.

Список використаної літератури

1. Höland W. Glass-ceramic technology / W. Höland, G.H. Beall. – New Jersey: John

Wiley & Sons, Inc., Hoboken .Second edition. – 414 p.

2. Kim H.S. Understanding the Electrochemical Mechanism of the New Iron-Based Mixed-

Phosphate Na4Fe3(PO4)(P2O7) in a Na Rechargeable Battery / H.S. Kim, I.C. Park, S.S. Lee, H.C.

Kim, K.-Y. Park, Y.-U. Park, H.G. Kim, J.S. Kim, H.-D. Lim, W.-S. Yoon, K.S. Kang // Chem. Ma-

ter. – 2013. – V. 25. – pp. 3614-3622.

3. Nakajima K. Lithium Ion Conductive Glass Ceramics: Properties and Application in

Lithium Metal Batteries / K. Nakajima, T. Katoh, Y. Inda, B. Hoffman // Symposium on Energy

Storage Beyond Lithium Ion; Materials Perspective,October 7-8, 2010 Oak Ridge National

Laboratory Kousuke Nakajima, OHARA INC.

НМІТФ – 2016

- 143 -

УДК 546.48’24

ОЧИСТКА ВКЛЮЧЕНЬ ФАЗИ ТЕ В КРИСТАЛАХ CdTe МЕТОДОМ

РУХОМОГО НАГРІВАЧА

Фочук П.М.1, Захарук З.І.1, Никонюк Є.С.2, Раренко Г.І.1

1Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, вул. М. Коцюбинського, 2,

м. Чернівці, 58012 2Національний університет водного господарства та природокористування, м. Рівне,

e-mail: microel-dpt@chnu.edu.ua, zinazakh@gmail.com

Леговані кристали CdTe використовують для виготовлення сенсорів гама-

випромінювання. У вирощених кристалах часто залишається велика кількість включень фази

Те, збагачених неконтрольованими домішками. Ці дефекти погіршують параметри сенсорів.

В даній роботі вперше проведені дослідження по очищенню включень фази Те в кристалах

CdТе гарячою зоною (820 К). Для цього був використаний механізм переміщення включень

фази Те, подібний до того, який застосовується в методі рухомого нагрівача (МРН), але без

наявності наважки Те на початку руху зони. Разом із зоною рухались розтоплені включення

Те, які в кінці процесу були виведені на поверхню злитка.

Для проведення експерименту методом Бріджмена був вирощений кристал CdTe з

надлишком 0,5 ат.% Те, в якому було багато включень фази Те. Після зонного очищення зі

швидкістю 0.25мм/год. густина включень зменшилась з 105 см-3 у вихідному кристалі до 1-10

см-3 в очищеному.

Після проведення процесу очищення включень методом МРН електрофізичні властивості

матеріалу суттєво змінилися (табл.1). Електропровідність кристала з діркової змінилась на елек-

тронну з концентрацією носіїв n = 2,5×1014 см-3. Значно зросла величина рухливості носіїв заряду

µ. Провідність струму практично не залежала від температури в інтервалі (85400) К і визнача-

лася мілкими донорами (εD<0,02еВ). Величина концентрації іонізованих центрів Ni була рівною

1×1016 см-3. Величини концентрацій донорів [D] і компенсуючих акцепторів [A] виявились май-

же однаковими: [D]≈[A]=5×1015 см-3. Вказані величини були суттєво меншими від концентрації

домішок у вихідному матеріалі до очищення, тобто, відбулося очищення не лише від включень,

а і від неконтрольованих домішок, які дифундували у включення і вийшли на поверхню разом з

ними.

Таблиця 1

Електрофізичні характеристики (ЕХ) кристалу CdТе до і після очищення включень МРН

ЕХ

кристалу

Т=290 К Т=86 К

σ,

(Ом·см)-1

RX,

см3·Кл-1

μ,

см2/В·с

σ,

(Ом·см)-1

RX,

см3·Кл-1

μ,

см2/В·с

до очищення 6,1.10-2 1,0.103 61 2,5.10-2 1,3.104 320

після очи-

щення

3,6·10-2 2,56·104 920 13,6·10-2 3,44.104 4680

НМІТФ – 2016

- 144 -

УДК 535.3, 535.51

ДЕФЕКТНА ПІДСИСТЕМА І КРИСТАЛОХІМІЧНА МОДЕЛЬ

АМФОТЕРНОЇ ДІЇ ДОМІШКИ ВІСМУТУ У ПЛЮМБУМ ТА СТАНУМ

ТЕЛУРИДАХ

Прокопів В.В.1, Туровська Л.В.2, Бойчук В.М.1, Малярська І.В.1 1Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, вул. Шевченка, 57,

м. Івано-Франківськ, Україна, 76018, e-mail: prkvv@i.ua 2Івано-Франківський національний медичний університет, вул. Галицька, 2, м. Івано-

Франківськ, Україна, 76018, e-mail: lturovska@gmail.com

Станум і плюмбум телуриди – середньотемпературні (600-850) К термоелектричні

матеріали, які характеризується або двосторонньою областю гомогенності, як у PbTe, або по-

вністю зміщеною на боці телуру, як у SnTe. Це є причиною утворення значної кількості за-

ряджених дефектів і високої концентрації носіїв. Легування активними домішками, важли-

вими серед яких є елементи V групи Періодичної таблиці, зокрема, вісмут, сприяє зменшен-

ню концентрації носіїв і покращенню термоелектричної добротності матеріалу.

Відомо, що домішки V групи Періодичної таблиці (Sb, Bi) по-різному впливають на

енергетичний спектр електронів у сполуках IV-VI [1], що пов’язують з їх амфотерними влас-

тивостями.

Бісмут, заміщуючи метал M (Pb, Sn) у його підгратці, є донором. При цьому реалізу-

ється його йонізація із стану Bi0(6s26p3) в стан Bi3+(6s26p0) + 3е–. Відносно підгратки M2+ до-

мішка знаходиться у стані 3 1

MBi Bi . У підгратці телуру бісмут йонізується

Bi0(6s26p3)→Bi3–(6s26p6) + 3h+ і є акцептором; при цьому відносно підгратки Te2– домішка

знаходиться у стані 3 1

TeBi Bi . Однаковий по абсолютній величині зарядовий стан Ві (Ві3+ і

Ві3–) зумовлює самокомпенсацію легуючої дії вісмуту. Той факт, що домішка може займати

як позиції металу, так і позиції телуру в кристалічній структурі сполуки, можна описати дис-

пропорціонуванням її зарядового стану: 0 3 3

1Bi Bi Bi 3(1 )e 3 hz z z z

,

де z – величина диспропорціонування зарядового стану Bi.

В рамках кристалоквазіхімічного формалізму запропоновано моделі нестехіометрич-

них кристалів PbTe:Bi та SnTe:Bi, які враховують складний спектр точкових дефектів базової

сполуки (2

PbV ,

1

PbV ,

2

TeV ,

2

iPb ,

0

iTe для PbTe; 2

SnV ,

4

SnV для SnTe) та різний зарядовий стан

йонів домішки (Bi3+, Bi3–). Розраховано залежності холлівської концентрації носіїв заряду та

концентрації точкових дефектів кристалів від складу.

З результатів розрахунку холлівської концентрації зроблено висновок, що при значен-

ні z < 0,5 домішка чинить донорну дію 1 1

M Te[Bi ] [Bi ] . Зокрема для n-PbTe:Bi має місце зро-

стання концентрації основних носіїв заряду, а для p-PbTe:Bi та p-SnTe:Bi: зменшення конце-

нтрації дірок, термодинамічний p-n-перехід та подальше зростання концентрації електронів.

При переважанні йонів бісмуту в позиціях телуру z > 0,5 1 1

Te M[Bi ] [Bi ] має місце протиле-

жна залежність: у випадку n-PbTe:Bi відбувається зменшення концентрації основних носіїв,

зміна типу провідності та подальше зростання концентрації дірок; для p-PbTe:Bi та p-SnTe:Bi

спостерігаємо значне зростання концентрації основних носіїв. У випадку z = 0,5 відбувається

повна самокомпенсація домішки 1 1

Te M[Bi ] [Bi ] і холлівська концентрація в обох випадках

зменшується незначно.

Порівнюючи результати розрахунку та експериментальні дані [2-3], визначено харак-

НМІТФ – 2016

- 145 -

тер зміни значення величини диспропорціонування зарядового стану домішки вісмуту та йо-

го вплив на електрофізичні властивості матеріалу. Зокрема, встановлено, що у випадку

SnTe:Bi на початкових етапах легування (до 1,5 ат. % Bi) має місце переважання йонів домі-

шки в катіонній підгратці 1

SnBi , а при подальшому легуванні відбуваються процеси самоком-

пенсації і зростає частка йонів бісмуту в позиціях телуру 1

TeBi . Для PbTe:Bi експерименталь-

ні результати задовільно пояснюються за умови z < 0,5, тобто концентрація йонів домішки

[1

PbBi ] переважає над [

1

TeBi ].

Зміна холлівської концентрації пов’язана з перерозподілом у концентрації точкових

дефектів. При легуванні вісмутом встановлено, що домінуючими дефектами є йони бісмуту в

катіонних і аніонних вузлах кристалічної ґратки 1

MBi ,

1

TeBi , а також двозарядні вакансії мета-

лу 2

MV та телуру

2

TeV , концентрація яких зростає зі збільшенням вмісту легуючих домішок, а

співвідношення між ними визначає тип провідності матеріалу.

Висновки

1. На основі запропонованих кристалоквазіхімічних формул, що враховують амфоте-

рну поведінку вісмуту у кристалах PbTe та SnTe, встановлено, що при переважанні домішок

у катіонних позиціях 1 1

M Te[Bi ] [Bi ] проявляється донорна дія, у позиціях телуру

1 1

Te M[Bi ] [Bi ] – акцепторна, а при 1 1

Te M[Bi ] [Bi ] відбувається повна самокомпенсація впливу

домішки.

2. Визначено залежності концентрації вільних носіїв та точкових дефектів, а також

холлівської концентрації від вмісту вісмуту.

3. Запропоновані кристалохімічні підходи поглиблюють можливості наукового аналі-

зу дефектної підсистеми у напівпровідникових кристалах, визначають технологічні аспекти

керування їх властивостями.

Список використаної літератури

1. Кайданов В.И. Резонансное рассеяние носителей тока в полупроводниках типа

А4В6 / В.И. Кайданов, С.А. Немов, Ю.И. Равич // ФТП. – 1992. – Т. 26, 2. – С. 201-222.

2. Рогачова О.І. Термоелектричні та механічні властивості телуриду свинцю, легова-

ного вісмутом / О.І. Рогачова, С.Г. Любченко // Термоелектрика. – 2005. – 3.– С. 23-30.

3. Горічок І.В. Фізико-хімічні властивості і механізми легування вісмутом станум

телуриду / І.В. Горічок, О.М. Матківський, Д.М. Фреїк, Г.Я. Гургула // Фізика і хімія твердо-

го тіла. – 2014. – Т. 15, 3. –С. 469-474.

НМІТФ – 2016

- 146 -

УДК 546.183

ФОСФАТНІ МАТЕРІАЛИ ДЛЯ Li-Na-ЙОНИХ БАТАРЕЙ

Затовський І.В. 1,2 1Київський національний університет імені Тараса Шевченка, вул. Володимирська 64/13, Ки-

їв, 01601, Україна 2Інститут фізики Цзілінського університету, вул. Кванцзінь 2699, Чаньчунь, 130012, Китай

e-mail: Zvigo@yandex.ru

Швидке зростання мобільної електроніки за останні двадцять років

суттєво стимулювало розробку та створення потужних портативних л ітій-

йоних акумуляторів (ЛІА). У той же час ці акумулятори повною мірою не

можуть задовольнити потреби енергетичного сектору та автомобільної про-

мисловості, в першу чергу, за критеріями собівартості і екологічної бе зпеч-

ності. Як один з шляхів вирішення так их задач на сьогодні розглядається

створення натрій- або змішаних Li-Na-йоних акумуляторних батарей. Основ-

ні зусилля тут сконцентровані на розробці нових катодних та анодних мате-

ріалів, так як літійвмісні сполуки -аналоги здебільшого виявилися малопри-

датними. Більшість досліджень у цьому напрямку присвячено н атрійвмісним

оксидам 3d -металів з шаруватим типом структури та складним фосфатам на-

трію (літію) і полівалентних металів з 3D- чи 2D -типами кристалічної упако-

вки [1;2] . Останній клас сполук, крім значної структурної різноманітності,

вирізняється високою хімічною ст абільністю, наявністю йонної провідності

за натрієм та можливістю стабілізувати різні ступ ені окиснення полівалент-

них металів, тобто задовольняє основні базові вимоги до електро дного мате-

ріалу у акумуляторі .

У доповіді розглядаються підходи до отримання електродних матеріа-

лів та твердотільних електролітів для Li-Na-йоних акумуляторних батарей на

основі лужних та полівалентних металів та проаналізовані подальші перспек-

тиви розробок у цьому напрямку . Основну увагу приділено складним фосфа-

там сімейства NASICON (Na+- ion superionic conductor), ряду нових перспек-

тивних катодних матеріалів на основі змішаноаніоних сполук

Na4M І І3(Р2O7)(РO4)2 (M I I – 3d-метали), оксинітридофосфатів Na2M І І

2Р3O9N чи

NaM І І І2Р3O9N (M I I , M I I I – 3d-метали), фторфосфатів. Дискутуються проблеми

поліпшення йонопровідних та електрохімічних характеристик для складноо-

ксидних електродних матеріалів шляхами м одифікування вихідних сполук з

використанням різних типів катіонних чи аніонних за міщень, їх отримання у

різних формах (полікристал, наночастинки, склокераміка), створення комп о-

зитів. Також розглядаються нові можливості створення твердотільних елект-

ролітів фосфатної природи для акумуляторних систем та інших типів енерге-

тичних пристроїв.

Список використаної літератури

1. Kundu D. The Emerging Chemistry of Sodium Ion Batteries for

Electrochemical Energy Storage / Kundu D., Talaie E., Duffort V., Nazar L.F. // Angew. Chem. –

2015. – V. 54. – pp. 3431-3448.

2. Palomares V. Na-ion batteries, recent advances and present challenges to become low

cost energy storage systems / Palomares V., Serras P., Villaluenga I., Hueso K.B., Carretero-

Gonzalez J., Rojo T. // Energy Environ. Sci. – 2012. – V. 5. – pp. 5884–5901.

НМІТФ – 2016

- 147 -

УДК 539.2

ВПЛИВ УМОВ ОДЕРЖАННЯ НА ЕЛЕКТРОПРОВІДНІСТЬ

ТОНКИХ ПЛІВОК β-Ga2O3 Та (Y0.06Ga0.94)2О3

Медвідь І.І., Бордун О.М., Бордун Б.О.

Львівський національний університет імені Івана Франка. bordun@electronics.lnu.edu.ua

В останні роки інтерес до тонких плівок металооксидних матеріалів зумовлений широкими

можливостями їх використання в сучасній оптоелектроніці та приладобудуванні. Серед таких ма-

теріалів важливе місце посідає Ga2O3, який володіє рядом цікавих властивостей, що визначаються

способами одержання плівок. Для зміни провідності плівок на основі Ga2O3 використовується де-

кілька методів, один з яких – відпал у різних атмосферах при високих температурах – використо-

вується у даній роботі. При цьому в роботі досліджуються тонкі плівки Ga2O3 та (Y0.06Ga0.94)2О3

одержані методом високочастотного іонно-плазмового розпилення, який вважається оптимальним

для одержання напівпровідникових та діелектричних плівок. Тонкі плівки Ga2O3 і (Y0.06Ga0.94)2О3

товщиною 0.2 – 1.0 мкм отримані ВЧ іонно-плазмовим розпиленням на підкладках із плавленого

кварцу υ-SiO2. Аналіз дифрактограм показує, що полікристалічна структура обох типів плівок від-

повідає моноклінній кристалічній структурі β-Ga2O3.

Для зміни електропровідності тонкоплівкових люмінофорів β-Ga2O3 та (Y0.06Ga0.94)2O3 про-

водився їх відпал в атмосфері кисню, аргону і водню. У досліджуваних плівках вимірювалась тем-

пературна залежність електропровідності і з неї визначалась енергія термічної активації провідно-

сті. Після напилення плівки β-Ga2O3 та (Y0.06Ga0.94)2O3 мали великий питомий опір (ρ>1011 Ом×см)

і невелику енергію термічної активації (0.15 еВ). Відпал у кисні та аргоні не суттєво впливав на

величину питомого опору, виміряну при 295 К, однак при нагріванні до 450 К питомий опір змен-

шувався до 108 Ом×см. Енергія термічної активації електропровідності при відпалі у кисні для плі-

вок β-Ga2O3 становила 0,84 еВ, а для плівок (Y0.06Ga0.94)2O3 відповідно 0.87 еВ. Обидві енергії ак-

тивації мають досить близькі значення. Подібна ситуація спостерігається для обох типів плівок і

при відпалі в аргоні, де в температурній області 300-400 К енергія термічної активації плівок β-

Ga2O3 становить 1.30 еВ, а для плівок (Y0.06Ga0.94)2O3 відповідно 1.38 еВ. При температурах 400 –

450 К ці величини становлять по 0.40 еВ для обох типів плівок. Для зменшення опору одержаних

плівок проводився їх відпал у відновній атмосфері водню при 650°С. Відпал у атмосфері водню

приводить до суттєвого зменшення опору до величин питомого опору порядку 106 Ом×см і змен-

шення енергії термічної активації електропровідності для плівок β-Ga2O3 до 0.15 еВ і для

(Y0.06Ga0.94)2O3 до 0.25 еВ.

Проведені нами дослідження показали також, що плівки β-Ga2O3 та (Y0.06Ga0.94)2O3, які не

піддавались попередньому відпалу в атмосфері кисню або аргону мають після відновлювального

відпалу значно вищу провідність, ніж плівки, які пройшли таку попередню термообробку при

1000°С. Це свідчить про те, що створення дефектів, пов’язаних із зростанням електропровідності,

проходить значно легше у плівках з незавершеним формуванням структури. Спостережуваний

ефект, імовірно, визначається меншою висотою енергетичного бар’єру для створення власних де-

фектів при неповністю сформованій структурі.

На основі проведених досліджень показано, що у високоомних плівках провідність

пов’язується зі звільненням електронів з глибоких донорних рівнів з енергіями залягання в області

0.84 – 0.87 еВ для плівок, відпалених у кисні та 1.30 – 1.38 еВ, для плівок, відпалених у аргоні і

пов’язаних з кисневими вакансіями. У відновлених у водні плівках провідність пов’язується зі зві-

льненням електронів з мілких донорних рівнів з енергіями залягання в області 0.15 – 0.40 еВ, які

пов’язуються з міжвузловими атомами галію.

НМІТФ – 2016

- 148 -

УДК 535.37; 539.216

СПЕКТРАЛЬНІ І КІНЕТИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

КАТОДОЛЮМІНЕСЦЕНЦІЇ ТОНКИХ ПЛІВОК Y2O3:Eu

Бордун І.О. , Кухарський І.Й. , Половинко І.І. , Антонюк В.Г.

Львівський національний університет імені Івана Франка, факультет електроніки та

комп’ютерних технологій, вул. Драгоманова 50, м. Львів, 79005, Україна.

Е-mail: bordun@electronics.lnu.edu.ua

Серед великої кількості матеріалів для оптоелектроніки особливе місце посідають ок-

сидні люмінесцентні матеріали, які використовуються при створенні дисплеїв, сцинтилято-

рів, засобів для запису та візуалізації інформації. Однією з досить поширених кристалічних

матриць таких люмінофорів є кубічний оксид ітрію Y2O3, активований іонами рідкісноземе-

льних металів, зокрема Eu3+.

Для одержання плівок на основі Y2O3 використовується цілий ряд методів, тому такі

плівки відрізняються за оптичними і люмінесцентними властивостями внаслідок різної їх до-

сконалості. У даній роботі досліджуються спектральні та кінетичні властивості катодолюмі-

несценції (КЛ) тонких плівок Y2O3:Eu, отриманих методом високочастотного іонно-

плазмового напилення, який є оптимальним для одержання найбільш однорідних напівпро-

відникових та діелектричних плівок. Напилення плівок проводилось у кисневій, аргоновій

або змішаній атмосфері з різним вмістом кисню та аргону. Товщини плівок становили 0.2 –

1.0 мкм. Рентгенодифракційні дослідження показали наявність полікристалічної структури

плівок з переважною орієнтацією у площині (222).

Встановлено, що у спектрах катодолюмінесценції отриманих тонких плівок проявля-

ються вузькі смуги свічення, зумовлені внутрішньоцентровими переходами між електронни-

ми оболонками у межах іона активатора Eu3+. Довжина хвилі максимуму випромінювання

становить max =612 нм, що відповідає червоному кольору свічення. Отримані нами резуль-

тати показують, що при збільшенні енергії бомбардуючих електронів, тобто при зростанні

глибини їх проникнення у тонку плівку Y2O3:Eu у свіченні зростає відносний вклад свічення

іонів Eu3+ у вузлах С2 відносно вузлів С3і. Таке відхилення, найімовірніше, вказує на утво-

рення нерегулярних розчинів оксиду ітрію і європію в тонкій плівці Y2O3:Eu у процесі її на-

несення.

На основі проведених досліджень встановлено, що кінетика загасання люмінесценції у

досліджуваних плівках Y2O3:Eu при різних енергіях і дозах опромінення добре апроксиму-

ються моноекспоненціальними функціями. Одержані результати свідчать, що постійна часу

загасання у досліджуваних плівках змінюється залежно від атмосфери напилення плівок,

концентрацій активатора і тривалості збуджуючих бомбардуючих імпульсів. Отримані вели-

чини постійної часу загасання добре узгоджуються з відомими дослідженнями загасання

люмінесценції у зразках Y2O3:Eu різної структурної досконалості і дисперсності. При аналізі

кінетик розгоряння і загасання КЛ було встановлено, що в ряді випадків спостерігається за-

тримка розгоряння КЛ відносно спаду імпульсу електронного збудження. Така ситуація яск-

равіше виражена у плівках Y2O3:Eu, напилених у атмосфері кисню і дане зміщення, крім то-

го, залежить від енергії і дози опромінення. Даний ефект пояснюється структурними неодно-

рідностями, які чіткіше проявляються у плівках, напилених у атмосфері кисню. Внаслідок

таких неоднорідностей іони активатора Eu3+ можуть розташовуватись у міжвузлових дефек-

тних положеннях кристалічної гратки Y2O3:Eu, або здійснювати переходи за рахунок дифузії

між С2 і С3і вузлами матриці Y2O3. На основі залежності розгоряння КЛ від енергії і дози

опромінення можна аналізувати структурну досконалість тонких плівок Y2O3:Eu.

НМІТФ – 2016

- 149 -

УДК 535.421;621.793

ЕЛІПСОМЕТРИЧНА ДІАГНОСТИКА ОРГАНО-НЕОРГАНІЧНИХ

МЕТАЛОКСИДНИХ ГІБРИДНИХ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ ПЛІВОК

Поперенко Л.В., Юргелевич І.В., Легка Н.М., Стронський О.В.1, Леоненко Е.В. 2,

Тельбіз Г.М. 2

Київський національний університет ім.Тараса Шевченка, .4, Глушкова пр. 4, Київ,

e-mail: lehkanatasha@gmail.com

1Інститут фізики напівпровідників ім.В.Є. Лашкарьова НАН України, 45, Науки пр., Київ

2Інститут фізичної хімії ім. Л.В.Писаржевського НАН України, 31, Наукі пр., Київ

Гібридні матеріали на основі неорганічних матриць і органічних барвників є

перспективними об’єктами в якості нових фотонних речовин, які можна застосовувати для

створення люмінесцентних середовищ (лазерів, сенсорів, сонячних елементів, оптичних

перемикачів, тощо) [1]. Це досягається введенням молекул барвника в жорстку золь-гель

матрицю. Внаслідок цього підвищується стабільність оптичної структури матеріалів шляхом

інгібування міжмолекулярної взаємодії, що впливає на агрегацію молекул барвника. При

одностадійному золь-гель синтезі всі компоненти, включно з молекулами барвника і

поверхнево-активних речовин (ПАР), знаходяться в плівкоутворюючому золі. Локалізація

молекул барвника відбувається в процесі формування мезоструктурної плівки час старіння

якої функціонально залежить від способу отримання плівок. Застосування ПАР дозволяє

змінити величину середньої відстані між молекулами барвника при його фіксованій

концентрації та впливати на процес агрегації.

Мезостуруктурні золь-гель плівки на основі оксидів титану та кремнію та молекул

барвника Родаміну 6Ж, були виготовлені з плівкоутворюючого золю методами spin- та dip-

coating на підготовлених скляних підкладках. Спектри флуоресценції зразків були виміряні

за допомогою спектральної установки в режимі лічби фотонів з довжиною хвилі збудження

406 нм [2]. Еліпсометричні дослідження зсуву фаз між компонентами вектора поляризації

та азимут Ψ відновленої лінійної поляризації нанесених гібридних плівок проведено на

багатокутовому еліпсометрі ЛЕФ-3М-1 на довжині хвилі λ = 632,8 нм при кімнатній

температурі та різних кутах падіння φ світла на поверхню.

На основі отриманих даних були розраховані кути Брюстера φб ( = 90 ) та

найменше значення азимута Ψmin і його кутове положення для досліджуваних зразків.

Метод кутової еліпсометрії органо-неорганічних гібридних плівок виявився дуже

чутливим щодо фіксації через залежності (φ) та Ψ(φ) змін в структурі гібридних плівок та

їхній комплексній діелектричній проникності. З`ясовано, що зазначені параметри суттєво

залежать від умов приготування, концентрації компонентів та природи неорганічної матриці,

а також специфіки технологічних процедур при формуванні даних плівок.

Аналіз оптичних властивостей зразків дозволяє стверджувати, що отримані методом

центрифугування та dip-coating тонкі золь-гель гібридні плівки виявляють у видимій області

спектра оптичні поляризаційні характеристики, що притаманні типовим діелектрикам чи

слабкопоглинальним напівпровідникам, що підтверджено для плівки, на основі діоксиду

титану. Зокрема, саме зразки отримані методом центрифугування мають різко спадні криві

залежності (φ). У випадку зразків, отриманих методом dip-coating, можна стверджувати, що

суттєве збільшення кута Брюстера φб свідчить про вплив шорсткості поверхневого шару

плівки на її оптичні характеристики, що може бути пов`язано з технологічним процесом

формування. У випадку центрифугування плівки спостерігалась підвищена щільність

поверхневого шару, і зростало значення φб відповідних зразків.

За кутами Брюстера цих плівок визначено показники заломлення, величини яких

знаходяться в межах від 1,39 (у випадку відсутності барвника) до 1,69 (для титаноксидих

НМІТФ – 2016

- 150 -

плівок) на довжині хвилі λ = 632,8 нм. Дані еліпсометричних експериментів добре

узгоджуються з результатами фотолюмінесцентних вимірювань. У спектрі

фотолюмінесценції зразка титаноксидих плівок зафіксовано зміщення максимуму в область

коротших хвиль. У разі використання в якості структурно-направляючого агента СТАВ

характерний більш широкий профіль цього спектру.

Таким чином, мезоструктурні гібридні золь-гель плівки демонструють суттєві

відмінності оптичних характеристик, які спричинені застосованими технологічними

процесами та природою матриці, що може бути перспективним для їх застосування в

оптоелектроніці, виготовленні чутливих елементів для сенсорики та оптичної техніки.

Список використаної літератури

1. Telbiz G. Ability of Dynamic Holography in Self-Assembled Hybrid Nanostructured Silica

Films for All-Optical Switching and Multiplexing / S. Bugaychuk, E. Leonenko, L. Derzhypolska,

V. Gnatovskyy, I.Pryadko //Nanoscale Research Letters. – 2015. – 10:196.

2. Е.В. Леоненко Влияние агрегации родамина 6Ж на спектрально-люминесцентные

свойства гибридных золь-гель пленок / Г.М. Тельбиз, А.Б. Богословская, П.А. Манорик // ТЕХ.-

2014. – Т. 50. – C. 354—359.

This work was supported by FP-7 project SECURE-R2I

УДК 621.315.592

ВПЛИВ КРЕМНІЄВОЇ ПІДКЛАДКИ НА ФОТОЕЛЕКТРИЧНІ

ПАРАМЕТРИ ГЕТЕРОПЕРЕХОДУ ОРГАНІЧНИЙ ШАР/КРЕМНІЙ

Горбач T.Я.a, Смертенко П.С.a, Костильов В.П.a, Линник А.О.а, Рощина Н.a, Душейко М.Г.b,

Wisz G.с a V.Lashkarev Institute of Semiconductors Physics, NAS of Ukraine, 45, prospekt Nauki,

03028, Kyiv, Ukraine. b НДІ Прикладної електроніки НТУУ «КПІ», проспект Перемоги, 37, 03056, м. Київ, Україна. с Institute of Physics, Rzeszow University, Rejtana 16a, 35-309 Rzeszow, Poland.

У роботах [1; 2] було запропоновано новий метод формування фоточутливих структур

на основі гібридних гетеропереходів органічний шар/n-кремній. Суть метода полягає в нане-

сенні за допомогою хімічного осадження на рельєфну (текстуровану) кремнієву підкладку

органічних плівок з водного розчину гетероциклічних амінів (тіаміну гідро хлориду, мета-

мізолу натрію і т.п.), що використовуються в медицині. Було показано, що такі гібридні гете-

ропереходи утворюють потенціальний бар’єр, який може бути використаний для фотоперет-

ворення. Нанесення органічних шарів на n+-шар емітера сонячного елемента (СЕ) із струк-

турою n+/р/р+ приводило до помітного покращення параметрів СЕ, зокрема коефіцієнта ко-

рисної дії (ККД). Також було встановлено, що механізм росту і морфологія органічних шарів

визначаються рельєфом підкладки та умовами на поверхні.

Разом із тим, залишаються поза увагою ще багато питань, зокрема, вплив параметрів

кремнієвої підкладки на фотовольтаїчні параметри гетеропереходів органічний шар/кремній.

Тому дана робота і присвячена вивченню саме цього питання.

Зразки для досліджень були виготовлені на підкладках монокристалічного кремнію n-

(КЕФ 4.5/7.5, КБЕ-2, КЕФ-20, КЕФ-10, КЕФ-2/7-Taiwan) та p-типу провідності (КДБ-20). Пі-

дкладки мали орієнтацію (100). За допомогою анізотропного травлення у розчині КОН з ізо-

пропиловим спиртом при температурі 80°C на поверхні пластин був сформований спонтан-

ний пірамідальний рельєф, після чого пластини були порізані на зразки площею від 0.5 до 0.7

НМІТФ – 2016

- 151 -

см2. На зразки з хімічного розчину клонідин+пентахлор+деіонізована вода була осаджена

органічна плівка при кімнатній температурі. Часи осадження складали від 50 до 90 хв. з кро-

ком 10 хв. Контакти до гетероструктур були виконані срібною пастою – суцільний на тило-

вій поверхні і у вигляді рамки – на фронтальній. Термічний відпал контактів не проводився.

Дослідження характеристик зразків проводилось на атестованій уповноваженими ор-

ганами (ДП Укрметртестстандарт) стендовій базі Центру випробувань фотоперетворювачів

та батарей фотоелектричних Інституту фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН

України. На отриманих гібридних структурах досліджувалися спектральні залежності струму

короткого замикання і зовнішнього квантового виходу в діапазоні довжин хвиль ∆λ = 400-

1200 нм, а також значення струму короткого замикання на напруги розімкненого кола на імі-

таторі Сонця при енергетичній освітленості 1000Вт/м2 (АМ 1,5).

Встановлено, що всі зразки гетероструктур органічний шар/n-кремній мають фоточу-

тливість у всьому спектральному діапазоні ∆λ = 400-1200 нм, в той час сигнал на зразках ге-

тероструктур органічний шар/р-кремній зареєструвати не вдалося. Цей факт свідчить про те,

що величина потенціального бар’єра у структурах на основі р-кремнію низька або відсутня.

Разом із тим, виявлено, що сформована контактна система далека від оптимальної: більшість

зразків показала існування на тиловій поверхні потенціального бар’єра, включеного назу-

стріч фронтальному, внаслідок чого параметри гетероструктур суттєво погіршуються. Пока-

зано, що матеріал підкладки впливає на характеристики отриманих гібридних гетероперехо-

дів органічний шар/кремній. Зокрема, визначено, що найкращими параметрами фоточутли-

вості характеризуються зразки, виготовлені на основі кремнію КЕФ 4.5/7.5, КБЕ-2 та КЕФ-

2/7(Taiwan).

Таким чином, в роботі методом хімічного осадження органічних плівок з водного роз-

чину клонідин+пентахлор на рельєфну (текстуровану) підкладку з кремнію різних марок

отримані гібридні гетеропереходи органічний шар/n-кремній. Показано, що такі структури

мають фоточутливість у спектральному діапазоні 400-1200 нм, в той час як у таких же струк-

тур на основі кремнію р – типу провідності фоточутливість відсутня. Встановлено, що най-

вищою фоточутливістю характеризуються зразки, виготовлені на основі кремнію КЕФ

4.5/7.5, КБЕ-2 та КЕФ-2/7(Taiwan).

Список використаної літератури

1. Gorbach T.Ya., Kostylyov V.P., Smertenko P.S. New organic materials for organic-

inorganic silicon-based solar cells // Mol. Cryst. Liq.Cryst. – 2011. – V.535. – P. 174-178.

2. Gorbach T., Smertenko P., Melakh V., Roshchina N., Kostylyov V., Wisz G. Some

peculiarities of hybrid organic-inorganic silicon-based solar cells formation // ХV Interna-

tional conference “Physics and Technology of Thin Films and Nanosystems” ICPTTFN-ХV.

Ukraine, IVANO-Francivsk, 11-16 May 2015. – P.297.

УДК 535.215.6

NONUNIFORM BAND BENDING FOR THE NbNGaAs

HETEROJUNCTION

Shekhovtsov L.V., Venger E.F.

V. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, National Academy of Sciences of Ukraine. E-

mail: lvsh@ua.fm

The features of metal - semiconductor structures and near-contact layers determine, to a great ex-

tent, the electrical characteristics of microelectronic devices. The photoelectric methods enable one to

study the above structures and construct their adequate band diagrams. The technique used to measure the

НМІТФ – 2016

- 152 -

alternating lateral photovoltage that occurs along the metal - semiconductor interface involves concurrent

illumination of the sample studied with both modulated and non-modulated monochromatic light beams.

By probing the sample with the modulated light beam whose wavelength can be varied one can

obtain the spectral curves for the lateral photovoltage. The above wavelength serves as a parameter deter-

mining the lateral photovoltage features.

We present the results of investigations performed for the NbNGaAs heterojunctions with a de-

pletion-type band bending at the interface. The spectral curves features for lateral photovoltage in the sam-

ples illuminated on the GaAs side are as follows:

a) for the samples annealed at 850 C, the photovoltage spectral curve changes its sign, the ampli-

tudes of both (positive and negative) photovoltages are the same;

b) for the spectral curve of the samples annealed at 950 C, the photovoltage sign remains the

same over the whole wavelength range investigated; the photovoltage peak is near = 0.89 (h = 1.39

eV); the photovoltage amplitude decreases smoothly to both sides from the peak; the peak value is much

bigger than the amplitude values at other wavelengths of the light used for illumination.

.The NbNGaAs structure had a depletion-type band bending near the interface. At the dark

charge carrier concentration of 51016cm-3 in n-GaAs, the depletion region width W was about 0.2m.

Near the GaAs surface a space-charge region existed whose width L was 0.02m.

The short-wavelength section of the photovoltage spectral curve is the lateral voltage. It is formed

along the interface between a space-charge region and quasi-neutral bulk. This is supported by the fact of

amplitude decrease at additional illumination from the GaAs intrinsic absorption region. The long-

wavelength spectral region is related to charge carrier generation from the deep-lying acceptor levels near

the interface between the depletion region and metal. Near peak the voltage is an algebraic sum of the fol-

lowing terms: the lateral voltage generated at the a space-charge region quasi-neutral bulk region, bulk

voltage due to nonuniform bulk doping and lateral voltage at the quasi-neutral bulkdepletion region inter-

face. The above features may be interpreted in the following way. There is a nonuniform band bending at

the n-GaAs surface. It is retained after the NbN film deposition and heat annealing at 850 C. A lateral

photovoltage spectral curve that changes its sign or the signal phase is characteristic of such structures.

Heat annealing of the NbNGaAs structures at 950 C results in decrease of the near-surface band

bending nonuniformity. In this case, the photovoltage spectral curve is also changed: it is of the same sign

over the whole wavelength range used

Conclusion

We propose some mechanisms of lateral photovoltage generation in NbNGaAs samples.

These mechanisms enable us to explain a complicated form of the photovoltage spectral curves, as

well as to build an energy band diagram for the NbNGaAs heterojunction.

НМІТФ – 2016

- 153 -

УДК 621.513.529

ВПЛИВ ПОВЕРХНЕВОГО ПОТЕНЦІАЛУ ТА ШВИДКОСТІ

ПОВЕРХНЕВОЇ РЕКОМБІНАЦІЇ НА ФОТОПРОВІДНІСТЬ

МАКРОПОРИСТОГО КРЕМНІЮ

Онищенко В.Ф., Карась М.І., Паршин К.А., Морозовська Д.В.

Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова, НАН України, пр. Науки 41, 03680,

м. Київ, Україна, e-mail: onyshchenkovf@isp.kiev.ua

Структури макропористого кремнію, виготовлені методом фотоелектрохімічного травлен-

ня активно досліджуються протягом останніх двох десятиліть. Макропористий кремній є перспек-

тивним завдяки простоті виготовлення, структурним та фізичним властивостям, можливості інтег-

рації в мікросхеми. Фотоелектричні властивості макропористого кремнію визначаються накопи-

ченням від’ємного заряду та рекомбінаційними процесами на розвиненій поверхні макропор [1, 2].

Розробка фотоелектричних сенсорів на основі структур макропористого кремнію передбачає мо-

дифікацію поверхні макропор для зміни електричних параметрів та процесів рекомбінації. Тому

виявлення впливу глибини макропор та довжини хвилі при освітленні на ефективні значення по-

верхневого потенціалу та швидкості поверхневої рекомбінації є важливим для визначення макси-

мальної фотопровідності у структурах макропористого кремнію.

Ефективні значення вказаних величин було знайдено інтегруванням по глибині макропори.

При цьому було враховано, що при відстані між макропорами, яка дорівнює двом шарам Шотткі,

поверхневий потенціал, заряд поверхневих станів та швидкість поверхневої рекомбінації суттєво

впливають на концентрацію нерівноважних носіїв заряду та фотопровідність макропористого кре-

мнію [1]. Значення відносної ефективної величини знаходилось як відношення значення ефектив-

ної величини при освітленні до значення ефективної величини без освітлення. Концентрація нері-

вноважних носіїв заряду пов’язана з швидкістю поверхневої рекомбінації і зменшується з глиби-

ною проникнення світла завдяки дифузії генерованих носіїв в матеріалі, що змінює поверхневий

потенціал, заряд поверхневих станів, швидкість поверхневої рекомбінації та фотопровідність.

Для знаходження розподілу концентрації нерівноважних носіїв заряду та зміни поверхне-

вого потенціалу використовувались два рівняння неперервності, рівняння електронейтральності та

граничні умови, які містять швидкість поверхневої рекомбінації. Ефективна концентрація в крем-

нії між макропорами була розрахована з першого рівняння неперервності з граничними умовами

на поверхні макропори. Друге рівняння неперервності враховувало неоднорідність генерації в

об’ємі зразка, пов’язану з поглинанням світла, з рекомбінацією на поверхні зразка та з дифузією

нерівноважних носіїв заряду.

На рис.1 представлені розрахунки залежностей в шарі макропористого кремнію відносних

ефективних величин: заряду поверхневих станів nst/nst0, поверхневого потенціалу Ys/Ys0, фотопро-

відності sph/s0 та швидкості поверхневої рекомбінації s/s0 від глибини макропор (а) та від довжини

хвилі (б) при освітленні світлом довжиною хвилі 0,95 мкм та інтенсивністю 2,1 Вт/м2. При цьому

розрахунок залежностей від довжини хвилі падаючого випромінювання проведено для макропо-

ристого кремнію з товщиною макропор 100 мкм, діаметром 1-4 мкм, концентрацією макропор

106 см-2 [3].

Виявлено, що в макропористому кремнії залежності nst/nst0; Ys/Ys0; sph/s0; s/s0 (Рис.1а, криві

1-4) є лініями в напівлогарифмічному масштабі та спадають зі збільшенням глибини макропор. З

рисунку видно, що заряд поверхневих станів nst/nst0 зростає у три рази на поверхні, що освітлюєть-

ся; а при товщині шару макропористого кремнію 100 мкм ефективна величина заряду, розрахована

для на всіх поверхневих станів, зростає у два рази. Величина безрозмірного поверхневого потенці-

алу Ys/Ys0 зменшується від 0,2 на поверхні до 0,06 від рівноважного значення при товщині мак-

ропористого шару 100 мкм. Ефективна фотопровідність змінюється від 3% до 5%, а ефекти-

вна швидкість поверхневої рекомбінації – на 0,20,8%.

НМІТФ – 2016

- 154 -

0 20 40 60 80 100

10-2

10-1

100

2

1n

st/n

st0;

Ys/Y

s0;

ph/

0;

s/s 0

, від

н.

од

.

Глибина макропор, мкм

4

3

0.4 0.6 0.8 1.0 1.210

-4

10-3

10-2

10-1

100

2

1

nst/n

st0;

Ys/Y

s0;

ph/

0;

s/s 0

, від

н.

од

.

Довжина хвилі, мкм

4

3

а) б)

Рис. 1. Залежність у шарі макропористого кремнію відносних ефективних величин: 1 – заря-

ду поверхневих станів, 2 – поверхневого потенціалу, 3 – фотопровідності, 4 – швидкості

поверхневої рекомбінації від: а) товщини макропористого кремнію при освітленні світлом з

довжиною хвилі 0,95 мкм б) довжини хвилі.

Виявлено, що при довжинах хвиль освітлення макропористого кремнію від 0,5 мкм до

0,9 мкм усі ефективні відносні величини на поверхні макропор (рис. 1б, криві 1–4) зростають за

експонентою. При довжині хвилі 0,95 мкм спектральна залежність заряду поверхневих станів, по-

верхневого потенціалу, фотопровідності, швидкості поверхневої рекомбінації мають максимум і

різко спадають при довжинах хвиль більше за 1 мкм, що пов’язано зі збільшенням глибини прони-

кнення до товщини зразка. При довжинах хвиль менше за 0,5 мкм спостерігається спад усіх ефек-

тивних відносних величин, пов’язаний з різким зменшенням коефіцієнта поглинання світла. У на-

півлогарифмічному масштабі відносний поверхневий потенціал має однаковий нахил з відносною

фотопровідністю і майже на порядок відрізняється при довжинах хвиль, менших 0,5 мкм та біль-

ших 0,95 мкм.

Висновки. При збільшенні глибини макропор відносні ефективні величини поверхневого

потенціалу, заряду поверхневих станів, швидкості поверхневої рекомбінації та відносна фотопро-

відність спадають за експонентою. Це відбувається тому, що при будь-яких глибинах макропор усі

вище вказані величини спадають за експонентою, тому і їх відносні ефективні величини також бу-

дуть спадати за експонентою. Ефективна за глибиною макропори величина поверхневого потенці-

алу визначає фотопровідність у структурах макропористого кремнію, тому що вона змінює тов-

щину, а отже, і провідність області просторового заряду. Провідність області просторового заряду

при відстані між макропорами рівній 1 мкм відіграє важливу роль в провідності макропористого

шару.

Список використаної літератури

1. Onyshchenko V.F. Conductivity and photoconductivity of two-dimensional

macroporous silicon structures / V.F. Onyshchenko, L.A. Karachevtseva // Ukr. J. Phys. – 2013. –

Vol. 58, 9. – P. 846–852.

2. Karachevtseva L. Photocarrier transport in 2D macroporous silicon structures /

L. Karachevtseva, V. Onyshchenko, A. Sachenko // Opto-electronics review. – 2010. – Vol. 18, 4.

– P. 394–399.

3. Karachevtseva L.A. Photoeffect peculiarities in macroporous silicon structures /

L.A. Karachevtseva, V.F. Onyshchenko, A.V. Sachenko // Chemistry, physics and technology of sur-

face. – 2010. – Vol. 1, 1. – P. 87–93.

НМІТФ – 2016

- 155 -

УДК 621.513.529

РОЗПОДІЛ ФОТОНОСІЇ ЗАРЯДУ В МАКРОПОРИСТОМУ КРЕМНІЇ

ПРИ РІЗНІЙ ГЛИБИНІ МАКРОПОР

Онищенко В.Ф.

Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова, НАН України, пр. Науки 41, 03680,

м. Київ, Україна, e-mail: onyshchenkovf@isp.kiev.ua

Фотоелектричні властивості макропористого кремнію визначаються процесами на по-

верхні макропор та дифузією фотоносіїв заряду в матеріалі [1; 2]. Дифузія фотоносіїв заряду

викликана проникненням світла в макропори та неоднорідністю генерацію фотоносіїв заряду

в матеріалі. Глибина макропор суттєво впливає на розподіл фотоносіїв, оскільки, змінюючи

глибину дна макропор, ми змінюємо освітлення в середині зразка [3].

Досліджено розподіл концентрації нерівноважних неосновних носіїв заряду в струк-

турах макропористого кремнію товщиною 500 мкм при різній глибині макропор. Виявлено

кардинальну відмінність у розподілі фотоносіїв заряду в структурі макропористого кремнію

при довжинах хвиль 0,95 мкм та 1,1 мкм. Показано появу одного, а потім і двох максимумів

розподілу фото носіїв при освітлені світлом довжиною хвилі 0,95 мкм.

На рис. 1 показаний стаціонарний розподіл безрозмірної концентрації нерівноважних

неосновних носіїв заряду в структурі макропористого кремнію товщиною 500 мкм при різній

глибині макропор. Макропористий кремній освітлювався світлом з довжиною хвилі 0,95 мкм

та 1,1 мкм паралельно порам. Швидкість поверхневої рекомбінації 100 м/с. Така ситуація

може спостерігатися при фото-електрохімічному витравлюванні макропор, або для зразків з

різною глибиною макропор. Кривою 1 показано стаціонарний розподіл безрозмірної концен-

трації нерівноважних носіїв заряду в монокристалі товщиною 500 мкм. Уже при макропорах

глибиною 10 мкм (крива 2) концентрація нерівноважних носіїв заряду різко зменшується як

між порами так і в монокристалічному шарі під порами.

0 100 200 300 400 5000,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

3

4

5

2

Кон

цен

трац

ія н

осі

їв,

без

. од

н.

Товщина, мкм

1

6 78

9

0 100 200 300 400 5000,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

3

4 5

2

Ко

нц

ентр

ація

но

сіїв

, б

ез.

од

н.

Товщина, мкм

1

6 7 8 9

а) б)

Рис. 1. Стаціонарний розподіл безрозмірної концентрації нерівноважних неосновних носіїв

заряду в структурі макропористого кремнію товщиною 500 мкм при глибині макропор (крива

9), мкм: 1-0, 2-10, 3-50, 4-100, 5-200, 6-300, 7-400, 8-500. При освітлені світлом з довжиною

хвилі, мкм а) 0,95, б) 1,1.

З рис. 1а видно, що криві 1 та 2 мають один максимум концентрації фотоносіїв від якого

в обидві сторони концентрація фотоносіїв спадає. Максимум концентрація фотоносіїв обумов-

НМІТФ – 2016

- 156 -

лений генерацією фотоносіїв світлом, яке освітлює дно макропор та проникає в монокристалічну

підкладку. Від цього максимуму в обидві сторони дифундують фотоносії. Також в монокриста-

лічну підкладку проникає світло, яке пройшло через кремній між макропорами, який називають

кремнієвою матрицею. При глибині макропор від 100 мкм до 200 мкм (рис. 1а,б криві 4-6) кон-

центрація фотоносіїв заряду між порами майже не змінюється, криві 4-6 до певної глибини по-

вторюють одна одну. Це обумовлює другий максимум концентрації фотоносіїв. Концентрація

фотоносіїв біля поверхні зразка (точка нуль) не змінюється. Перший максимум концентрації

обумовлений ефективним часом життя фотоносіїв заряду в макропористому кремнії, який при

збільшенні глибини макропор усе більше проявлявся. Ефективним часом життя фотоносіїв заря-

ду визначається не тільки рекомбінацією в об’ємі між макропорами, яку визначає об’ємний час

життя фотоносіїв заряду, а і рекомбінацією на поверхні макропор, яку визначає поверхневий час

життя фотоносіїв заряду та дифузія до поверхні макропори. Між максимумами існують мініму-

ми концентрації фотоносіїв, які з’являються, коли глибина макропор більше двох ефективних

довжин дифузії фотоносіїв заряду в макропористому кремнії. Ефективна довжина дифузії фото-

носіїв заряду визначається ефективним часом життя фотоносіїв заряду та коефіцієнтом дифузії.

При довжині хвилі світла, яким освітлюються макропори, що дорівнює 1,1 мкм, двох максиму-

мів та мінімуму між ними не спостерігається (рис. 1б). Відсутність максимумів концентрації фо-

тоносіїв при довжині хвилі світла освітлення зразка 1,1 мкм обумовлено тим, що генерація фо-

тоносіїв рівномірна по всьому об’єму. Світло з такою довжиною хвилі поглинається слабо, тому

експонента спадає слабо і генерацію можна назвати об’ємною. Світло з довжиною хвилі рівній

0,95 мкм поглинається сильно, тому генерація фото носіїв, обумовлена цім світлом, спадає з від-

станню швидко, і спад концентрації з відстанню визначає дифузія. Концентрація фотоносіїв при

глибині макропор від 300 мкм до 450 мкм (криві 6, 7, 8 рисунка 1а) перевищує концентрація фо-

тоносіїв при глибині макропор до 300 мкм на відстані більше 350 мкм. Це пояснюється освіт-

ленням дна макропор і відповідно додатковою генерацією фотоносіїв в монокристалічній підк-

ладці. Генерація фотоносіїв світлом, яким освітлювались макропори, зменшується за експонен-

тою завдяки поглинанню світла. На відстані 300 мкм концентрація фотоносіїв, що обумовлена

генерацією фотоносіїв завдяки поглинанню світла з довжиною хвилі 0,95 мкм, є низькою, не

зважаючи на дифузією фотоносіїв в області з меншою їх концентрацією (рис. 1а). Це обумовле-

но зменшенням генерації фотоносіїв та високою рекомбінацією фотоносіїв на поверхні макро-

пор та в об’ємі макропористого кремнію. При товщині монокристалічної підкладки менше

200 мкм концентрація фотоносіїв висока завдяки рекомбінації тільки в об’ємі монокристалічної

підкладки та невеликій відстані від дна макропор, на яке падає світло.

Висновки. Розраховано та проаналізовано розподіл концентрації нерівноважних неосно-

вних носіїв заряду в структурах макропористого кремнію. Показано появу одного, а потім і двох

максимумів розподілу фотоносіїв при освітлені світлом довжиною хвилі 0,95 мкм зі збільшен-

ням глибини макропор. Існування одного максимуму розподілу фотоносіїв в монокристалічній

підкладці структури макропористого кремнію розподілу при освітлені світлом довжиною хвилі

1,1 мкм. При наскрізних порах в структурі макропористого кремнію розподіл фотоносіїв заряду

подібний до монокристалу.

Список використаної літератури

1. Onyshchenko V.F. Conductivity and photoconductivity of two-dimensional macroporous

silicon structures / V.F. Onyshchenko, L.A. Karachevtseva // Ukr. J. Phys. – 2013. – Vol. 58, 9. –

P. 846–852.

2. Karachevtseva L. Photocarrier transport in 2D macroporous silicon structures /

L. Karachevtseva, V. Onyshchenko, A. Sachenko // Opto-electronics review. – 2010. – Vol. 18, 4.

– P. 394–399.

3. Онищенко В.Ф. Розподіл нерівноважних носіїв заряду в структурі макропористого

кремнію при їх однорідній генерації по об’єму зразка / В.Ф. Онищенко // Оптоэлектроника и

полупроводниковая техника. – 2015. – 50. – С. 125– 131.

НМІТФ – 2016

- 157 -

УДК 621.513.529

ОДНАКОВИЙ ЕФЕКТИВНИЙ ЧАС ЖИТТЯ ФОТОНОСІЇВ ЗАРЯДУ В

МАКРОПОРИСТОМУ КРЕМНІЇ ПРИ ВІДПОВІДНОМУ ДІАМЕТРІ ТА

ВІДСТАНІ МІЖ МАКРОПОРАМИ

Онищенко В.Ф.

Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова, НАН України, пр. Науки 41, 03680,

м. Київ, Україна, e-mail: onyshchenkovf@isp.kiev.ua

На основі пористого кремнію виготовляються сенсори, фотоприймачі, інтегральні мі-

кросхеми. У фотоприймачах та сонячних елементах важливим є час життя нерівноважних

неосновних носіїв заряду та його залежність від параметрів макропористого кремнію. Для

знаходження цієї залежності розв’яжемо рівняння неперервності для нерівноважних неосно-

вних носіїв заряду. Рівняння неперервності біля поверхні зразка повинно включати в себе як

циліндричну симетрію макропори, так і лінійну симетрію поверхні зразка. У той же час, на

відстані довжини дифузії від поверхні (в об’ємі зразка) лінійною симетрією поверхні зразка

можна знехтувати, і тоді для розв’язку рівняння неперервності можна використати тільки

циліндричну систему координат [1]. Таким чином, рівняння неперервності розіб’ється на два

рівняння: одне рівняння запишемо для нескінченного пористого матеріалу з елементарною

коміркою; друге рівняння повинно враховувати зовнішні розміри макропористої структури, з

певним середнім часом життя в елементарній комірці [2].

Рівняння неперервності для нерівноважних неосновних носіїв заряду розв'язано для

елементарної комірки з формою, близькою до циліндричної, в центрі якої розміщується пора

радіусом r0. За умов: генерація об'ємна і однорідна, концентрація електронів з часом не змі-

нюється, поверхневий потенціал дорівнює нулю, нерівноважна концентрація носіїв заряду

залежить тільки від радіус-вектора. З урахуванням вказаних умов розв’язком рівняння непе-

рервності для нерівноважних неосновних носіїв заряду є функція розподілу стаціонарної не-

рівноважної концентрації дірок від радіусу:

)))()()(())()()((

))()()()((1()()(

0001100011

0101

RSIRIRKRSKRKRI

RIRKRKRISgrp

bb

bbbs

(1)

де R = r/L – значення безрозмірного радіус вектора в об’ємі зразка (індекс b - на краю елеме-

нтарної комірки, 0 – радіус пори), r – радіус вектор, S=sLp/Dp – безрозмірна швидкість повер-

хневої рекомбінації, s - швидкість поверхневої рекомбінації, Lp = (Dpτb)1/2 - довжина дифузії

дірок, τb, D – об’ємний час життя та коефіцієнт дифузії неосновних носіїв заряду, Іα(R), Кα(R)

- модифіковані циліндричні функції Бесселя, α – порядок функції Бесселя, g – темп генерації

об’ємі матеріалу, τb - об’ємний час життя неосновних носіїв заряду.

В елементарній комірці такої структури циліндрична симетрія може порушуватись в

залежності від геометрії решітки, яка може мати квадратну, трикутну або іншу форму. За та-

ких умов рекомбінаційні струми не будуть перпендикулярними до поверхні макропори. То-

му для нерівноважної концентрації носіїв заряду з’являється складова, яка залежить від кута

і посилюється при зменшенні коефіцієнта дифузії. Проведемо коло радіусом, який дорівнює

відстані від центру макропори до найближчої точки краю комірки. Між краєм пори та краєм

кола циліндрична симетрія порушується слабо, тому залежністю нерівноважної концентрації

від кута можна знехтувати. А в усьому іншому просторі комірки нерівноважну концентрацію

носіїв заряду замінимо її середнім значенням на краю виділеного кола. Такі спрощення да-

ють змогу розв’язувати рівняння неперервності в циліндричній системі координат, де нерів-

новажна концентрація носіїв заряду не залежить від кута. Середня стаціонарна концентрація

нерівноважних носіїв в кремнієвій матриці з циліндричною симетрією знайдемо взявши інте-

грал по площі для елементарної комірки від залежності (1). На рис.1 представлені розрахова-

НМІТФ – 2016

- 158 -

ні співвідношення діаметра та відстані між краями пор (а), діаметра та відстані між порами

(б), які дають однаковий ефективний час життя нерівноважних неосновних носіїв заряду в

макропористому кремнії. Швидкість поверхневої рекомбінації 100 см/с. Рисунок 1б в пред-

ставлений в логарифмічному масштабі.

Для певного ефективного часу життя нерівноважних неосновних носіїв заряду швид-

кості поверхневої рекомбінації та об’ємного час життя неосновних носіїв заряду існує мак-

симальна відстань між краями макропор та відповідний оптимальний діаметр макропор

(рис. 1а). При подальшому збільшені діаметра макропор для забезпечення вище вказаних фі-

ксованих параметрів треба зменшувати відстань між порами. Але настане момент коли відс-

тань між краями макропор буде дорівнювати нулю, тому що діаметр макропор буде рівний

відстані між порами (центрами макропор). При подальшому збільшені діаметра матеріал ро-

зірветься на стовпчики. Ми обмежили розрахунки випадком коли відстань між краями мак-

ропор буде дорівнювати нулю. При зменшені діаметра від оптимального діаметра відстань

між краями макропор зменшується завдяки зменшенню відстані між макропорами. Здається

дивним, що при малих діаметрах та відстанях між макропорами задається фіксований ефек-

тивний час життя нерівноважних неосновних носіїв заряду. Але все забезпечується відносно

великими відстанями між малими діаметрами макропор (дивись рис. 2б). При малих діамет-

рах відстань між макропорами більша в рази.

0 2 4 6 8 100,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

2

1

Від

стан

ь м

іж к

рая

ми

по

р,

мкм

Діаметр, мкм

4

3

5

0,1 1 100,1

1

10

2

1

Від

стан

ь м

іж п

орам

и,

мкм

Діаметр, мкм

43

5

6

а) б)

Рис. 1. Співвідношення діаметра та відстані між краями пор (а), діаметра та відстані між по-

рами (б), яке дає однаковий ефективний час життя нерівноважних неосновних носіїв заряду в

макропористому кремнії. Кривим відповідає ефективний час життя неосновних носіїв заряду

мкс: 1-2, 2-4, 3-6, 4-8, 5-10. Крива 6 - діаметр дорівнює відстані між порами. Об’ємний час

життя 10 мкс. Швидкість поверхневої рекомбінації 100 см/с.

Висновки. Для певного ефективного часу життя нерівноважних неосновних носіїв за-

ряду швидкості поверхневої рекомбінації та об’ємного часу життя неосновних носіїв заряду

існує максимальна відстань між краями макропор та відповідний оптимальний діаметр мак-

ропор, які забезпечують цей час життя. При малих діаметрах макропор ефективний час жит-

тя неосновних носіїв заряду забезпечується відносно великими відстанями між макропорами.

Список використаної літератури

1. Onyshchenko V.F. Conductivity and photoconductivity of two-dimensional macroporous

silicon structures / V.F. Onyshchenko, L.A. Karachevtseva // Ukr. J. Phys. – 2013. – Vol. 58, 9. –

P. 846–852.

2. Онищенко В.Ф. Розподіл нерівноважних носіїв заряду в структурі макропористого

кремнію при їх однорідній генерації по об’єму зразка / В.Ф. Онищенко // Оптоэлектроника и

полупроводниковая техника. – 2015. – 50. – С. 125– 131.

НМІТФ – 2016

- 159 -

PACS 81.05.DZ, 81.05.RM, 81.07.ST, 81.16.BE

LUMINESCENCE PROPERTIES ZINC OXIDE NANOPARTICLES IN

SbA-16 MATRIX

Rudko G.Yu. 1*, Kovalenko S.A. 1, Gule E. G. 1, Bobyk V.V. 2, Solomakha V.M. 2,

Bogoslovskaya A.B. 1 1 V. Lashkaryov Institute of Semiconductors Physics NASU, 41, pr .Nauki, Kyiv, 03028, Ukraine 2 L. Pisarzhevskii Institute of Physical Chemistry NASU, 31, pr. Nauki, Kyiv, 03028, Ukraine *E-mail: g.yu.rudko@gmail.com

Zinc oxide (ZnO) attracts much attention as a luminescent semiconductor material due to its wide

band gap (3.37 eV) and large exciton binding energy (60 meV). Recently, many works have been devoted

to preparing and characterizing of ZnO nanoparticles in view of their wide potential applications, specifi-

cally, in electronic and optoelectronic devices such as photodetectors, light-emitting diodes, solar cells,

and gas sensing. The peculiar properties of nanoparticles are due to their small particle size, high surface to

volume ratio, morphology and surface coating. An important issue for the study and applications of ZnO

nanoparticles is to obtain a stable sample. Low thermal and chemical stability of the nanoparticles may

lead to aggregation processes and reactions with the environment, which distorts the desired parameters

and hampers their practical use. One of the ways to solve this problem is the insertion of nanoparticles into

a confining host, what would prevent the agglomeration process. The inorganic molecular matrix could

offer a suitable host for the semiconductor nanoparticles.

We report on the effect of the synthesis route on the luminescence properties of ZnO nanoparticles

dispersed in a mesoporous silica matrix SBA-16. Mesoporous SBA-16 matrix is an ordered porous mate-

rial with a 3D cubic arrangement of mesopores that corresponds to the Im3m space group. The non-ionic

triblock copolymers Pluronic F127 (EO106PO70EO106) served as template in the synthesis of mesoporous

SBA-16 matrix as outlined in [1]. The size of SbA-16 matrix pores was 7 nm as determined from a nitro-

gen adsorption. To produce nano-ZnO/SbA-16 composites we have used two types of methods: in-situ

and ex-situ. The in-situ methods imply the formation of ZnO nanoparticles directly inside the matrix pores

from gaseous or liquid precursors, whereas the ex-situ method involves the incorporation of the already

formed ZnO nanoparticles of a given size into the SBA-16 matrix.

The SAXRD patterns of ZnO/SbA-16 nanocomposites had demonstrated that after the incorpora-

tion of ZnO nanoparticals into the SbA-16 molecular sieve the ordered mesoporous structure was retained

for all samples obtained by different methods. The adsorption/desorption isotherms of hexane showed that

BET surface area, average pore diameters and pore volumes of ZnO/SBA-16 nanocomposites was de-

creased after SBA-16 matrix treatment with precursors or ready ZnO nanopartcles thus proving the intro-

duction of ZnO into the pores. Investigation of photoluminescencent (PL) properties of ZnO -loaded mes-

oporous SBA-16 matrix revealed the differences in the spectra of the samples prepared by different meth-

ods. The PL spectra of samples prepared by nanoparticles growing from liquid precursors as well as by

sorption of sol exhibited only one broad emission band in the range 450-480 nm which is attributed to de-

fects in ZnO macrocrystallites [2]. On the contrary, the PL spectra of ZnO/SbA-16, loaded by nanoparti-

cles grown from gaseous precursors, demonstrate two maxima: a narrow intense excitonic peak at 380 nm

and a weak broad defect-related emission band at 480-500 nm.

In summary, impregnation of mesoporous silica matrix SBA-16 with ZnO nanoparticles was done

by in-situ and ex-situ methods. The photoluminescence properties of ZnO/SbA-16 nanocomposites are

stable, and the materials obtained can be used for optoelectronic applications.

References

1. Large Cage Face-Centered-Cubic Fm3m Mesoporous Silica:  Synthesis and Structure /

F.Kleitz, D.N. Liu, G.M. Anilkumar [et al] //J. Phys. Chem. B. – 2003. – 107 (51). – P.14296– 14300.

2. Luminescence from Zinc Oxide Nanostructures and Polymers and their Hybrid Devices /

M. Willander, O. Nur, J. Sadaf [et al] // Materials. – 2010. – V.3. – P. 2643– 2667.

НМІТФ – 2016

- 160 -

УДК 535.37, 539.26

ЛЮМІНЕСЦЕНТНІ ВЛАСТИВОСТІ АРГІРОДИТУ Ag8GeSe6

Семків І.В.1, Ільчук Г.А.1, Кусьнеж В.В.1, Петрусь Р.Ю.1, Чекайло М.В.1, Pawlowski М.2 1Національний університет “Львівська політехніка”, вул. С.Бандери 12, 79013, Львів, Україна 2Warsaw University of Technology, Faculty of Physics, Semiconductor Division, Koszykowa 75,

00-662 Warszawa, Poland, E-mail: Semkiv.Igor.5@gmail.com

Потрійні напівпровідникові сполуки, такі як аргіродити привертають увагу через

можливість їхнього використання у якості матеріалів для сонячних елементів, резистивно

перемикаючих комірок та інших галузях іоніки та електроніки твердого тіла. До таких ма-

теріалів, зокрема, належить сполука Ag8GeSe6.

Аргіродит Ag8GeSe6 існує у трьох кристалічних модифікаціях (α, β, γ) з фазовими пе-

реходами при –1,1 оС (α – β) та 49,7 оС (β – γ). Дослідження впливу гідростатичного тиску на

положення краю поглинання показало, що дані модифікації незначно відрізняються по зна-

ченню ширини забороненої зони. Відомо, що при кімнатній температурі це значення знахо-

диться в діапазоні Eg = 0,84–0,88 еВ.

Сполуку аргіродиту Ag8GeSe6 синтезували з елементарних срібла, германію та селену

шляхом сплавлення у вакуумованій ампулі. Ампулу нагрівали до температури 1200 К (тем-

пература при якій аргіродит перебуває у рідкій фазі).Після закінчення синтезу, з отриманої

сполуки методом псевдосублімації (1225 К) одержували монокристалічні зразки аргіродиту.

Перевірку ситезу аргіродиту проводили з використанням рентгенівської дифракто-

метрії. Результати дослідження показали, що Ag8GeSe6 є однофазною кристалічною сполу-

кою. Присутність на дифрактограмі тільки піків, що належать сполуці Ag8GeSe6, вказує на

відсутність домішок чи залишків подвійних сполук з яких утворювався аргіродит.

Для дослідження фотолюмінесценції кристал Ag8GeSe6 поміщали у кріостат.

Вимірювання проводили при гелієвих температурах, а саме 17 К. Для вибору оптимальної

потужності лазера для збудження люмінесценції було проведено вимірювання інтенсивності

свічення люмінесценції при різних значеннях потужності. Найбільш інтенсивним виявилось

випромінювання при 256 мВт, тому в якості джерела збудження було обрано лазер з цією по-

тужністю. Довжина світлової хвилі лазера становила 514 нм.

На рис. 1 представлено спектр фотолюмінесценції кристалічного зразка аргіродиту

Ag8GeSe6. У спектрі фотолюмінесценції Ag8GeSe6 спостерігається два чітко виражені піки з

максимумами при 1,35 та 1,57 еВ. Крім двох інтенсивних піків можна побачити наявність

піку, максимум якого знаходиться при 1 еВ. При температурі 17 К Ag8GeSe6 перебуває у α-

фазі. Припускаючи, що зміна ширини забороненої зони для α-фази така ж, як і для β-фази,

розраховане значення Eg при 17 К буде знаходитись в діапазоні 0,98–1,02 еВ. Отже, слабоін-

тенсивний пік з максимумом при 1 еВ, може відповідати за міжзонні переходи.

Рис. 1 – Спектр фотолюмінесценції аргіродиту Ag8GeSe6 виміряного при температурі 17 К.

НМІТФ – 2016

- 161 -

УДК 621.315.592

ВПЛИВ ПЛІВОК SiC НА ПОВЕРХНЕВІ РЕКОМБІНАЦІЙНІ ПРОЦЕСИ В

КРЕМНІЄВИХ ФОТОЧУТЛИВИХ СТРУКТУРАХ

Власюк В.М.,Костильов В.П.,Русавський А.В.,Васін А.В.,Назаров О.М.,Черненко В.В.

Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, пр. Науки, 41, Київ

03680, т./ф.(044) 525-5788, e-mail: viktorvlasiuk@gmail.com, vkost@isp.kiev.ua

Підвищення ефективності процесів фотоелектричного перетворення енергії в кремніє-

вих сонячних елементах (СЕ) залишається актуальною задачею вже протягом досить трива-

лого часу, оскільки коефіцієнт корисної дії досі залишається меншим від теоретично мож-

ливого значення Одним із основних шляхів досягнення цього є зменшення рекомбінаційних

втрат, для чого необхідно мінімізувати швидкості як об’ємної, так і поверхневої рекомбіна-

ції. Якщо об’ємні рекомбінаційні втрати мінімізуються вибором якісного кремнію, зокрема

зонної плавки, в якому часи життя можуть складати мілісекунди, і по цьому параметру реко-

рдні СЕ практично вийшли на межу, то цього не можна сказати про поверхневі рекомбіна-

ційні втрати.

Для зменшення негативного впливу поверхневої рекомбінації на характеристики кре-

мнієвих СЕ зараз широкого застосування, крім методу пасивації поверхні кремнію, набув ме-

тод створення приповерхневих переходів. Якщо пасивація поверхні кремнію, яка реалізуєть-

ся нанесенням діелектричних шарів, зменшує швидкість поверхневої рекомбінації безпосе-

редньо на межі поділу кремній-діелектрик за рахунок зменшення концентрації поверхневих

рекомбінаційних центрів, то присутність приповерхневих переходів створює потенціальний

бар’єр, який обмежує підведення носіїв заряду певного типу до поверхневих рекомбінацій-

них центрів [1]. Приповерхневі переходи можуть створюватися формуванням на поверхні як

ізотипних n+-n- або р+-р-переходів, так і плаваючих р+-n- або n+-р-переходів [2, 3]. У випадку

застосування приповерхневих переходів оперують поняттям ефективної швидкості поверх-

невої рекомбінації, віднесеної до межі області просторового заряду і квазінейтрального

об’єму. Разом з тим, зменшення негативного впливу поверхневої рекомбінації на характери-

стики кремнієвих СЕ шляхом формування на поверхні гетеропереходів залишається недоста-

тньо вивченим.

У цій роботі досліджено вплив плівок SiC на поверхневі рекомбінаційні процеси, а та-

кож просвітлюючі властивості даних плівок. Експериментальні дослідження були проведені

на зразках, виготовлених на основі n-типу кремнію зонної плавки марки КБЕ-2 з питомим

опором біля 2 Омсм. На одну із поверхонь пластини методом реактивного магнетронного

розпилення наносили плівку Si1-x Cx : H. Еліпсометричні виміри на довжині хвилі 632,8 нм

дали значення показника заломлення n 1,3 – 2,4 і товщину, яка знаходиться в межах вели-

чин 32 – 92 нм для різних плівок. На досліджуваних зразках були виміряні спектральні зале-

жності малосигнальної конденсаторної фото-ЕРС phV в спектральному диапазоні 400-

1200 нм в режимі постійної кількості падаючих на зразок фотонів. Виміряні залежності

phV було перераховано за формулою (1) і нормовано до їх максимального значення.

1

phVV

R

, (1)

де R – спектр відбивання від межі розділу SiC-Si. Спектр відбивання отримували розра-

хунковим шляхом на основі еліпсометричних вимірів товщини і показника заломлення в

припущенні, що плівки SiC не поглинають світло в досліджуваному діапазоні.

Спектральні залежності конденсаторної фото-ЕРС було виміряно при двох положен-

нях зразка (див. рис. 1) і після математичних перетворень порівняно між собою.

НМІТФ – 2016

- 162 -

Порівняння величини V для одного і того ж зразка при двох положеннях вимірю-

вання вказує на зменшення короткохвильового спаду величини конденсаторної фото-ЕРС

при наявності плівки SiC (положення 1) у порівнянні з величиною короткохвильового спаду

для поверхні без плівки (положення 2). Показано, що ці зміни не можуть бути викликані змі-

ною оптичних характеристик поверхні при нанесенні плівки SiC, оскільки на величину V

відбивання не впливає. Для досліджуваних зразків приріст величини конденсаторної фото-

ЕРС при нанесенні плівок SiC спостерігався в діапазоні 400 – 550 нм і складав 10 – 15 % в

залежності від зразка.

Рис. 1. Положення зразка при вимірюванні.

Зменшення короткохвильового спаду величини V при нанесенні плівки SiC свід-

чить про зменшення ефективної швидкості поверхневої рекомбінації Seff , введеної на межі

області просторового заряду і квазінейтрального об’єму, що може бути використано для зме-

ншення поверхневих рекомбінаційних втрат і підвищення ефективності процесів фотоелект-

ричного перетворення енергії. Показано також, що плівки SiC можуть бути використані як

ефективні просвітлюючі покриття для зменшення втрат, пов’язаних з відбиванням від повер-

хні фотоперетворювача.

Список використаної літератури

1. А.П. Горбань, В.П. Костильов, А.В. Саченко та ін. // УФЖ. – 2006. – Т.51, 6. –

С. 599– 605.

2. M.I. Yernaux, C. Battochio, P. Verlinden, F. Van De Wiele // Solar Sells. – 1984. –

Vol.13. – P. 83– 97.

УДК: 621.315.592

РОЗСІЯННЯ НОСІЇВ ЗАРЯДУ НА БЛИЗЬКОДІЮЧОМУ ПОТЕНЦІАЛІ

КРИСТАЛІЧНИХ ДЕФЕКТІВ В CdTe І CdS

Малик О.П., Петрусь Р.Ю., Родич В.М.

Національний університет “Львівська політехніка”, вул. С.Бандери 12, Львів, 79013, Україна.

E-mail: omalyk@mail.lviv.ua

Численними дослідженнями останніх десятиліть доведено, що структура CdS/CdTe є пе-

рспективним елементом тонкоплівкових сонячних модулів (CdTe виконує функцію поглинаю-

чого шару, CdS – другий компонент гетеропари – служить вікном для ефективного введення

випромінювання). Для фотовольтаїчних структур CdS/CdTe малої площі (~ 1 см2) досягнута

ефективність перетворення сонячної енергії в електричну 16.5%, а для модулів великої площі (~

1400 см2) – 10.5%. також телурид кадмію застосовують як основний матеріал при виготовленні

детекторів радіації. Телурид кадмію застосовують як матеріал при виготовленні детекторів раді-

ації. Подальший прогрес в розробленні приладів, створених на основі цих матеріалів, вимагає

НМІТФ – 2016

- 163 -

детального моделювання фізичних параметрів цього матеріалу. Одним з таких параметрів є рух-

ливість носіїв заряду.

До теперішнього часу розсіяння носіїв заряду в цих матеріалах проводилось на основі да-

леко діючих моделей розсіяння (наближення часу релаксації). Однак, таке припущення містить

наступні протиріччя: а) воно суперечить спеціальній теорії відносності, згідно якої носій взаємо-

діє тільки з сусідніми областями кристалу; б) воно суперечить атомістичному принципу, згідно з

яким носій взаємодіє (віддає енергію) тільки з одним атомом, а не з багатьма атомами одночас-

но. З іншого боку, в роботах [1-3] запропоновані близькодіючі моделі розсіяння носіїв заряду в

сполуках AIIBVІ і AIIІBV , в яких вище вказані недоліки були відсутні. При цьому припускалося,

що носій взаємодіє з потенціалом дефекту тільки в межах однієї елементарної комірки. Метою

роботи було застосування цього підходу для опису процесів розсіяння електронів на різних ти-

пах дефектів кристалічної гратки в CdTe і CdS.

Розглядалися процеси розсіяння електронів на близькодіючому потенціалі викликаному

взаємодією з полярним оптичним, неполярним оптичним, п’єзооптичним, п’єзоакустичним, аку-

стичним фононами, іонізованою домішкою та потенціалом статичної деформації в зразках CdTe

з концентрацією Cl 5×1016 ÷ 5×1017 см-3 та CdS з концентрацією власних дефектів (ваканції S)

5.5×1015 ÷ 2.77×1017 см-3. Для розрахунку компонент тензора провідності використовували точ-

ний розв’язок стаціонарного рівняння Больцмана, в якому не рівноважна частина функції розпо-

ділу електронів шукалася у вигляді розкладу в ряд по степенях енергії. Розраховано температур-

ну залежність рухливості в інтервалі 25 ÷ 590 K для CdTe і 10 ÷ 400 K для CdS. У всьому розгля-

нутому інтервалі температур близькодіючі моделі розсіяння дають достатньо добре узгодження

теорії та експерименту, тоді як наближення часу релаксації дає значне відхилення теорії від екс-

перименту.

З врахуванням отриманих параметрів розсіяння була розрахована температурна залежність

Холл-фактору електронів, з якої видно, що відбувається перехід від одного механізму розсіяння за

низьких температур (розсіяння на потенціалі статичної деформації) до іншого механізму за висо-

ких температур (розсіяння на полярно оптичних фононах). Цей перехід спостерігається при тим

вищій температурі, чим більша концентрація центрів статичної деформації. На основі принципу

близькодії розглянуто процеси розсіяння електронів на різного типу дефектах гратки в кристалах

CdTe і CdS. Встановлено достатньо добру узгодженість теорії та експериментальних даних у дос-

лідженому інтервалі температур. Показано, що близькодіючі моделі більш адекватно описують

процеси розсіяння електронів у порівнянні з далекодіючими моделями в наближенні часу релакса-

ції.

Список використаної літератури

1. Malyk O.P. Physica B: Condensed // Matter. – 2009. – 404. – PP. 5022-5024.

2. Malyk O.P. Diamond Relat. // Mater. – 2012. – 23. – РР. 23-27.

3. Malyk O.P. Can. // J. Phys. – 2014. – 92. – РР. 1372-1379.

НМІТФ – 2016

- 164 -

УДК 539

НАПІВЕМПІРИЧНІ ЕНЕРГІЇ УТВОРЕННЯ ВАКАНСІЙ У

НАПІВПРОВІДНИКАХ

Прокопів В.В., Горічок І.В., Пилипонюк М.А., Матеїк Г.Д.

ДВНЗ "Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника",

вул. Шевченка 57, Iвано-Франкiвськ, 76018, Україна, е-mail: horichokihor@gmail.com

Актуальність досліджень дефектної підсистеми напівпровідникових матеріалів зумовлена

значним впливом типу структурного розупорядкування на практично весь комплекс фізико-

хімічних властивостей кристалів. Причому, на основні, з точки зору практичного використання,

властивості, зокрема, оптичні, електричні, термодинамічні, найбільший вплив мають точкові, або

нульмірні, дефекти, утворені в результаті порушення періодичності в розташуванні атомів. Їх при-

сутність у гратці зумовлена як нестехіометричністю, так і іншими чинниками (легування,

опромінення, та ін.). Наявність детальної інформації про тип, концентрацію точкових дефектів та

фактори, що на них впливають, дає можливість керування дефектною підсистемою

напівпровідника, а, отже, і його фізико-хімічними властивостями. При цьому на перший план

виступає проблема визначення термодинамічних параметрів точкових дефектів: енергії їх

утворення, положення домішкових рівнів у зонній енергетичній структурі кристалу, вільної

коливної енергії дефекту, зумовленої зміною частоти коливань атомів в околі точкового дефекту.

Проте, часто оцінку концентрації точкових дефектів можна провести лише на основі відомої

енергії утворення точкового дефекту, оскільки чисельне значення двох інших параметрів,

переважно, є меншим. Саме тому визначення енергій утворення цих дефектів має велике

практичне значення.

Квантова механіка в принципі дозволяє визначити будь-які енергетичні характеристики

системи, але точні обчислення вдається провести тільки для найпростіших молекул. Існуючі ме-

тоди розрахунку числових значень енергій утворення точкових дефектів у кристалі в більшості

випадків можуть бути реалізовані виключно з використанням електронно-обчислювальних ма-

шин, оскільки основані переважно на розв’язку рівнянь Хартрі-Фока-Рутана. Зважаючи на це,

для окремих задач достатнім було б використання методів розрахунку енергій утворення дефек-

тів з наперед відомою нижчою точністю розрахунків але набагато меншою ресурсозатратністю.

Одним із шляхів вирішення такої задачі є суттєве спрощення методу Хартрі-Фока-Рутана, що

дозволить отримати шуканий результат без використання значних обчислювальних ресурсів.

Зокрема, у розширеному методі Хюккеля ряд матричних елементів не обчислюється, а

використовують відомі емпіричні величини та залежності. Іншим способом розрахунку Е,

можуть бути методи, що базуються на використанні термохімічних, термодинамічних чи

електрофізичних даних. Оскільки різні методи використовують для розрахунку відмінні набори

параметрів, то актуальним є співставлення результатів, що у випадку кореляції числових значень

енергій уворення дефектів, отриманих різними методами, дозволить зробити висновки про їх

придатність для визначення концентрацій точкових дефектів у напівпровідниках.

У роботі приведено розрахунок ентальпій утворення аніонних та катіонних моновакансій

у напівпровідникових сполуках AIIBVI, AIIIBV, AIVBVI, які є основними матеріалами активних та

пасивних елементів сучасної мікро- та наноелектроніки. При цьому використано розширений

метод Хюккеля, а також методи, що базуються на використанні термохімічних,

термодинамічних та електрофізичних даних. Встановлена кореляція отриманих значень як між

собою, так і з літературними, експериментальними та теоретичними ab initio даними, що свід-

чить про їх адекватність і можливість використання для оцінки концентрацій цих дефектів у на-

півпровідниках. Показано, що в окремих випадках, відносно прості емпіричні та напівемпіричні

методи отримання ентальпій утворення вакансій можуть бути альтернативою ресурсозатратним

першопринципним квантово-хімічним методам.

НМІТФ – 2016

- 165 -

УДК 538.9

ІНДУКОВАНА ОЛОВОМ НАНОКРИСТАЛІЗАЦІЯ ПЛІВОК

АМОРФНОГО КРЕМНІЮ ПРИ ЛАЗЕРНОМУ ОПРОМІНЕННІ

Мельник В.В.1, Неймаш В.Б.1, Шепелявий П.Є.2 1 Інститут фізики НАН України, пр. Науки, 46, Київ, 03028, Україна,

e-mail: viktor.melnyk@meta.ua 2 Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, пр. Науки, 41, Київ

03028, Україна

У роботі продемонстровано можливість використання лазерного випромінювання од-

ночасно для нанокристалізації аморфного кремнію та дослідження параметрів кристалізації.

Параметри, такі як розміри нанокристалів та об’ємна частка кристалічної фази, визначаються

із аналізу спектрів комбінаційного розсіяння світла (КРС). Лазер, що збуджує спектри КРС,

створює необхідні температурні умови для індукованої оловом кристалізації аморфного кре-

мнію [1]. Це може бути принциповою основою для

нової технології точного контролю розмірів крис-

талів в процесі виготовлення плівкового нанокрис-

талічного кремнію. Контроль розмірів нанокриста-

лів дозволить виготовляти матеріал із заданою ши-

риною забороненої зони, що є дуже важливим, на-

приклад, для технологій створення дисплеїв або со-

нячних елементів каскадного типу.

Також у роботі виявлено суттєве прискорен-

ня індукованої оловом кристалізації аморфного Si

при розігріві його лазерним випромінюванням, по-

рівняно з розігрівом без дії світла. Досліджено ша-

руваті плівкові структури Si/Sn/Si, поперечний роз-

різ яких схематично зображено на рис. 1. Встанов-

лено, що плівки аморфного кремнію за відсутності

олова (область B на рис. 1) не кристалізуються на-

віть при максимальній потужності лазера, що збу-

джує КРС. Максимальній потужності лазера відпо-

відає світловий потік І0 = 10 мВт, що при даному

діаметрі лазерної плями (1 мкм) забезпечує щіль-

ність потоку світла до 3105 Втсм-2

Спектри КРС записувалися в одному й тому ж місці зразка при різних потужностях

лазера збудження у наступній послідовності: при І1 = 0,1І0; І2 = 0,5І0; І3 = І0 і знову при

І4 = 0,1І0 (рис. 2). На відміну від зони B, у зоні A (над шаром металевого олова у зразку,

рис. 1) на спектрах КРС, крім смуги від аморфної фази (у області спектру 480 см-1), при

І2 = 0,5І0 виникає і зростає при І3=І0 додаткова вузька смуга в області 490 – 500 см-1, що від-

повідає нанокристалічній фазі кремнію (рис. 2, a). Отримана кристалічність зберігається при

подальших скануваннях спектрів КРС з мінімальною потужністю лазера І4 = 0,1І0, що свід-

чить про незворотність процесів такої кристалізації (рис. 2, b).

Рис. 1. Схема поперечного розрізу

шаруватих структур Si-Sn-Si, що

були досліджені у цій роботі.

НМІТФ – 2016

- 166 -

Рис.2. Спектри КРС на поверхні зразка у області А (рис.1), зареєстровані у послідовності

зростання інтенсивності світла (а) та її зменшення (b). Співвідношення товщини шарів у зра-

зку X:Y:Z=100:50:100 нм.

Оцінено температуру локального розігріву зразків лазерним променем, яка становила від

350 до 960С, залежно від товщин шарів кремнію та олова у зразках. Оцінки проведені на основі

експериментальної залежності положення смуги КРС кристалічного фази кремнію від температу-

ри [2]. Встановлено, що частка кристалічної фази для зразків із зовнішнім шаром а-Si товщиною

100 нм стабілізується при першому скануванні КРС (що відповідає 30 секундам впливу лазера на

зразок). Зразки із товщиною зовнішнього шару а-Si 200 нм досягають кристалічності понад 90% за

2,5 хв. Це на порядок менший час, необхідний для кристалізації таких же плівок шляхом термооб-

робок при 300-400С без додаткової дії світла [3]. Це може свідчити про значну роль іонізації у

процесах метал-індукованої кристалізації.

Список використаної літератури

1. V. Neimash, V. Poroshin, P. Shepeliavyi, V. Yukhymchuk, V. Melnyk, A. Kuzmich,

V. Makara, and A.O. Goushcha Tin Induced a-Si Crystallization in Thin Films of Si-Sn Alloys // J.

Appl. Phys. – 2013. – 114. – Р. 213104.

2. S. Périchon, V. Lysenko, B. Remaki, D. Barbier, and B. Champagnon Measurement of

porous silicon thermal conductivity by micro-Raman scattering // J. Appl. Phys. – 1999. – 86. –

Р. 4700.

3. V.B. Neimash, A.O. Goushcha, P.E. Shepeliavyi, V.O. Yukhymchuk, V.A. Dan’ko,

V.V. Melnyk, and A.G. Kuzmich Mechanism of Tin-Induced Crystallization in Amorphous Silicon //

Ukr. J. Phys. – 2014. – 59. – Р. 1168.

НМІТФ – 2016

- 167 -

УДК 539.219.3

ВПЛИВ КОМІРКОВОГО РОЗПАДУ НА НАДПРОВІДНІСТЬ СПЛАВУ

СВИНЦЮ З ОЛОВОМ

Краковний А.О., Руденко Е.М., Савчук М.І., Шматко І.О., Шматко О.А.

Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, e-mail: igorshmatko989@gmail.com

Стрімкий розвиток ряду нових областей техніки ініціює підвищені вимоги до власти-

востей конструкційних матеріалів. Сучасне матеріалознавство та фізика металів спрямовані

на створення матеріалів з якомога ліпшим комплексом експлуатаційних властивостей.

Фізичні, хімічні та інші властивості цих матеріалів тісно пов’язані з фазовими пере-

твореннями, котрі протікають в них у робочому інтервалі температур. Серед фазових пере-

творень одним з найпоширеніших є розпад пересичених твердих розчинів.

Сучасне матеріалознавство поділяє механізми старіння сплавів, головним чином, на

сталоплинний та несталоплинний. Доволі поширеним випадком останнього є комірковий

розпад пересичених твердих розчинів[1].

Унаслідок існування на проміжкових стадіях коміркового розпаду двох твердих роз-

чинів: пересиченого – з вихідною концентрацією розчиненого елемента та збідненого, спос-

терігаються два параметри ґратниці, дві точки Кюрі у феромагнітних сплавах, дві критичних

температури у надпровідних сплавах, які належать, відповідно, вихідному та збідненому тве-

рдим розчинам. Це, зокрема, надає можливість практичного використання матеріалів міні-

мум у двох температурних інтервалах. Зокрема, у випадку надпровідних сплавів, можливість

отримання матеріалу з кількома температурами надпровідного переходу.

Свинець-олово є однією з небагатьох металічних систем, де розпад відбувається прак-

тично лише за комірковим механізмом. Старіння сплавів Pb-Sn досліджено свого часу Лари-

ковим[1] і Тарнбалом [2]. Водночас, ця система являє не лише академічний, а й практичний

інтерес, як надпровідна, а отже має перспективи застосування у даній галузі.

З огляду на те що в сплаві Pb-14,73 ат. % Sn комірковий розпад протікає доволі швид-

ко, саме цей сплав обрано об’єктом досліджень. Використання способу математичного обро-

блення експериментальних ізотермічних резисторам [3] надало можливість чітко визначити

часові інтервали первинної та вторинної коміркових реакцій у досліджуваному сплаві. У цих

інтервалах низькотемпературні вимірювання мали дати значення температур надпровідного

переходу для вихідного твердого розчину та збіднених твердих розчинів, що утворюються в

ході коміркового розпаду, як за первинної так і вторинної коміркових реакцій.

На підставі ряду вимірювань отримано набір значень температур надпровідного пе-

реходу (Tc) для сплаву Pb-14,73ат.% Sn, що зазнав коміркового розпаду. Числові значення

зазначених величин наведено в таблиці. Отримані величини значно перевищують очікувані,

позаяк значення температур надпровідного переходу для свинцю та олова складають 7,2 К та

3,7 К, відповідно.

Таблиця 1

lg τ, сек Тс , К

3,40 7,95

4,94 7,90

5,54 7,75

6,14 7,50

Графічно залежність температур надпровідного переходу для сплаву Pb-14,73 ат.% Sn

у ході коміркового розпаду приведено на рисунку.

НМІТФ – 2016

- 168 -

На даній залежності спостерігається поступове зменшення значення температури над-

провідного переходу з часом старіння у досліджуваному сплаві. Це пов’язано з тим, що в

процесі розпаду відбувається випадання чистого олова, що й впливає на температуру над-

провідного переходу в досліджуваному сплаві.

Висновки

На підставі комплексу кінетико-термодинамічних параметрів процесів коміркового ро-

зпаду встановлено реальну можливість розроблення новітніх конструкційних матеріалів,

яким притаманна наявність мінімум двох температурних інтервалів технологічного викорис-

тання різноманітних фізичних явищ.

Список використаної літератури

1. Лариков Л. Н. Ячеистый распад пересыщенных твëрдых растворов / Л.Н. Лари-

ков, О.А. Шматко. – К.: Наук. Думка. – 1976. – 221 с.

2. Tu K. N. Morphology of Cellular Precipitation of Tin from Lead in Bicrystals / K. N.

Tu, D. B. Turnbull // Acta. Metall. – 1967. – Vol.15, iss. 8. – P. 1317– 1323.

3. Мазанко В. Ф. Спосіб математичного оброблення експериментальних результа-

тів з загальної кінетики коміркових реакцій / В. Ф. Мазанко, М. І. Савчук, К. М. Хранов-

ська, І. О. Шматко, О. А. Шматко // II Міжнародна науково – практична конференція

«Напівпровідникові матеріали, інформаційні технології та фотовольтаїка» (Кременчук, 22

– 24 травня 2013 р.): Тези доп. – Кременчук: Кременчуцький національний університет

імені Михайла Остроградського, 2013. – С. 179 – 180.

НМІТФ – 2016

- 169 -

UDK548.535, 548.25, 538.911

EPITAXIAL SILICON FILMS GROWN ON ELECTROCHEMICALLY

OXIDIZED POROUS SILICON STRUCTURE

Lukianov A.1,2, Krikunov K. 2, Ihara M.3 1FUkushima Top-level United center for Renewable Energy research, Japan Science and Technolo-

gy Center (JST), 2-2-9 Machiike-dai, Koriyama, Fukushima 963-0215, Japan 2V.E.Lashkaryov Institute of semiconductor physics NAS Ukraine, 03028 Nauki av. 45, Kyiv,

Ukraine, e-mail:annluky@gmail.com 3Department of Chemical Science and Engineering, School of Materials and Chemical Technology,

Tokyo Institute of Technology, Ookayama 2-12-1, Meguro-ku, Tokyo 152-8552, Japan,

e-mail: mihara@chemeng.titech.ac.jp

The thinning of the crystalline silicon wafers is one of key directions in the improvement of the ef-

ficiency and reduction the cost of silicon photovoltaics, as well as other applications in silicon based indus-

try. An attractive are methods based on direct epitaxial growth of Si wafers on a template with following

detachment. The layer-transfer process (LTP) uses porous silicon for that purpose. During annealing in

hydrogen at high temperatures the double layer por-Si structures transform to the smooth seed layer [1]

that allow both epitaxial growth and following mechanical detachment. In the present report, the electro-

chemically oxidized [2; 3] double-layer porous silicon structures (DLPSO) are studied as templates for the

epitaxial growth of thin silicon films with possible application in photovoltaics. The structures were

formed on the one side polished boron-doped (100) CZ-Si wafers with resistivity 2-3 Ω·cm. The por-Si

layers were formed by electrochemical etching in HF (48%):Ethanol (1:1 by volume) solution with conse-

quent applying the current densities 2 mA/cm2and 75 mA/cm2that resulted top low-porosity layer (LPL)

with thickness 1.3 µm and bottom high-porosity layer (HPL) with thickness 0.5 µm. After that the wafers

and the etching cell were washed and filled with 1 M HCl solution. The anodic oxidation of the por-Si

structures was conducted in the darkness with current density 0.5 mA/cm2 until the voltage sharply in-

creased to the value 4.1-4.5 V.

Before epitaxial silicon growth the samples were annealed in the chamber of low-pressureepi-

CVD setup in H2 at 950 °C during 8 min. After that, the silicon deposition from dichlorosilane SiH2Cl2

(DCS) was conducted at DCS flow rate 40 sccm and H2flowrate 1000 sccm during 10 min. The total

thickness of the deposited epi-layers was 8.85 µm. The grown epi-layers were detached in the HF solution

by etching the intermediate porous SiO2 layer between Si substrate and grown Si film. Obtained samples

were characterized by SEM, EDS, AFM, EBSD and PCD tools.

The Fig. 1 shows SEM images and EDS profiles of the initial DLPSO (a), after the annealing in H2

and epitaxial growth. The initial DLPSO has oxidized bottom HPL and partially oxidized LPL. However,

the annealing in H2 the near-surface region of the sample reduced content of the oxygen and allowed trans-

formation of the por-Si into the smooth seed layer. The grown silicon film has been growth by epitaxial

mechanism that confirms transformation of the top LPL to the seed layer and it was proven by additional

measurement by EBSD (Fig. 2).

The epitaxial Si film was characterized by life-time measurements. The carrier lifetime distribu-

tions of the epi-layers are shown on the Fig. 3. The as-grown Si film has small lifetime below 1 s due to

high recombination rate on the non-passivated surfaces. However, passivation of the front side of the epi-

layer by 20 nm a-Si improved lifetime average value up to 3.8 s. Another reasons for such small values

of the carrier lifetime are non-treated back side of the epi-layer that has rests of the por-Si structure, non-

optimized recipe for thermal treatments and epitaxial growth. The further studies will improve the quali-

ty of the epitaxial films and allow its using for photovoltaic and microelectronic applications.

As a conclusion, in this study the possibility of the epitaxial growth of silicon films on

DLPSO has been shown. The annealing of such structure in H2creates seed layer and allow epitaxial

НМІТФ – 2016

- 170 -

Si growth. The obtained epi-layers were successfully peeled off by etching in HF solution. The pro-

posed process allow fabrication of thin free-standing Si films that can be used in thin-film photovol-

taics.

Fig. 1. SEM images and EDS profiles of the DLPSO: a) initial; b) afterannealinginH2. c) EDS of the

epitaxial silicon film deposite donannealed DLPSO.

This work was supported by the MEXT, FUTURE－PV Innovation (Fukushima Top-level

United center for Renewable Energy research – PhotoVoltaics Innovation) Project.

References

1. Milenkovic N. Porous silicon reorganization: Influence on the structure, surface rough-

ness and strain / Milenkovic N., Drieen M., Weiss C., JanzS. // Journal of Crystal Growth. – 2015. –

V. 432. – pp. 139–145.

2. Lee C. Characterization of porous silicon-on-insulator films prepared by anodic oxida-

tion / Lee C., Yeh C., Hwang H., Hsu K. Y. // Thin Solid Films. -1996. – V.276. – pp. 147–150.

3. Bsiesy A. Anodic oxidation of porous silicon layers formed on lightly pdoped substrates /

Bsiesy A., Gaspard F., Herino R., Ligeon M., Muller F., Oberlin J. C. // Journal of The Electro-

chemical Society. – 1991. – V.138. – pp. 3450–3456.

Fig. 2.The EBDS image of the epi-

layer grown on the DLSO. Observed

disordered area occurred due to the

edge effect during etching, oxidation

and thermal treatments. Fig. 3.Distribution of carrier life-

time of the epilayeron DLPSO: as

grown (1) and after the front-side

passivation by20 nm a-Si (2).

НМІТФ – 2016

- 171 -

UDK 548.535, 548.25, 538.911

EPITAXIAL Si FILMS GROWN BY THE LOW-PRESSURE CVD FOR THE

LAYER-TRANSFER PROCESS

Lukianov A.1,2, Krikunov K.2, Ihara M.3 1FUkushima Top-level United center for Renewable Energy research, Japan Science and Technolo-

gy Center (JST), 2-2-9 Machiike-dai, Koriyama, Fukushima 963-0215, Japan 2V.E.Lashkaryov Institute of semiconductor physics NAS Ukraine, 03028 Nauki av. 45, Kyiv,

Ukraine, e-mail:annluky@gmail.com 3Department of Chemical Science and Engineering, School of Materials and Chemical Technology,

Tokyo Institute of Technology, Ookayama 2-12-1, Meguro-ku, Tokyo 152-8552, Japan,

e-mail: mihara@chemeng.titech.ac.jp

Thin silicon crystalline films are attractive for photovoltaic industry. High-quality silicon

thin films could be grown by epitaxial chemical vapor deposition (epi-CVD). However, the quality

of the silicon films strongly depends on the surface morphology of a substrate or a seed layer. The

porous silicon structures are attractive as a seed layers for epitaxial growth in layer-transfer process

(LTP). Previously, the epitaxially grown silicon foils using atmospheric-pressure CVD on pre-

annealed double-layer porous silicon (DLPS) substrates were studied. Epitaxial Si films grown on

such seed layers have defect density less than 4000 cm-2[1] and carrier life-time over 100 s [2].

Obtained solar cells have competitive values of efficiency up to 19%. In this study the thin free-

standing Si films were grown by the low-pressure CVD tool on double-layer por-Si(DLPS) tem-

plates and characterized as the key step in LTP process for the fabrication of thin-film silicon solar

cells.

The DLPS structureswere fabricated by anodization of highly B-doped ( = 1-3 m×cm) Si

wafers in HF (48%):Ethanol solution 1:1 with consequent applying the current density 2 and

75 mA/cm2 for low-porosity (LPL) and high-porosity (HPL) layers, respectively. The thickness of

LPL and HPL was set1.5 and0.6m. The structureswere refreshed in the 5% HF solution in order to

remove the native silicon oxide from the surface and loaded to the work chamber of low-pressure

epi-CVD setup. The work pressure of the setup was 13.3 kPa. After the heating up to the work tem-

perature the sampleswere annealed in H2for 8-20 min. After that, the epitaxial growth procedure

was conducted. The buffer layer was deposited on the part of the samples using steeply increasing

deposition rate from dichlorosilane (DCS). Than the main deposition step processed with DCS

flowrate 40-80sccmat fixed temperature 885, 950 or 1020°C. Obtained epitaxial Si films had thick-

ness 8-25 m and characterized by SEM and pit etching of the surface defects. For the life-time

measurements the front side of the epi-layers was covered with a-Si passivation layer.

SEM analysis of the samples (Fig.1) revealed behavior of the por-Si transformation in LP-

CVDsufficiently different from that one in AP-CVD. In contrast to the AP-CVD, the elevated tem-

peratures of the annealing in hydrogen in LP-CVD (over 900 °C) before epitaxial growth caused

sticking the LPL to the substrate and dissolving the HPL (Fig.1b) that makes impossible peeling the

epi-layers after the deposition, increases defect density and drastically reduces quality of the grown

films. The variation of the H2 flowrate from 250 to 2000 sccm and annealing time from 8 to 20 min

didn’t sufficiently effect on the por-Si transformation behavior at high temperatures. However, re-

duction the temperature from 950-1020°C down to 850°C led to the transformation of LPL with

formation of smooth seed layer that allowed epitaxial silicon growth (Fig. 1c). At the same time, the

HPL has been transformed to the wide gap with thin Si bridges that allowed easy detachment of the

grown film and following treatments.

НМІТФ – 2016

- 172 -

The grown epitaxial Si film (Fig. 2a) have been subjected to passivation of the front side by

a-Si using PE-CVD setup and the measurements of the life-time. The evaluated average lifetime

was about 4.5 s.

Fig. 1.The SEM images of the DLPS: initial (a) and annealed at 950 (b) and 850 °C (c) dur-

ing 8 min before epitaxial growth. The scale bar is 1 m.

Fig. 2.SEM image of the grown free standing epi-Si layer (a) and the distribution of the car-

rier life-time values of the front-side passivated Si film.

As a conclusion, the thin free-standing silicon films have been grown by low-pressure CVD

on the double-layer porous silicon substrates. The transformation of the por-Si structure during pre-

annealing in hydrogen before the epitaxial growth have been studied. In contrast to the previous

studies of the por-Si annealing using atmospheric pressure CVD, the por-Si transformation in the

present case occurs at sufficiently reduced temperatures (850°C instead of 1150°C for AP-CVD).

The obtained Si film has carrier lifetime 4.5 s. The improvement of the quality of the epi-layers by

optimization of the conditions for thermal treatment and epitaxial growth will be purpose of further

studies.

This work was supported by the MEXT, FUTURE－PV Innovation (FUkushima Top-level

United center for Renewable Energy research – PhotoVoltaics Innovation) Project.

References

1. Lamedica G. X-ray diffractometry of Si epilayers grown on porous silicon / Lamedica G.,

Balucani M., Ferrari A., Bondarenko V., Yakovtseva V., Dolgyi L. // Materials Science and Engi-

neering: B. – 2002. – V. 91-92. – pp. 445 – 448.

2. Radhakrishnan H. Improving the Quality of Epitaxial Foils Produced Using a Porous

Silicon-based Layer Transfer Process for High-Efficiency Thin-Film Crystalline Silicon Solar Cells

/ Radhakrishnan H., Martini R., Depauw V., Van Nieuwenhuysen K., Debucquoy M., Govaerts J.,

Gordon I., Mertens R., Poortmans J. // IEEE Journal of Photovoltaics. – 2014. – V. 4. – p. 70.

b)

НМІТФ – 2016

- 173 -

UDC 539.26; 548.4

INFLUENCE OF INTERLAYER INTERACTION ON PHONON SPECTRA

NANO-SIZED MoS2 LAYER CRYSTALS

Yaremko A.M., Yukhymchuk V.O., Romanyuk Yu.A.

V.E Lashkarov Institute of Semiconductor Physics NASU, 45 Prospect Nauki, Kiev 03028,

Ukraine, e-mail: Romanyuk_Yu@ukr.net

Spectroscopy investigation of layer type crystal of both the electronic and the vibration

properties was made during enough long time. The new period of activity in study of such crystals

arose when Novoselov et al. started to obtain and investigate graphene [1]. The usage of their meth-

od allows to prepare a very thin crystal structure that has 1-10 atomic layers [1]. The layer type

crystals MoS2 and MoSe2 are especially perspective in this sphere, because they show very interest-

ing spectroscopy features, if crystal consist of only several atomic layers. The number of works in

which electronic and phonon properties of such type crystal structures are studied by spectroscopy

methods significantly grew during the last years.

Recently a detailed study of vibration spectra of MoS2 layer crystals consisting of several

layers, n =1-6 (atomically thin crystals), and analysis of former results were made in [2]. Strong

signals of the in-plane (1

2gE ) and out-of-plane ( gA1 ) Raman modes were observed for all 1-6 layers.

These modes exhibited well-defined thickness dependence, with the two modes shifting away from

each other in frequency with increasing thickness. The reason of lowering 1

2gE mode was connected

with the anomalous Davydov splitting (DS) [2]. It means that there are additional factors, besides of

“pure DS effect”, which display in the experiment. Indeed, not only vdW interlayer (intermolecular)

interaction, but its combination with anharmonic effects that occur in complex molecules or layers, can

give rise to new features in dynamics of crystal lattice and spectroscopy effects. Such approach was de-

veloped in a number of works in 70-es of the last century, where Fermi-Davydov (FD) resonance in the

molecular type crystals was studied. It was shown [3] that frequencies of crystal vibrations and their inten-

sities depend on treatment vdW inter-molecular interaction and intra-molecular anharmonicity. Therefore

we suppose that features observed in Raman spectra of layer crystals [2] can be explained in the frame-

work of approach developed in works [3]. But the problem connected with the influence of intra-layer

anharmonic effects on interlayer vdW interactions looks especially complex in this case, because each

layer is a two-dimensional crystal.

To understand the vibrational properties of two-dimentional (2D) MoS2 atomic layers the

detail theoretic analysis of Raman scattering was performed for both single-crystal MoS2 samples

and atomically thin MoS2 consisting from one to few layers. The change of position of bands of in-

plane,1

2gE , and out-of-plane, gA1 , as function of interlayer interaction and correspondingly number

of MoS2 layers have been investigated. The comparison of observed in experiment phonon frequen-

cies with theoretical dependences allowed estimate the parameters of interlayer interaction. It was

also shown that intra-layer anharmonic effects together with interlayer interaction are responsible

for observed different change of intra-layer gA1 and 1

2gE phonon frequencies.

References

1. Novoselov K.S. Two dimensional atomic crystals / K.S Novoselov, D Jang, F Schedin, T.J

Booth, V.V Khotkevich, S.V Morozov, A.K Geim. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA – 2005. – V. 102. –

P.10451-10453.

2. Lee C. Anomalous Lattice vibrations of single and few-layer MoS2 / C. Lee, H. Yan, L.E

Brus, T.F Heinz, J. Hone, S. Ryu // ACS NANO – 2010. – V. 4. – P. 2695-2700.

НМІТФ – 2016

- 174 -

UDC 621.315.592

THE NATURE OF PARAMAGNETIC DEFECTS IN SILICON FILMS

OBTAINED BY GAS DETONATION DEPOSITION METHOD

Bratus’V.Ya.,Klyui M.I., TemchenkoV.P.

V. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, National Academy of Sciences of Ukraine,

e-mail: v_bratus@isp.kiev.ua

Preparation of device quality silicon gas detonation deposited (Si-GDD) films as an active

layer in thin film solar cell demands of profound insight of their structure and defects influenced on

device characteristics. Electron paramagnetic resonance (EPR) gives the unassailable information

concerning the type and structure of defects and their possible transformations during technological

processing. This work focuses on elucidating the basic types of defects in Si-GDD films.

The silicon films 600–1000 nm in thickness were deposited on copper or silicon substrates

by GDD method. Silicon powders were produced by a standard ball milling process for mono- and

polycrystalline Si wafers of both n- and p-type. The EPR study of defects was carried out within the

temperature range 77–300K using an X-band spectrometer (microwave frequency mw 9.26÷9.45

GHz) with a 100 kHz field modulation and a cylindrical cavity operating in the TE011 mode.

As illustrated in Fig. 1, a typical spectrum of Si-GDD films may be decomposed into three

major components with Lorentzian shape. Two constituents of the broad line named DB have the g-

factor of 2.0059 ± 0.0002 (line db1) and 2.0043 ± 0.0002 (line db2) and comparable intensities.

Fig. 1.a – The experimental EPR spectrum (dots) and simulated spectrum (line) of a GDD-film de-

posited with the p-type monocrystalline Si powder; b – the components of the simulation and

c – the difference spectrum between the experimental and the simulated spectra.

Spectra analysis shows that the broad EPR line of Si-GDD films displays resonances originating

from different configurations of silicon dangling bonds, it can be readily registered at 300K.

Determined at 77K the effective g-factor 1.9992 ± 0.0002 of the narrow line named CEsteers

a middle course between conduction electron g-factor in crystalline Si samples doped with P

НМІТФ – 2016

- 175 -

(g=1.9986) and with Li (g=1.9995). In general, the EPR spectra observed for films under investiga-

tion are similar to ones for undoped and n-type hydrogenated micro-crystalline silicon. The emer-

gence of the CE resonance for Si-GGD films produced from p-Si is a striking aspect. For p-type Si

the EPR signals with a g-factor about g=1.999 have been previously reported only on porous sam-

ples: a low intensity signal under thermal equilibrium and an intense line with strong above-band-

gap light excitation.

Observation of the DB and CE lines in Si-GDD films has initiated an EPR study of defects

on initial Si powders generated by the ball milling process. Fig. 2 represents the EPR spectra of Si

powders produced on a variety of Si wafers. Spectra simulations show that the dominant signal

originates from the db1 defects, the DB line asymmetry is determined by imposition of the db2 line

with fourfold smaller integral intensity. Hence certain part of Si submicron and micron-sized pow-

der particles has been oxidized during the ball milling process. In addition, a weak CE signal is ob-

servable for all the powders, it is most pronounced for polycrystalline p-Si powder.

Fig. 2. The EPR spectra of Si powders produced via ball milling of monocrystalline n-Si (a), poly-

crystalline p-Si (b) and monocrystalline p-Si (c); Т=77K, = 9.248 GHz.

It appears reasonable that some additional portion of Si powder is oxidized in the GDD pro-

cess in the course of heating to several hundred degrees Centigrade in gas explosion and subsequent

moving to the target in air ambient. As well known, a positive, fixed, surface-state charge Qss re-

sults from a nonstoichiometric silicon-oxygen structure in the Si/ SiO2 interface region. The EPR

observation of defects assigned to silicon oxide andsuboxides testifies to the fact that the GDD pro-

cess is preferable to Qsscreation. Finally, the positive Qss is capable of producing the inversion layer

in p-type Si, providing a possibility to fill band and tail states to electrons.

In conclusion, while crystalline character of the Si-GDD layers is verified by Raman scatter-

ing results, the formation of amorphous Si and Si oxide inclusions is directly followed by the EPR

detection of the DB and CE centers. From the EPR standpoint a Si-GDD film constitutes a com-

pound incorporating closely packed and partially oxidized crystalline Si domains.

НМІТФ – 2016

- 176 -

УДК: 539.87, 53.096

СИНТЕЗ, ВИРОЩУВАННЯ ТА ТЕМПЕРАТУРНА ЗАЛЕЖНІСТЬ

ВІДНОСНОГО ЛІНІЙНОГО РОЗШИРЕННЯ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ

ЗАМІЩЕННЯ InXTl1-XI

Кашуба А.І., Франів А.В., Брезвін Р.С., Бовгира О.В., Франів В.А. Львівський національний університет імені Івана Франка, вул. Кирила і Мефодія,8а,

Львів79005, Україна, e-mail:AndriyKashuba07@gmail.com

Останнім часом широкий інтерес привертають вивчення фізичних властивостей крис-

талічних напівпровідникових сполук групи ІІІ-VII, зокрема бінарних шаруватих кристалів

InI, InBr, TlI, а також твердих розчинів на їх основі InIxBr1-x, TlIxBr1-x. Бінарні сполуки InI та

TlI кристалізуються в орторомбічній ґратці просторової групиCmcm(63). Структури обох

компонентів твердих розчинів заміщення (ТРЗ) InxTl1-xI є шаруватими з двома шарами сен-

двічного типу в елементарній комірці та чотирма формульними одиницями в ній. Шари оріє-

нтовані перпендикулярно до кристалографічної b-осі.

Практичний інтерес до ТРЗ InxTl1-xI в першу чергу пов'язують з можливістю ство-

рення на їх основі вузькосмугових оптичних фільтрів широкого спектрального діапазону.

Велика розмитість максимумів спектрів фотопровідності (ФП) та залежність їх положення

від складу твердого розчину ставить тверді розчини InxTl1-xI в ряд перспективних матеріалів

для фотодавачів світла з широким спектром фоточутливості.

Синтезували вихідні речовини для вирощування кристалів ІnxTl1-xI (0,4≤х≤0,9) із біна-

рних монокристалічних сполукТlI і InI (98,9%), узятих в еквімолярних співвідношеннях.

Сполуки, які попередньою очисткою було доведено до високого ступеня чистоти, поміщали

до кварцової ампули з діаметром 12–18 мм і відкачували її за допомогою форвакуумної пом-

пи з пасткою до тисків 10–3 мм. рт. ст.. Температуру підтримували вищою за температуру

плавлення найбільш високотемпературної компоненти (T = 723 Κ) протягом однієї доби. Пі-

сля синтезу проводили зонну очистку отриманих сполук ІnxTl1-xI на установці зонної очистки

та перекристалізації з метою отримання вищої чистоти та гомогенності сировини.

Кристали вирощували за методом Бріджмена–Стокбаргера з ампули у вертикальній

печі з градієнтом температури 1°С/мм. У процесі росту ампулу опускали крізь зону кристалі-

зації зі швидкістю 3 мм/год., в кварцових ампулах, при температурі росту 750 K у випадку

Tl0,6In0,4I, яка по мірі зростання вмісту InI зменшувалась до температури 730 K - Tl0,1In0,9I.

Ріст відбувався протягом 48 годин. Після чого, ще протягом доби в тій же печі при темпера-

турі від Т=490 K (In0,4Tl0,6I) до Т=430 K (In0,9Tl0,1I) здійснювався відпал вирощених криста-

лів[1].

В даній роботі представленні результати дослідження температурної залежності від-

носного лінійного розширення ТРЗ InxTl1-xI.Дослідження кристалів проводилось з допомо-

гою дилатометра СarlZeissJena.

Досліджувані зразки являли собою плоскопаралельні пластинки малих товщин (~0,5 –

2,5 мм). Вимірювання проводили в площині в здовж b-осі. З метою з’ясування наявності те-

мпературно-незворотних явищ і структурних фазових перетворень, близьких до переходів

першого роду, усі експерименти для ТРЗ InxTl1-xI було виконано для обох режимів нагріван-

ня та охолодження.

Кристали In0,5Tl0,5I нагрівали від 325 Κ до 525 Κ, а потім охолоджували до початкової

температури. При нагріванні до температури 475 Κ кристал видовжується – ділянка кривої

)(/ TfLL на проміжку від 325 до 475 Κ монотонно зростаюча. Приблизно при темпера-

турі 480 Κ лінійні розміри кристала перестають змінюватись. Процес охолодження кристала

супроводжувався монотонним зменшенням відносного лінійного розширення аж до темпера-

тури 455 Κ.

НМІТФ – 2016

- 177 -

Аналогічні дослідження були проведені для концентраційного вкладу TlI компоненти

х = 0,4÷0,9. По мірі зростання талієвої компоненти гістерезис зміщується в сторону вищих

температур.

ТРЗ InxTl1-xI було вирощені методом Бріджмена–Стокбаргера, які кристалізуються в

орторомбічній ґратці просторової групи Cmcm (63). Експериментальні дослідження темпера-

турної залежності відносного лінійного розширення дозволяють припустити, що вузькі обла-

сті аномальних змін термічного розширення при нагріванні та охолодженні не збігаються,

що може свідчити про наявність значного гістерезису (~30 K). Останній може вказувати на

наявність фазового перетворення в кристалі, яке близьке за характером до переходу першого

роду.

Список використаної літератури

1. Кашуба А. І. Фононний спектр кристалів твердих розчинів заміщення InxTl1–xI /

А.І. Кашуба, С.В. Апуневич // Журнал нано- та електронної фізики – 2016. – Т. 8. – 1. –

01010(5cc).

УДК 621.315.592

ВПЛИВ НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНОГО І КОРОТКОЧАСНОГО ВІДПАЛУ

НА ПОВЕДІНКУ ГЕТЕРОСТРУКТУРИ GaSe–InSe

Сидор О.М., Сидор О.А.

Чернівецьке відділення інституту проблем матеріалознавства НАН України

ім. І.М.Францевича, вул. І. Вільде, 5, Чернівці, 58001, Україна, e-mail: sydor.oleh@gmail.com

Шаруваті напівпровідники групи А3В6, яскравими представниками якої є моноселеніди

індію та галію, є перспективними матеріалами для радіаційно-стійкої фотоелектроніки.

«Атомна» шорсткість сколотих поверхонь InSe та GaSe дозволяє використовувати метод

прямого оптичного контакту для створення p–n-переходів, що є досить простим і зручним

рішенням з практичної точки зору. Раніше [1], з метою покращення основних характеристик

гетеропереходу (ГП) р-GaSe–n-InSe, досліджувалась його термічна обробка у вакуумі упро-

довж 4 год при температурах 150, 200 та 250 С. Авторами було показано, що у діапазоні те-

мператур відпалу 150–200 С спостерігається тенденція по суттєвому покращенню електрич-

них та фотоелектричних параметрів структури. Винятком було падіння напруги холостого

ходу. Дана публікація є продовженням вивчення впливу низькотемпературного відпалу на

робочі параметри фоточутливих структур на основі шаруватих напівпровідників.

Кристали InSe та GaSе вирощувались вертикальним методом Бріджмена і володіли чіт-

ко вираженою шаруватою структурою. Кінетичні параметри р-GaSе при 300 К складали:

концентрація дірок 1013 см−3, рухливість 60 см2/Вс. Для n-InSe концентрація електронів і

рухливість дорівнювали 1015 см−3 та 900−1000 см2/Вс, відповідно. Методика виготовлення

структур детально була описана в [1].

Особливістю даного відпалу було те, що досліджувані зразки відпалювались при тем-

пературі 175 С упродовж 3 годин з кроком у одну годину. Дана температура була вибрана

на основі результатів попередніх досліджень [1].

ГП володіли чітко вираженими діодними характеристиками та доволі високими пара-

метрами: напругою холостого ходу Uхх = 0,58 В, струмом короткого замикання Jкз = 3,4

мА/см2, коефіцієнтом неідеальності ВАХ n = 1,8, коефіцієнтом випрямлення Квип102 (див.

таблицю 1). Зауважимо, що нами досліджувались зразки з «середніми» параметрами, що ви-

биралися з великої партії структур (20 шт.). Істотній зсув прямих віток ВАХ та зростання

НМІТФ – 2016

- 178 -

крутизни з відпалом свідчило про зменшення послідовного опору структур (рис. 1). Спосте-

рігалось значне (у ~14 раз) збільшення коефіцієнта випрямлення струму після першого від-

палу. З послідуючою термообробкою параметр Квип знижувався, хоча залишався набагато

вищим за такий для невідпаленої структури. Це визначалось більшим приростом обернених

струмів для 2 і 3-го відпалів, ніж прямих. ГП характеризувалися дифузійно-

рекомбінаційними механізмами струмопроходження через бар’єр (1<n<2); з відпалом відбу-

валося зменшення рекомбінаційної складової струму і параметр n вже складав 1,5–1,6.

Форма спектру фотовідгуку досліджуваних структур є типовою для ГП, тобто обмеже-

ною з двох сторін (рис. 2). Енергетичні положення країв смуги фоточутливості відповідають

поглинанню світла в її компонентах. Спектральна область фоточутливості ГП GaSe–InSe

з максимумом при макс = 0,68 мкм охоплює інтервал 0,56 – 1,02 мкм. Ширина спектральної

характеристики на її напіввисоті 1/2 сягала 0,651 еВ. Порівняння залежностей (h) показа-

ло, що з відпалом відбувається незначне покращення параметра 1/2 (табл. 1) та розширення

області спектральної чутливості за рахунок зростання високоенергетичних “хвостів” спект-

рів при > 2,0 еВ (див. рис. 2). При цьому, зміна положення максимуму спектрів фотовідгуку

не спостерігалася.

Додатково проводилися вимірювання спектрів пропускання при кімнатній температурі.

Рис. 1 – Темнові ВАХ ГП GaSe–InSe

при різних тривалостях відпалу

Рис. 2 – Спектри фотовідгуку ГП GaSe–InSe

при різних тривалостях відпалу

Таблиця 1 – Зміна параметрів ГП GaSe–InSe у залежності від тривалості відпалу

монокристалів InSe та GaSe.

Трива-

лість, год

Квип

(при

0,7 В)

n Jнас,

А/см2 Uхх, В

Jкз,

мА/см2

SI,

мА/Вт SU, В/Вт 1/2, еВ

0 1,4102 1,8 7,2∙10-9 0,58 3,4 96 4,9103 0,651

1 1,9103 1,5 2,4∙10-8 0,58 5,5 158 4,7103 0,699

2 1,7102 1,5 1,2∙10-7 0,56 6,2 178 4,6103 0,705

3 1,2102 1,6 3,1∙10-7 0,51 5,9 139 3,7103 0,708

Знайдені зі спектрів поглинання енергії ширини забороненої зони цілком узгоджуються з лі-

тературою. Відпал зразків при різних його тривалостях не виявив значущих змін ні в спект-

рах пропускання і, відповідно, спектрах поглинання.

З відпалом спостерігається позитивна тенденція по зростанню струму короткого зами-

кання (табл. 1). Наприклад, для двогодинного відпалу ріст Jкз склав істотні 82%. Послідую-

чий відпал приводив до падіння даної величини на 5%, хоча у порівнянні з початковим зна-

ченням відбувся її ріст. Максимальне падіння напруги холостого ходу сягнуло 12%. Харак-

тер змін монохроматичних (зняті при =0,98 мкм) ампер-ватної SI і вольт-ватної SU чутливо-

НМІТФ – 2016

- 179 -

стей (табл. 1) був аналогічний параметрам Jкз та Uхх. Максимальне збільшення величини SI

сягнуло 85% (для двогодинного відпалу), а падіння величини SU – 24% (для тригодинного

відпалу).

Зроблена інтерпретація процесів, що відбуваються у ГП p-GaSe–n-InSe при низькотем-

пературному термічному відпалі.

Висновки

З метою покращення базових параметрів ГП р-GaSe–n-InSe проводилися їх низькотем-

пературні відпали (Т = 175 С) у вакуумі впродовж 1–3 годин. Досліджено ВАХ, проаналізо-

вано спектри фотовідгуку, зняті основні фотоелектричні характеристики. Показано, що з від-

палом відбувається покращення базових параметрів вказаних ГП: 8–14-ти кратний ріст Квип;

збільшення Jкз та SI на 62–82% і 45–85%, відповідно; ріст та 1/2. Однак, зафіксовано тен-

денцію по падінню величини Uхх на 12%.

Список використаної літератури

1. Ковалюк З.Д. Влияние отжига на спектры ядерного квадрупольного резонанса се-

ленидов галлия-индия и характеристики структур на их основе / З.Д. Ковалюк, О.Н. Сидор,

Г.И. Ластивка, А.Г. Хандожко // ФТП. – 2012. – Т.46, 9. – С.1168-1174.

УДК 539.234

ДОСЛІДЖЕННЯ ФАЗОВОГО СКЛАДУ ТОНКИХ ПЛІВОК

ОРГАНІЧНОГО НАПІВПРОВІДНИКА

ДИГІДРОДИБЕНЗОТЕТРААЗААНУЛЕНУ

Удовицький В.Г.

Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України, майдан Свободи 6, а/с 4499,

61022, м. Харків, Україна, e-mail:uvgviktor@yandex.ua

Тонкі плівки органічних напівпровідників привертають зараз велику увагу дослідни-

ків, оскільки вони є основою розвитку молекулярної електроніки і на цей час вже знайшли

широке застосування, а також мають значні потенційні можливості створення з їх викорис-

танням як фотоперетворювачів, так і інших різноманітних приладів мікро- та наноелектроні-

ки.

Аналіз літератури та власні дослідження автора підтверджують великі можливості ви-

користання в електроніці тонких плівок органічного напівпровідника дигідродибензотетра-

аза [14] анулену (ТАА), що має макроциклічну будову молекул [1,2]. Зовсім недавно

з’явилась важлива інформація по дослідженню магнітних властивостей ТАА і можливість

його використання для створення спінових фільтрів, що є надзвичайно важливим для розви-

тку нового напрямку в електроніці – спінової електроніки [3]. У [2] вже обговорювалась ін-

формація про те, що ТАА здатний утворювати високотекстуровані плівки навіть на типових

аморфних підкладках плівкової електроніки (ситал та полікор), що важливо для стабільності

характеристик плівок. Але дуже важливою характеристикою тонких плівок, від якої суттєво

залежать їх властивості, а отже і експлуатаційні характеристики приладів на їх основі, є та-

кож фазовий склад плівок. Характерною особливістю молекулярних кристалів є наявність в

них поліморфізму, тобто існування як мінімум двох (а часто і більшої кількості) різних крис-

талічних фаз, що утворюються в твердому тілі однаковими молекулами однієї і тієї ж самої

речовини. Метою цього дослідження було експериментальне вивчення методом рентгенівсь-

кої дифрактометрії (дифрактометр ДРОН-3М, випромінювання CuKα) фазового складу (по-

НМІТФ – 2016

- 180 -

ліморфізму) тонких плівок ТАА, нанесених методом сублімації та конденсації в вакуумі на

підкладки з ситалу.

В молекулярних кристалах ТАА згідно з даними, що зареєстровані в Кембриджському

центрі кристалоструктурних даних на даний час виявлено дві поліморфні модифікації крис-

талічної гратки моноклінної сингонії. Одна з них (шифр “GAGVAL”) має такі параметри

елементарної комірки: а – 9,096 Ǻ ; в – 10,648 Ǻ ; с – 14,915 Ǻ ; α = γ = 90°; β = 95,93°, а друга

(шифр “GAGVAL 01”): а – 14,926 Ǻ ; в – 5,234 Ǻ ;с – 19,570 Ǻ ; α = γ = 90°; β = 112,20°. Ці

модифікації були виявлені незалежно різними авторами і спільно в одному зразку ними не

спостерігались. За цими даними був проведений комп’ютерний розрахунок можливих рент-

генівських рефлексів для кристалів ТАА обох поліморфних модифікацій. На рис.1 наведена

одна з типових дифрактограм текстурованої плівки ТАА. Як видно, на ній присутні лише два

сильні рефлекси (рефлекс 1 - 2θ1 ~ 9,77º, рефлекс 2 - 2θ2 ~19,61º). Відношення sinθ2/ sinθ1 для

цих рефлексів дорівнює двом і тому досить обґрунтованим є висновок про те, що це рефлек-

си першого та другого порядку відображень від однієї системи площин. Згідно з розрахун-

ком ці рефлекси можуть бути або відображеннями від системи площин (100) та (200) G-

модифікації (відповідно 2θ = 9,768° та 19,608°), або відображеннями від системи площин

(002) та (004) G01-модифікації (відповідно 2θ = 9,755° та 19.581°). Для уточнення цього пи-

тання ці два рефлекси від плівок різної товщини були записані з мінімальною швидкістю ру-

ху детектора 1/32 град./хв. Такий повільний запис дозволив виявити суттєву зміну профілів

цих рефлексів і появу добре видної асиметрії у рефлексів, які були отримані від більш товс-

тих плівок. Профілі рентгенівських дифракційних максимумів, що реєструвались в діапазоні

кутів 2θ ~ 19÷20° на дифрактограмах плівок різних товщин та вихідної речовини ТАА у по-

рошкоподібному вигляді (вона містила обидві поліморфні модифікації) показані на рис. 2.

Рис.1 Дифрактограма плівки ТАА

А Б В Г

Рис. 2 Профілі рентгенівських рефлексів в діапазоні кутів 2θ=19÷20° для плі-

вок ТАА різної товщини і порошка: А – 100 нм, Б – 400 нм. В – 1500 нм, Г– порошок

Усі особливості дифрактограм плівок ТАА різної товщини коректно інтерпретуються

наступним чином. При конденсації плівки на чистій підкладці спочатку утворюється одна

НМІТФ – 2016

- 181 -

поліморфна G-модифікація, утворення якої є енергетично більш вигідним, оскільки вільна

енергія утворення її критичних зародків є меншою, ніж у зародків з коміркою G01-

модифікації. При подальшій конденсації змінюються умови процесу утворення і росту крис-

талітів (головним чином за рахунок зменшення впливу підкладки) і в плівці утворюються

вже обидві поліморфні форми. Це й призводить до появи асиметрії рефлексів і фактичного

перетворення одного в два близько розташованих рефлекси, що перекриваються між собою.

Поліморфний склад плівок ТАА є важливим фактором, який повинен враховуватись при їх

практичному використанні.

Список використаної літератури

1. Удовицкий В.Г., Орлов В. Д. Свойства и применение веществ и материалов на ос-

нове дибензотетрааза [14] аннулена // Физическая инженерия поверхности. – 2014. – Т. 12.

– 3. – С. 372-385.

2. Удовицький В. Г. Властивості і практичне використання в електроніці тонких плі-

вок органічного напівпровідника дигідродибензотетраазаанулену та його похідних // III

Міжн. наук.-практ. конф. «Напівпровідникові матеріали, інформаційні технології та фото-

вольтаїка» : Тези доповідей. − Кременчук: Кременчуцький національний університет імені

Михайла Остроградського, 2014. − С.179-180.

3. Wu Q. H., Zhao P., Su Y. et all. Spin transport of dibenzotetraaza[14]annulene com-

plexes with first row transition metals // RSC Advances. – 2015. – Iss. 65. – 5. – Р. 52938-52944.

PACS 81.05.Dz, 81.07.Wx, 81.16.Be

POSSIBILITIES OF EPR IN CHARACTERIZATION OF ZnS DISORDERED

SYSTEMS

Nosenko V. 1, Vorona I.1, Ishchenko S.1, Baran N.1, Bacherikov Yu.1, Zhuk A.1, Selishchev A.2 1 V. Lashkaryov Institute of Semiconductors Physics NASU, 41, pr .Nauki, Kyiv, 03028, Ukraine 2 L. Pisarzhevskii Institute of Physical Chemistry NASU, 31, pr. Nauki, Kyiv, 03028, Ukraine *Corresponding author: vvnosenko@ukr.net

Crystal structure of nanoparticles is an issue of sharp (intense) interest due to the importance of

nanoobject for the development of nano-electronics, nanophotonics and nano-optoelectronics. The crystal

structure as a factor that influences all other properties of nanoparticles has been addresses many times.

However, the structure identification is a very complicated problem. The traditional methods to study the

crystal structure, such as X-ray diffraction and Raman spectroscopy encounter the difficulties caused by

low size. Especially, the broadening of X-ray reflexes can make patterns of different polytypes indistin-

guishable. Thus, the additional complementary methods are necessary to amend the well-defined tradi-

tional methods.

We report on the new possibility of crystal structure of micro- and nanoparticles characterization.

The main idea is an application of the well-developed EPR method that provides info on the local sym-

metry of the crystal field in the vicinity of a chosen defect. In the present study we have used ZnS:Cu,

ZnS:Co, ZnS:Mn powders obtained by self-propagating high-temperature synthesis and ZnS:Eu na-

nopowders synthesized from a colloidal solution by methods of joint and successive decomposition of

complexes. Manganese was present in ZnS:Cu, ZnS:Co and ZnS:Eu samples as uncontrolled impurity.

The manganese impurity in a particle forms a paramagnetic center Mn2+ that have been intensively

studied in the bulk zinc sulfide single crystals. In a cubic crystal lattice EPR spectrum of Mn2+ centers is

described by following spin-Hamiltonian parameters g = 2.0022, A = -64.510-4cm-1, b40 = 3.910-4cm-1

[1]. In the hexagonal lattice spin-Hamiltonian parameters are g = 2.0018, A = -64.910-4cm-1, b20 = -

130.910-4cm-1, b40 = 3.910-4cm-1, b4

3 = 7010-4cm-1 [2] or g = 2.0016, A = -6510-4cm-1, b20 = -10510-

НМІТФ – 2016

- 182 -

4cm-1, 3b40 – 0.1b4

3 = 7.610-4cm-1 [3]. By analyzing the spectrum one can justify the presence of either

phase and to determine their ratio. It was shown that for powder with large particles size that contains only

one zinc sulfide phase (cubic for ZnS:Cu or hexagonal for ZnS:Mn) EPR and methods easily gives infor-

mation about the crystal structure. If the investigated powder contains two phases (cubic and hexagonal as

for ZnS:Co powder), the information about the presence of a mixture of phases and their ratio is hard to

obtained by XRD data analysis, while EPR method allows immediately determine the presence of cubic

and hexagonal phases of ZnS. The detail analysis of the EPR spectrum allows determines their ratio. The

usage of EPR for cubic ZnS:Eu nanopowder allowed to reveal stacking defects, which do not revealed in

XRD spectra.

In conclusion, the EPR method was demonstrated to be powerful method for characterization of the

crystal structure of micro- and nanoparticles. It is a promising way of verification of X-ray data and,

moreover, it permits to determine the ratio of cubic and hexagonal phases of ZnS.

References

1. Electron paramagnetic resonance detection of lattice distortion in Mn2+-doped II-VI com-

pounds / R.S. Title // Phys. Rev. – -1963. – V.131. – P.2503– 2504.

2. Paramagnetic Resonance Absorption in Mn-Activated Hexagonal ZnS / S.P. Keller, I.L.

Gelles, W.V. Smith // Phys. Rev. – 1958. – V.110. – P.850– 855.

УДК 546.48’24

ОТРИМАННЯ ТА РЕГУЛЮВАННЯ СТІЙКІСТЮ

ВИСОКОДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ НА ОСНОВІ

НАПІВПРОВІДНИКОВИХ МАТЕРІАЛІВ ТИПУ АIIВVI

Борук С.Д., Дремлюженко К.С., Цалий В.З., Юрійчук І.М., *Капуш О.А. Чернівецький національний університет, м. Чернівці, Україна, boruk_s@hotmail.com

*Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова, м. Київ, Україна

Одним із найбільш енергоємних напрямів використання електричної енергії є освіт-

лення. Використання освітлювальних приладів з ККД порядку 3÷5 % за даних умов є не-

прийнятним. Отже, проблема пошуку нових високоефективних джерел випромінювання сто-

їть дуже гостро. Головною проблемою створення енергозберігаючих освітлювальних прила-

дів є розробка методів одержання монодисперсних мікро- та нанорозмірних систем стабіль-

них в умовах експлуатації. Саме розмір частинок дисперсної фази, запобігання їх агрегації

при одержанні світлорозсіюючих плівок визначає інтенсивність випромінювання та інші ха-

рактеристики оптичних приладів.

Проведені дослідження показали, що введення фосфоро- та тіовмісних стабілізаторів

у високодисперсні системи на основі кадмій телуриду в неорганічних (вода) й органічних

(етанол, ізопропанол, бутанол, ізобутанол, пентанол, ізопентанол, гептанол, нонанол) роз-

чинниках призводить до зміни їх характеристик за рахунок утворення адсорбційного шару на

поверхні частинок дисперсної фази CdTe. Щільність адсорбційного шару стабілізаторів і йо-

го структура визначаються характером взаємодії адсорбат (стабілізатор) – адсорбент (CdTe)

та енергією адгезійної взаємодії у системі розчинник – адсорбент (CdTе). Адсорбція фосфо-

ровмісних стабілізаторів на поверхні мікрокристалів CdTe має зворотний характер, тобто це

фізична адсорбція. Ізотерми описуються рівнянням Ленгмюра, що свідчить про мономолеку-

лярний характер адсорбції. Адсорбція ТГК із різних середовищ на поверхні мікрокристаліч-

ного CdTe описується ізотермами різної форми. У всіх випадках ізотерми виходять із почат-

ку координат, але після модифікації систем на основі води, метанолу, етанолу, а також більш

високомолекулярних алілового, ізоамілового, гептилового та нонілового спиртів ізотерми

мають S-подібну форму. Виявлено, що найбільш інтенсивно адсорбція стабілізаторів на МК

НМІТФ – 2016

- 183 -

CdTe відбувається тоді, коли розчинник добре змочує поверхню частинок кадмій телуриду.

Збільшення молекулярної маси молекул розчинника та кількості функціональних груп у мо-

лекулі призводить до того, що під час формування адсорбційного шару його молекули успі-

шно конкурують із молекулами стабілізаторів при фіксації на поверхні CdTe.

Введення у дисперсії CdTe призводить до незначного збільшення заряду частинок, а

ГЕДФК – до його зменшення. В органічних розчинниках фосфоровмісні стабілізатори менш

впливають на значення електрокінетичного потенціалу, ніж і водних системах. Застосування

ТГК у водних та спиртових середовищах призводить до незначного, але стійкого збільшення

значень електрокінетичного потенціалу частинок CdTe за рахунок диспергуючої дії ТГК та

формування адсорбційного шару молекул, які містять функціональні групи з великим сту-

пенем дисоціації.

Зміна значень електрокінетичного заряду частинок кадмій телуриду суттєво змінює

агрегативну та седиментаційну стійкість утворених систем. Застосування тіогліколевої кис-

лоти у всьому діапазоні досліджуваних концентрацій (0,01÷0,1 кг/м3) призводить до збіль-

шення седиментаційної стійкості дисперсних систем кадмій телуриду, сформованих за вико-

ристання як дисперсійного середовища усього ряду досліджуваних розчинників.

Наявність функціонального зв’язку між параметрами (ступінь заповнення адсорбцій-

ного шару, електрокінетичний потенціал, седиментаційна стійкість), що характеризують ви-

сокодисперсні системи кадмій телуриду, дозволила вивести «рівняння стану» для високоди-

сперсних систем на їх основі, що дозволяє цілеспрямовано змінювати властивості таких сис-

тем.

УДК 546.48’711’24

ЗАЛЕЖНІСТЬ ДЕФЕКТНОСТІ ПОВЕРХНЕВОГО ШАРУ ВІД РІЗНИХ

СПОСОБІВ ОБРОБКИ CdMnTe:In

Фочук П.М., Дремлюженко С.Г., Захарук З.І.

Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, sgdrem@mail.ru

Абразивна обробка поверхні напівпровідника залишає порушений шар, який утворюється

У результаті ударної дії зерен абразиву на поверхню. Порушений шар істотно впливає на елек-

тричні характеристики готових напівпровідникових приладів. Тому постає необхідність звести

його до мінімуму. Величина і ступінь дефектності залежить від характеру обробки поверхні та ве-

личини зерна абразивного матеріалу.

Нами були проведені дослідження величини дефектності порушеного шару в залежності

від способу обробки на пластинах Cd1-xMnxTe:Іn (0,15>х>0,02) після різки, шліфовки, механічної

поліровки, хіміко-механічної поліровки. Дослідження проводилося комбінованим методом із за-

стосуванням рентгенівського двохкристального спектрометра (ДКС) та методом електронної

ОЖЕ-спектроскопії (ЕОС).

Контроль товщини порушеного шару проводився по зміні напівширини кривих гойдання.

Після обробки поверхні абразивами за допомогою поліруючого травника (CH3OH + 5% Br2) здійс-

нювали поетапне видалення порушеного шару, товщину якого контролювали тривалістю травлен-

ня і вимірювали за допомогою мікрометричного індикатора з точністю 1мкм, а також гравімет-

ричним способом з точністю – 0,0001г. Була встановлена залежність зміни товщини порушеного

шару кристала (F) від величини зерна абразиву (d), яка виражається наступним виразом F=kd, де

k=2,2. Склад поверхні зразків вивчали також методам Оже-електронної спектроскопії. Стехіо-

метрія поверхневого шару після всіх методів обробки незначно зміщена в сторону збагачення еле-

ментарним телуром. У оже-спектрах окрім переходів основних компонентів, присутні піки ін-

тенсивності оже-сигналу вуглецю і кисню, а також складової травника (брому), у випадку поліру-

НМІТФ – 2016

- 184 -

ючого травлення бромметанольним травником. Мінімальна глибина порушеного шару ( 1 мкм)

була одержана після ХМП лужним розчином аеросилу при оптимальних режимах полірування. В

результаті проведених експериментів встановлено, що ХМП в травнику, що містить луг, ко-

лоїдний кремнезем і перекис водню дозволяє одержати дзеркальну поверхню з мінімальним

порушенням стехіометрії. Динамічний режим ХМП приводить до рівномірного розподілу ре-

агентів і продуктів реакції в об'ємі розчину, створюючи тим самим оптимальні умови для

поліруючого ефекту, який виконує функції абразиву і комплексоутворювача. Наявність на по-

верхні модифікованого аеросилу адсорбційноактивних груп – ОН і – NH2, сприяє видаленню

продуктів розчинення із зони реакції, унаслідок чого зменшується товщина дифузного шару і

створюються сприятливі умови для отримання високоякісної поверхні підкладок Cd1-xMnxTe.

Швидкість ХМП залежить від попередньої підготовки поверхні, складу композицій (від концен-

трації лугу і H2O2), технологічних режимів.

УДК 546.683’492’15

ВЗАЄМОДІЯ Tl4HgI6 З ПОЛІРУЮЧИМИ РОЗЧИНАМИ

Дремлюженко С.Г., Фочук П.М.,

Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, М. Коцюбинського, 2,

м.Чернівці, 58012, sgdrem@mail.ru

Інтерес до сполук Tl4HgI6 зумовлений можливістю їх використання в ІЧ-оптиці, так

як вони прозорі в дальній частині спектра ІЧ-області, а також в акустооптичних пристроях

На даний час недостатньо досліджено взаємодію такого роду матеріалів з травильними композиці-

ями. Хімічне травлення є одним із основних процесів, що використовуються при виробництві на-

півпровідникових приладів. Вибір окисного агента визначається характером хімічного зв'язку кон-

кретного напівпровідника, його здатністю утворювати легко розчинні окисні і комплексні сполу-

ки.

Співвідношення між вмістом окислювача і розчинника в травнику вибиралось таким чи-

ном, щоб у цілому процес травлення напівпровідника протікав зі значним впливом дифузії (дифу-

зійний або змішаний механізм розчинення). У цьому випадку, як показує практика використання

більшості поліруючих складів, забезпечується хімічне полірування нерівностей поверхні напівп-

ровідника. Нами було проаналізовано всі відомі склади поліруючих травників, які використову-

ються для вже відомих напівпровідникових сполук та твердих розчинів. Використання травників,

до складу яких входять кислоти, не призводить до полірувального ефекту. Так при обробці зразків

в бромметанольному травнику травлення відбувається, але не спостерігається поліруючий ефект,

на поверхні утворюється мілкодисперсний жовто-червонуватий осад. Такий характер травлення

пояснюється хімічними властивостями складових компонентів. Осад у вигляді тонкого шару може

бути сумішшю йодидів і бромідів талію та ртуті. У випадку травлення розчином брому в бромис-

то-водневій кислоті поверхня покривається яскраво червоним осадом. Щодо характеру травлення,

то метанольний розчин працює більш м’яко і не є хорошим розчинником для галогенідів, які утво-

рюються в процесі реакції травлення, на відміну від бромисто-водневої кислоти. Досить важливе

значення при травленні даного типу кристалів має механічна обробка зразків. При травленні ви-

являються внутрішні дефекти і тріщини в середині кристалу, які добре спостерігаються в оптич-

ний мікроскоп. Якщо проводити процес хімічної обробки таким чином, що вихідна напівпровід-

никова підкладка буде перебувати в статичному (нерухомому) стані, то процес розчинення напів-

провідникового матеріалу буде проходити нерівномірно по всій поверхні підкладки. Це поясню-

ється різною концентрацією травильного розчину на різних ділянках поверхні, нерівномірним ви-

діленням теплоти на нерівностях поверхні підкладки, нерівномірним підведенням травника до різ-

них ділянок підкладки. Для усунення цих небажаних ефектів нами було застосовано хіміко-

НМІТФ – 2016

- 185 -

механічну обробку напівпровідникових підкладок. Для цього було обрано лужний розчин гексаці-

аноферату калію, а також пірогенний мілкодисперсний аеросил. Застосування хіміко-механічної

поліровки композиціями колоїдного кремнезему забезпечує значно кращу підготовку поверхні

Tl4HgI6 в порівнянні з механічною. Поверхня не має подряпин, «алмазного фону», рельєфу та ін-

ших дефектів.

УДК: 539.16.04

БЕЗАКТИВАЦИОННАЯ РЕКОМБИНАЦИЯ РАДИАЦИОННЫХ

ДЕФЕКТОВ В ДЕТЕКТОРНОМ CdTe

Беляев С.В., Гнатюк В.А., Левицкий С.Н.

Институт физики полупроводников им. В.Е. Лашкарёва НАН Украины

проспект Науки, 41, Киев, Украина, 03028, тел. 525-84-37, e-mail: belyaev-s@ukr.net

Для стабильной работы детекторов ионизирующего излучения на основе монокристал-

лического CdTe необходимо обеспечение повышенной радиационной стойкости исходного по-

лупроводникового материала. Неизменность физических характеристик используемых моно-

кристаллов CdTe возможна при максимальной скорости безактивационной рекомбинации ради-

ационных дефектов. Элементарным радиационным дефектом является пара Френкеля - атом в

междоузлии и вакансия. Известно [1], что в чистых кристаллах вблизи каждой вакансии суще-

ствует область названная зоной неустойчивости, в пределах которой междоузельный атом безак-

тивационно, при сколь угодно низкой температуре рекомбинирует со своей вакансией за время

не превышающее 10-10 сек. Характерные размеры зоны неустойчивости определяются потенциа-

лом взаимодействия дефектов и в неметаллических кристаллах составляют 25 -30 Å (8-9 атом-

ных диаметров). Поскольку значения энергии миграции междоузельных атомов составляют ве-

личины порядка 6÷8×10-2 эВ, а энергии миграции вакансий – порядка 1 эВ (или больше), то ва-

кансии можно (в первом приближении) считать неподвижными, а подвижными являются только

междоузельные атомы (междоузельники) в окрестности вакансий. В реальных кристаллах CdTe,

выращенных из расплава, фоновое загрязнения находится на уровне не ниже 5×1016 см-3. Нали-

чие неконтролируемого загрязнения чужеродными атомами, находящимися в зоне неустойчиво-

сти, сопровождается снижением подвижности собственных междоузельников. Во-вторых, при-

сутствие чужеродных междоузельных атомов в указанной зоне приводит к конкуренции захвата

вакансией решетки не только собственных, но и примесных атомов, что вызывает смещение

электронно-дырочного равновесия. Кроме того, наличие неконтролируемых примесных доноров

и акцепторов в решетке кристалла приводит к образованию неподвижных донорно-акцепторных

пар, стабилизирующих дефекты радиационного происхождения. Следует отметить, что домини-

рующие вакансии акцепторного типа в катионной подрешетке CdTe могут создавать сложные

комплексы с фоновыми примесными донорами, в результате чего способность неподвижной ва-

кансией захвата междоузельных атомов снижается.

Список використаної літератури

1. Радиационно-стойкие кристаллические фазы / В.М. Кошкин, и др. // V Всесоюзная

конференция «Тройные полупроводники и их применение». – Ивано-Франковск, 1987. – Т. 1. –

С. 68– 69.

НМІТФ – 2016

- 186 -

УДК 535.016, 535.215

STRUCTURAL CHANGES UNDER THE INFLUENCE OF E-BEAM

IRRADIATION IN PERSPECTIVE (Ag3AsS3)0.9(As2S3)0.1 THIN FILMS

Neymet Yu.Yu. 1, Studenyak I.P. 1, Molnar Z.R. 1, Daróci L. 2, Cserháti C.2, Kökényesi S. 3 1 Department of Applied Physics, Faculty of Physics, Uzhhorod National University, 3 Narodna

Sq., 88000 Uzhhorod, Ukraine, E-mail: yuriy.neymet@uzhnu.edu.ua 2 Department of Experimental Physics, Faculty of Science and Technology, University of Debrecen,

18/a Bem Sq., 4026 Debrecen, Hungary, E-mail: cserhati.csaba@science.unideb.hu 3 Electrical Engineering Department, Faculty of Science and Technology, University of Debrecen,

18/a Bem Sq., 4026 Debrecen, Hungary, E-mail: kiki@science.unideb.hu

Among silver-containing chalcogenides Ag–As–S ternary system is considered to be suita-

ble for optical recording, electrochemical sensing, as photoresistive materials, at the same time has

interesting photo-induced properties. Recently we report about photo-induced transformations in

thermally evaporated and pulse laser deposited (Ag3AsS3)0.6(As2S3)0.4 thin films [1]. The present

thin film with the composition (Ag3AsS3)0.9(As2S3)0.1 is the most interesting from the sensitivity

point of view from the whole range of compositions in the Ag3AsS3 - As2S3 phase system, as far as

it has the largest silver content, thus being the most sensitive both for e-beam illumination.

Synthesis of the initial (Ag3AsS3)0.9(As2S3)0.1 bulk composite was carried out at 700°C tem-

perature during 24 h with following melt homogenization during 72 h. (Ag3AsS3)0.9(As2S3)0.1 thin

films with thickness 1500 nm were prepared by a rapid thermal evaporation at near 1350ºC in vacu-

um onto quartz substrates at room temperature. Structural properties of the given thin films were

studied using SEM and AFM. Optical transmission spectra were recorded using grating mono-

chromator. Electron-beam (EB) in SEM with accelerated voltage U=20 kV and electronic current

Ie=5 µA was used to irradiate the samples.

The (Ag3AsS3)0.9(As2S3)0.1 thin film responds very strongly to e-beam treatment. White

spots, which are well seen at the surface of the as-deposited film, disappear after e-beam scanning.

Irradiation of the (Ag3AsS3)0.9(As2S3)0.1 thin film using e-beam causes lifting of the surface. E-beam

scanning of 10×20 µm2 surface areas, as well as scanning along the line, in some way induces Ag

separation, resulting in appearance of Ag clusters at the surface of the film. Flakes start to appear at

the surface of EB scanned squares after 5 min of EB irradiation. Until this time the only surface lift

up can be seen. One can also observe a formation of ridges due to e-beam scanning along the line.

Increase of silver content during continuous e-beam illumination was confirmed by EDX.

Conclusions. It is shown that thermally evaporated (Ag3AsS3)0.9(As2S3)0.1 thin films with

high concentration of silver exhibit strong sensitivity to e-beam illumination. E-beam irradiation

causes formation of flakes, bubbles on the surface of the films. The above mentioned effects could

be probably used in all-optical switches, other optoelectonical or optomechanical devices, or for

information storage.

Reference

1. Neimet Yu.Yu.,. Studenyak I.P, Buchuk M.Yu., Bogdán R., Kökényesi S., Daróci L., and

Nemec P. Photo-induced effects in (Ag3AsS3)0.6(As2S3)0.4 thin films and multilayers with gold nano-

particles // Semiconductor physics, quantum electronics and optoelectronics. – 2015. – V.18. – P.

385– 390.

НМІТФ – 2016

- 187 -

УДК 535.3

ВИРОЩУВАННЯ ТА СТРУКТУРНІ ПАРАМЕТРИ КРИСТАЛІВ

Ag7GeS5I

Погодін А.І. 1, Кохан О.П. 1, Соломон А.М. 2, Ізай В.Ю. 1, Студеняк І.П. 1 1Ужгородський національний університет, пл. Народна 3, 88000 Ужгород

E-mail: studenyak@dr.com 2Інститут електронної фізики НАН України, вул. Університетська 21, 88000 Ужгород

E-mail: asol952@gmail.com

Суперіонні провідники Ag7GeS5I характеризуються кубічною симетрією mF 34 та ви-

сокою іонною провідністю (електропровідність рівна 298 =2.7710-2 См/см, причому елект-

ронна складова провідності складає е1.6510-12 См/см). Структурні дослідження показали,

що атоми Ag при кімнатній температурі розупорядковано розподіляються серед шести крис-

талографічних позицій, приймаючи при цьому низьку координацію (4 або 3).

Синтез Ag7GeS5I для одержання монокристалів проводили з елементарних компонен-

тів срібла, германію, сірки та попередньо синтезованого AgI, додатково очищеного методом

спрямованої кристалізації з розплаву у вакуумованих до 0.13 Па кварцових ампулах. Режим

синтезу включав у себе ступінчатий нагрів з швидкістю 100 К/год до 673 К (витримка 24

год), подальше підвищення температури до 1273К (50 К/год) та витримка при цій температу-

рі протягом 72 год. Охолодження здійснювали в режимі виключеної печі.

З метою одержання якісних однорідних за складом монокристалів Ag7GeS5I вирощу-

вання проводили кристалізацією з розплаву у двохзонній трубчатій печі опору (температура

зони розплаву 1273 К, зони відпалу – 873 К) з використанням кварцового контейнера спеціа-

льної конфігурації. З метою гомогенізації розплаву проводилась 24 годинна витримка ампу-

ли у гарячій зоні. Вирощування монокристалу включає в себе формування зародку в нижній

конусоподібній частині контейнера методом збірної рекристалізації протягом 48 год. Опти-

мальна швидкість переміщення фронту кристалізації складала 0.4 – 0.5 мм/год, температура

відпалу 873 К (72 год), швидкість охолодження до кімнатної температури 5 К/год. В резуль-

таті одержані монокристали Ag7GeS5I темно-сірого кольору з металевим блиском (рис.1а).

а) б)

Рис. 1 – Загальний вигляд (а) та мікроструктура (350х)(б) монокристалу Ag7GeS5I.

Однофазність одержаних монокристалів доведено за допомогою рентгенівського фа-

зового та мікроструктурного аналізів (рис.1б). Результати РФА показують, що сполука

Ag7GeS5I кристалізується у кубічній сингонії, просторова група mF 34 , а=10.6718(6) Å, Z=4.

Висновки. У даній роботі проведено синтез та вирощування монокристалів Ag7GeS5I

кристалізацією з розплаву, а також їх структурні дослідження за допомогою рентгенофазово-

го та мікроструктурного аналізів.

НМІТФ – 2016

- 188 -

УДК 535.3

OPTICAL ABSORPTION EDGE AND REFRACTIVE INDEX

DISPERSION OF Cu6PS5I-BASED THIN FILMS DEPOSITED BY

MAGNETRON SPUTTERING

Studenyak I.P. 1, Rybak S.O. 1, Bendak A.V. 1, Izai V.Yu. 1, Kúš P. 2, Mikula M. 2

1Department of Applied Physics, Faculty of Physics, Uzhhorod National University, 3 Narodna Sq.,

88000 Uzhhorod, Ukraine, E-mail: studenyak@dr.com 2Department of Experimental Physics, Faculty of Mathematics, Physics and Informatics, Comenius

University, Mlynska dolina, 84248 Bratislava, Slovakia, E-mail: kus@fmph.uniba.sk

Cu6PS5I superionic conductors belong to the argyrodite family, and are characterized by

high ionic conductivity and due to this they are prospective materials for creating renewable energy

sources, electrochemical and optical sensors [1]. Optical absorption spectra and refractive index

dispersion for Cu6PS5I crystals were studied in papers [2, 3]. It is shown [2] that the Urbach behav-

ior of absorption edge is caused by exciton-phonon interaction and its additional smearing is caused

by the temperature-related and structural disordering; the latter in superionic conductors consists

from static and dynamic components. However, the investigations of optical properties of Cu6PS5I

thin films only begins. It should be noted that the thin films based on superionic conductors can be

applied to the production of supercapacitors of new generation.

The present study is focused on the deposition of Cu6PS5I-based thin films by non-reactive

radio frequency magnetron sputtering, temperature studies of optical absorption edge and refractive

index dispersion.

For Cu6PS5I-based thin films we used the co-deposition technique from two tilted magne-

trons – one equipped with Cu6PS5I target (pressed powder) and second with pure Cu target. The

deposition was carried out at room temperature in Ar atmosphere.

Structural properties of the thin films under investigation were studied using SEM (Hitachi

S-4300). Energy-dispersive X-ray spectroscopy was used to ensure the thin films chemical compo-

sition. It is shown that thin films in interval from Cu6.31P1.10S4.68I0.91 to Cu7.20P0.83S4.14I0.83 are en-

riched by copper and phophorous (at low concentrations of Cu) atoms, and deficient in phosphorous

(at high concentrations of Cu), sulphur and halogen atoms, besides with copper content increase the

content of phosphorous, sulphur and halogen decrease.

Optical transmission spectra of Cu6PS5I-based thin films were studied in the interval of tem-

peratures 77–300 K by an MDR-3 grating monochromator, UTREX cryostat was used for low-

temperature studies. Spectral dependences of absorption coefficient and dispersion dependences of

refractive index of thin films were calculated on their basis. Optical studies have shown that with

Cu content increase, a red shift of the optical transmission spectra as well as the absorption edge

spectra is observed. Temperature variations of optical transmission in Cu6PS5I-based thin films are

similar for all investigated samples, but we will illustrate it for Cu6.35P1.12S4.57I0.95 thin film. With

temperature increase, a red shift of both the short-wavelength part of the transmission spectrum and

the interferential maxima is observed. Besides, a typical decrease of transmission in the

interferential maxima with temperature is revealed.

It is shown that the optical absorption edge spectra in the range of their exponential

behaviour in Cu6.35P1.12S4.57I0.95 thin film are described by the Urbach rule (Fig. 1a). The

temperature behaviour of the Urbach absorption edge in Cu6.35P1.12S4.57I0.95 thin film is explained by

electron-phonon interaction (EPI) which is strong in the film under investigation. The EPI parame-

НМІТФ – 2016

- 189 -

ters are obtained from the temperature dependence of absorption edge steepness parameter (Fig.1a)

using the Mahr formula.

а) b)

Fig. 1 − a) Spectral dependences of the absorption coefficient of Cu6.35P1.12S4.57I0.95 thin film at var-

ious temperatures: (1) 77, (2) 150, (3) 200, (4) 250 and (5) 300 K. The inset shows the temperature de-

pendence of the steepness parameter ; b) Refractive index dispersions of Cu6.35P1.12S4.57I0.95 thin film at

various temperatures: (1) 77, (2) 150, (3) 200, (4) 250 and (5) 300 K. The inset shows the temperature de-

pendence of refractive index.

An essential characteristic of the absorption edge spectra of the thin films under investigation is a

lengthy Urbach tail which results in the high values of Urbach energy UE . It is shown that temperature

and structural disordering affect Urbach absorption edge shape. The contribution of static structural disor-

dering into the film Urbach energy equals 95%. Static structural disordering in Cu6.35P1.12S4.57I0.95 thin film

may be additionally increase due to (1) the absence of long-range order in the atomic arrangement and

chemical bond breakdown; (2) lower density of the atomic structure packing due to the presence of pores;

(3) the transition from the three-dimensional bulk structure to the two-dimensional planar structure.

The dispersion dependences of the refractive index for the Cu6.35P1.12S4.57I0.95 thin film were ob-

tained from the interference transmission spectra (Fig. 1b). The slight dispersion of the refractive index is

observed in the transparency region while it increases when approaching to the optical absorption edge

region. With temperature increase the nonlinear increase of refractive index in Cu6.35P1.12S4.57I0.95 thin film

is revealed. Conclusions. Cu6PS5I-based thin films are deposited onto silicate glass substrates by non-reactive

radio frequency magnetron sputtering. With Cu content increase, a red shift of the optical transmission

spectra are observed. The spectral dependences of the absorption coefficient and dispersion dependences

of the refractive index are derived from the spectrometric studies of interference transmission spectra. A

typical Urbach bundle is observed, the temperature behaviour of the Urbach absorption edge in

Cu6.35P1.12S4.57I0.95 thin film is explained by strong electron-phonon interaction. The influence of different

type of disordering on the Urbach tail for Cu6.35P1.12S4.57I0.95 thin film is studied.

References

1. Kuhs W.F., Nitsche R., and Scheunemann K. Vapour growth and lattice data of new

compounds with icosahedral structure of the type Cu6PS5Hal (Hal= Cl, Br, I) // Mat. Res. Bull. –

1976. – V. 11. – P. 1115– 1124.

2. Studenyak I.P., Kranjčec M., Kovacs Gy.Sh., Panko V.V., Desnica D.I., Slivka A.G., and

Guranich P.P. The effect of temperature and pressure on the optical absorption edge in Cu6PS5X (X

= Cl, Br, I) crystals // J. Phys. Chem. Solids. – 1999. – V. 60. – P. 1897–1904.

3. Kovacs Gy.Sh., Borets A.N., Studenyak I.P., Panko V.V., and Rosola I.I.. Optic-

refractometric relation and refraction index dispersion in Cu6PS5Hal crystals // Ukr. Fiz. Zhurnal.

– 1986. – V. 31. – P. 1201–1204.

НМІТФ – 2016

- 190 -

УДК 621.315 : 535.215

ОТРИМАННЯ І ЛАЗЕРНА МОДИФІКАЦІЯ ТОНКОПЛІВКОВИХ

ГЕТЕРОПЕРЕХОДІВ CdSb-In4Se3 ТА CdSb-CdTe

Клето Г.І., Стребежев В.В., Обедзинський Ю.К., Юрійчук І.М., Гарькуша Д.В.

Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, вул. Коцюбинського, 2,

58012, м. Чернівці, Україна, e-mail: streb@ukr.net

Останнім часом у зв’язку з потребами мікро- та нанотехнології активно вивчаються гете-

ропереходи зі значною невідповідністю кристалічних граток матеріалів підкладки та нарощеної

тонкої плівки, в тому числі сполук груп А2В5, А3В6 та А2В6 [1-2]. Процеси так званої ван-дер-

ваальсівської епітаксіі спрямовані на отримання гетероструктур з великою відмінністю параметрів

кристалічної гратки. Це розширює коло гетеропереходів для розробки нових ефективних приладів

з використанням тонких плівок: сенсорів, пристроїв охоронної сигналізації, телекомунікаційного

зв’язку, фотодетекторів тощо [3].

У даній роботі методом високочастотного катодного розпилювання вперше було отримано

ряд тонкоплівкових (плівка – CdSb) гетеропереходів типу CdSb-Cd1-хMnхTe та CdSb-In4(Se3)1-хТe3х.

Сполука CdSb має різко різні парціальні тиски пари компонентів і розкладається при напилюванні

у вакуумі. Тому важливим є встановлення технологічних режимів ВЧ-катодного розпилювання,

які забезпечують отримання тонких плівок CdSb стехіометричного складу.

Концентрація носіїв у нелегованому кристалі CdSb, який використовувався як катод-

мішень, складала (2-7)1015 см-3 при 77 К. В камеру подавався аргон, тиск якого встановлювався в

межах 3-5 Па. До катоду підводився ВЧ-сигнал з частотою 1,75 МГц. Напилювання тонких плівок

CdSb здійснювали при ВЧ-потужності 10-30 Вт, температурах підкладки 70º-150º С, зі швидкістю

осадження 2-5 Å/c. Товщина плівок CdSb складала 0,8-1,3 мкм.

Для отримання плівкових гетеропереходів CdSb-In4(Se3)1-хТe3х як підкладки застосовували-

ся монокристали In4Se3 та In4(Se3)1-хТe3х (x=0,06-0,08), які були вирощені методом Чохральського

із застосуванням ефекту Пельтьє. Підкладки товщиною 0,4-0,6 мм виготовлялися шляхом сколю-

вання цих шаруватих кристалів по площині спайності (100). Для отримання плівкових гетеропере-

ходів CdSb-Cd1-хMnхTe методом Бріджмена були вирощені монокристали CdTe і Cd1-xMnxTe

(х=0,15; 0,25). Підкладки кристалів полірувалися механічно та у хімічних травниках. Структура

отриманих у різних технологічних режимах плівок CdSb досліджувалася методами АFМ на уста-

новці NТ-206, а також методом SЕМ і електронно-зондового мікроаналізу на мікроскопі Zeiss

EVO 50. З метою модифікації та покращення структурно-фазового стану тонких плівок CdSb, на-

несених на різні кристалічні підкладки, проводилася їх лазерна обробка (ЛО). З цією метою був

застосований мілісекундний (1,5 мс) YAG-лазер з довжиною хвилі 1,06 мкм в режимі одиничних

імпульсів з густиною енергії 0,1-4,5 Дж/см2.

Як було виявлено дослідженнями в SЕМ, плівки CdSb, напилені на підкладки In4Se3 та

In4(Se3)0,94(Te3)0,06, володіли полікристалічною зернистою структурою (рис.1, а). Після опромінення

поверхні плівки розфокусованим випромінюванням лазера з густиною енергії імпульсу 0,4

Дж/см2, спостерігалося зростання розмірів зерен до величини 500-600 нм та утворення більш су-

цільної та щільної структури. Структурно-фазові трансформації у твердому стані у плівці CdSb

активізуються дією полів термопружних напружень, поява яких обумовлена великими градієнта-

ми температури у зоні лазерного впливу. Цьому сприяє низька теплопровідність CdSb (1,1-1,2·10-2

Вт/см·К).

Електронно-зондовим мікроаналізом встановлено, що після лазерної обробки з оптималь-

ною густиною енергії 0,38-0,4 Дж/см2 розподіл і співвідношення компонентів Сd i Sb у плівці від-

повідають стехіометричному складу стабільної сполуки CdSb. Включень метастабільних фаз

Cd3Sb2 та Cd4Sb3 не виявлено. Активізація дією лазерного випромінювання перетворень метас-

табільних фаз у стабільну CdSb сприяє отриманню однорідних плівок. Аналогічні структурно-

НМІТФ – 2016

- 191 -

фазові перетворення у плівках CdSb вивчалися у випадку отримання гетеропереходів на підкла-

дках з кристалів групи А2В6 та їх твердих розчинів. Стрибкоподібні процеси зростання зерен у

плівках CdSb при критичних значеннях густини енергії лазерного випромінювання 0,4-0,5

Дж/см2 були виявлені методом AFM (рис.1, б). Нерівномірність розподілу енергії пучка лазера

по площі при його розфокусуванні обумовлює деякі відмінності зміни морфології плівок та фо-

рми і розмірів зерен на різних підкладках. Але у всіх випадках спостерігається зростання вели-

чини зерен у твердій фазі приблизно у 2-2,5 разів при критичних значеннях густини енергії лазе-

рного випромінювання порядку 0,4- 0,5 Дж/см2.

Рис.1. Структура тонких плівок CdSb: а) SЕM-зображення плівки CdSb без ЛО на під-

кладці з In4(Se3)0,94(Te3)0,06; б) AFM-зображення плівки CdSb на підкладці з Cd0,8Zn0,2Te після

ЛО з густиною енергії 0,55 Дж/см2

Проте при збільшенні густини енергії лазера до значень більших за 0,75 Дж/см2 проявля-

ються процеси руйнування та плавлення плівки CdSb. Рекристалізація плівок в такому випадку

обумовлює утворення дефектної дрібнокристалічної структури (розмір зерен є меншими за 150

нм). Варто зауважити, що при збільшенні густини енергії лазера до значень більших за 2 Дж/см2

відбувається також проплавка приповерхневого шару кристалів-підкладок In4Se3 та In4(Se3)1-хТe3х.

До того ж спостерігається дисоціація плівки CdSb на Cd і Sb з випаровуванням Cd з поверхні,

утворення суміші обох матеріалів, генерація систем структурних дефектів.

Висновки. Методом високочастотного катодного розпилювання вперше було отримано

ряд тонкоплівкових гетеропереходів типу CdSb-In4(Se3)1-хТe3х та CdSb-Cd1-хMnхTe, а також прове-

дена лазерна модифікація структурно-фазового стану плівок CdSb. Після лазерної обробки з опти-

мальною густиною енергії ~0,4 Дж/см2 розподіл і співвідношення компонентів Сd i Sb у плівці

CdSb відповідають стехіометричному складу стабільної сполуки CdSb. Виявлено зростання вели-

чини зерен у плівці CdSb у твердій фазі у 2-2,5 разів при критичних значеннях густини енергії ла-

зерного випромінювання порядку 0,4-0,5 Дж/см2 та загальне покращення структури. Але при збі-

льшенні густини енергії лазера до значень густини енергії більших за 0,75 Дж/см2 проявляються

процеси руйнування та плавлення плівки CdSb. Рекристалізація плівок при цьому обумовлює

утворення дефектної дрібнокристалічної структури.

Список використаної літератури

1. Kashiwaba Y., Abe H., Ikeda T. Selective migration of Cd in amorphous Cd-Sb films //

Jpn. J. Appl. Phys. – 1996. – Vol.35, 7. – P.3825-3829.

2. Moriyama M., Kunisu M., Kiyamu A. Microstructural Analysis of CdTe Radiation

Detectors with Indium Electrodes // Materials Transactions. – 2005. – V.46, 9. – P.1991-1995.

3. Gritsyuk B.M., Galochkin O.V., Rarenko A.I., Strebezhev V.N. IR-photodetectors on

CdSb, In4Se3, In4Te3-epitaxial barrier structures // Proceedings of the SPIE.–2003.–V.5065.–

Р.139-145.

а

б

НМІТФ – 2016

- 192 -

УДК 535.421;621.793/.794

ДОСЛІДЖЕННЯ ОСОБЛИВОСТЕЙ ФОТО-СТИМУЛЬОВАНИХ

ПЕРЕТВОРЕНЬ В ШАРАХ ХАЛЬКОГЕНІДІВ ГЕРМАНІЮ

Минько В.І. , Індутний І.З. , Данько В.А. , Луканюк М.В. , Шепелявий П.Є. , Свєженцова

К.В.

Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України

e-mail: danko-va@ukr.net

До останнього часу застосування халькогенідних скловидних напівпровідників (ХСН)

в якості фоторезистів базувалось на нереверсивних фотоструктурних перетвореннях в

термічно осаджених плівках халькогенідних стекол (ХС) на основі миш‘яку. Нещодавно

відкриті явища фототравлення та, так званого, позитивного травлення, що базуються,

відповідно, на перехідних та реверсивних перетвореннях в відпалених плівках ХСН /1/, доз-

волили залучити до використання в якості фоторезистів і ХС на основі германію, які мають

значні переваги над миш‘яковмісними з екологічних міркувань.

В даному повідомленні будуть представлені результати дослідження виконання за-

кону взаємозамінності в шарах халькогенідних сполук GeSe3 та GeSe2 при їх експонуван-

ні сфокусованим лазерним випромінюванням. Для цього було створено умови опромінен-

ня зразка світлом різної інтенсивності I при збереженні експозиції H постійною: H = I t =

const, де t – час експонування. Час експонування змінювали від 8 мс до 250 мс за допомо-

гою затвора фотоапарата, а інтенсивність падаючого променя - введенням каліброваних

скляних сірих світлофільтрів. Опромінення здійснювалось випромінюванням аргонового

іонного лазера ЛГН – 503 ( λ = 476,5 нм) з інтенсивністю I0 =18,5 мВт/cм2 (вимірювання I0

проведено дозиметром ДАУ – 81). Фокусування променя здійснювали за допомогою

мікрооб‘єктива з фокусною відстанню ƒ= 24 мм. Діаметр опроміненої ділянки зразка в фо-

кусі мікрооб‘єктива (перетяжка) розрахований за співвідношенням d = ƒθ, де θ - кут

розбіжності лазерного променя. Оскільки, для лазера ЛГН – 503 θ = 1,5 мрад, то d = 36

мкм. Відповідно, площа опроміненої ділянки складає S = 10-5 см2, а максимальна інтен-

сивність падаючого на зразок сфокусованого променя дорівнює I = 1,85 ×103 Вт/см2.

Зразки для досліджень готували шляхом термічного осадження на скляну

підкладку адгезивного шару Cr товщиною 30 нм та шару GeSe3 або GeSe2 товщиною

400 нм. Далі структури були термічно відпалені в атмосферних умовах при температу-

рах близьких до Тg для кожного скла протягом 1 год.

Для експонування шарів імпульсами лазерного випромінювання була змонтована оп-

тична схема, що забезпечує розташування та переміщення зразків у фокальній площині

мікрооб’єктива перпендикулярно до напряму падіння променя. Також в схемі передба-

чена можливість контрольовано змінювати час опромінення та інтенсивність падаючого

променя.

Завдання експерименту полягало у визначенні залежності фото-стимульованих

змін в халькогенідному шарі від інтенсивності опромінення при збереженні постійною

величини експозиції. Величина фотоструктурних перетворень оцінювалась по швидкості

протравлювання експонованих ділянок зразка під час післяекспозиційної хімічної обробки.

При вказаній максимальній інтенсивності I = 1,85 ×103 Вт/см2 час опромінення склав

8 мс, тобто величина експозиції дорівнює H = 14,8 Дж/см2. Після опромінення першої

ділянки зразок переміщували відносно променя і наступну ділянку експонували близько 16

мс із відповідним зменшенням інтенсивності променя. Таким чином проекспоновано по

6 ділянок для обох складів халькогенідних шарів (максимальний час 250 мс). Після за-

вершення експонування зразки протравили в безводному розчині пропіламіну при

НМІТФ – 2016

- 193 -

температурі 25оС протягом 12 хв, а потім відмили в суміші дистильованої води з

ацетоном та просушили стиснутим повітрям.

Дослідження отриманих після протравлювання структур проведено з використанням

мікроінтерферометра МИИ – 1, причому перед цим зразки попередньо покривались відби-

ваючим шаром Al товщиною близько 80 нм. В результаті фото-стимульованих перетво-

рень та рідинного травлення на поверхні шарів в місцях опромінення утворились лун-

ки, морфологічні параметри яких визначаються величиною самих перетворень та їх

стабільністю за час від моменту опромінення до травлення. Вимірювання показали, що

лунки, які вдалось виявити даним методом, утворюються лише при великих інтенсив-

ностях експонуючого променя: на шарі GeSe3 при I = 1,85 ×103 Вт/см2 та I = 0,92 ×

103 Вт/см2, а на шарі GeSe2 ще і при I = 0,46 ×103 Вт/см2 (при однаковій для всіх

ділянок величині експозиції ). Діаметр та глибина лунок збільшуються при зростанні

інтенсивності опромінення.

Таким чином, отримані результати вказують на те, що в досліджуваному інтервалі ін-

тенсивностей закон взаємозамінності не виконується, а фотостимульовані перетворення в

плівках GeSe3 та GeSe2 характеризуються пороговою залежністю від інтенсивності, тобто

зміна швидкості протравлювання під час після експозиційної обробки спостерігається лише

на зразках, що були опромінені (при постійній експозиції) світлом, інтенсивність якого була

не менша за порогову. Величина порогової інтенсивності залежить від складу досліджувано-

го скла і, можливо, інших експериментальних факторів, як то температура, довжина хвилі

випромінювання, що використовувалось для експонування і т.п.

Список використаної літератури

1. The nanostructuring of surfaces and films using interference lithography and chalco-

genide photoresist / V.A. Dan`ko, I.Z. Indutnyi, V.I. Myn’ko, P.E. Shepeliavyi, M.V. Lykanyuk //

Nanoscale Research Letters. – 2015. – Vol. 10, Issue 1. – Р.83

УДК 535.37

ЗАЛЕЖНІСТЬ ЕФЕКТИВНОСТІ ЗОННО-ЗОННОЇ ТА ДОМІШКОВОЇ

ЛЮМІНЕСЦЕНЦІЇ НАПІВПРОВІДНИКА ВІД РІВНЯ ЗБУДЖЕННЯ:

ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ

Даценко О.І., Поперенко Л.В.

Київський національний університет імені Тараса Шевченка, 01601, м. Київ, вул. Володи-

мирська 64/13.

E-mail: lesoto@ukr.net

Відомо [1], що квантовий вихід люмінесценції напівпровідника може залежати від рі-

вня збудження. Для пояснення нелінійності інтенсивності люмінесценції використовують

модель двох центрів рекомбінації, отримуючи для різних параметрів цієї моделі як субліній-

ну, так і надлінійну залежності з різними показниками степеня [2]. Проте теорія нелінійності

розроблена лише для домішкової люмінесценції і не передбачає зонно-зонного каналу реко-

мбінації носіїв заряду в напівпровіднику. Тому власна люмінесценція напівпровідника зали-

шається поза увагою, тоді як її інтенсивність теж може нелінійно залежати від рівня збу-

дження, якщо існує додатковий канал рекомбінації. Так, виміри фотолюмінесценції (ФЛ) у

CdTe показали [3], що зі збільшенням потужності накачки інтенсивності смуг спектра люмі-

несценції напівпровідника, обумовлених переходами зона-зона та зона-домішка, зростають,

проте їх ефективності не є сталими величинами і мають певну залежність від густини потуж-

НМІТФ – 2016

- 194 -

ності P збудження. Зокрема, залежність виходу зонно-зонної ФЛ зростає зі збільшенням рів-

ня збудження і при малих P підкоряється закону P1/2. Відповідно вихід домішкової люмінес-

ценції спадає при збільшенні P.

Для кількісного опису процесів рекомбінації в напівпровіднику запропоновано тео-

рію, що припускає наявність у його енергетичній схемі одного домішкового рівня донорного

типу, що може перебувати у двох зарядових станах – нейтральному і додатково заряджено-

му, повна концентрація домішок N = N0 + N+. Схему електронних переходів у напівпровідни-

ку представлено на рисунку. Збудження вважатимемо зонно-зонним, темп генерації нерівно-

важних носіїв заряду позначимо g, він пропорційний потужності збудження та квантовому

виходу фотопровідності. Темп зворотного процесу – зонно-зонної випромінювальної реком-

бінації – дорівнюватиме np, де n і p – концентрації нерівноважних носіїв заряду. Параметр,

що визначає інтенсивність зонно-зонної рекомбінації,

позначимо . Для спрощення ми вважаємо напівпровід-

ник компенсованим із нульовими концентраціями рівно-

важних носіїв заряду.

В нашому ж випадку маємо ще один канал ви-

промінювальної рекомбінації носіїв – через домішковий

рівень. Для цього електрон спочатку має перейти на ві-

льну пастку з зарядовим станом «+» (цей процес опису-

ється параметром Cn), а потім прорекомбінувати з віль-

ною діркою (параметр Cp). Вважаємо, що останній про-

цес є випромінювальним і обумовлює домішкову ФЛ.

Переходом електрона з рівня назад у зону провідності

нехтуємо як малоймовірним.

Запишемо систему кінетичних рівнянь, а також

рівняння електронейтральності та балансне рівняння:

.

(1)

Інтенсивність зонно-зонної люмінесценції описується величиною np, а домішкова люміне-

сценція – доданком CppN0.

Систему можна звести до двох рівнянь із двома невідомими, причому нас цікавить

лише стаціонарний випадок:

. (2)

Поділом обох частин на величину γN2 зводимо систему до безрозмірного вигляду.

. (3)

Тут змінними є X = n/N (призведена концентрація вільних електронів), Y = N0/N (відносна ча-

стка нейтральних центрів) і T = tγN (безрозмірний час), а параметри G = g/(γN2), A = Cn/γ,

B = Cp/γ є сталими. Темп зонно-зонної випромінювальної рекомбінації (інтенсивність власної

люмінесценції) описуватиме величина F1 = X(X – 1 +Y), а домішкової F2 = B(X – 1 +Y)Y.

Неважко переконатися, що в стаціонарному випадку F1 + F2 = G (механізмів безвипро-

мінювальної рекомбінації в теорії не передбачено). Величини F1/G та F2/G = 1 – F1/G дають

уявлення про квантові виходи цих типів випромінювальної рекомбінації.

Електронні переходи у випромі-

нювальній системі з одним донор-

ним рівнем та їхні параметри

n

p

g

Cn

N 0, N +

Ec

Cp

Ev

НМІТФ – 2016

- 195 -

Аналітичний розв’язок повної системи квадратичних рівнянь (3) має певну склад-

ність. Для чисельного розрахунку нами було застосовано комп’ютерний програмний пакет

Mathcad 15.0. Показано, що квантовий вихід зонно-зонної люмінесценції монотонно зростає

зі збільшенням параметра збудження G = g/(γN2) і при великих темпах генерації виходить в

насичення, причому при малих G ефективність пропорційна G1/2. Відповідно розрахована

ефективність домішкової люмінесценції монотонно зменшується при збільшенні темпу гене-

рації, при великих значеннях G підкоряючись закону G–1/2. Слід зазначити, що результати

якісно однакові при будь-яких сталих параметрах A = Cn/γ та B = Cp/γ. Результати розрахун-

ків добре узгоджуються з експериментальними даними для CdTe [3].

Висновки

При існуванні в напівпровіднику одночасно зонно-зонної люмінесценції та випромі-

нювальної рекомбінації через домішку їх відносний внесок у спектр залежить від інтенсив-

ності збудження. При підвищенні рівня збудження вихід власної люмінесценції зростає до

стаціонарного значення, тоді як ефективність домішкової монотонно знижується. Чисельні

обрахунки показують, що при малих темпах генерації носіїв заряду g вихід власної люмінес-

ценції зростає пропорційно g1/2, а при достатньо великих g вихід домішкової люмінесценції

спадає пропорційно g-1/2.

Список використаної літератури

1. Riehl N. Über einen neuen Effekt an lumineszierendem Zinksulfid // Zeits. f. Techn. Phys.

– 1939. – No 20. – PР.152–155.

2. Duboc C.A. Nonlinearity in Photoconducting Phosphors // Brit. J. Appl. Phys.– 1955. –

Vol. 6, No. S4. – P. S107– S111.

3. D.V. Gnatyuk, L.V. Poperenko, O.I. Dacenko, T. Aoki. Features of Photoluminescence

Response of Modified CdTe (111) Single Crystal Surface Layers // Proc. of 11th Intern. Conf. on

Global Research and Education in Engineers for Better Life (Inter-Academia 2012) (27-30 August

2012, Budapest, Hungary). – 2012. – P. 469–473.

УДК 54.057

ЛЮМІНЕСЦЕНТНІ КОМПОЗИТИ НАНО-CdTe/KCl(KBr)

Окрепка Г.М., Філоненко С.*, Халавка Ю.Б.

Інститут біології, хімії та біотехнології, Чернівецький національний університет

імені Юрія Федьковича, м. Чернівці, вул. Коцюбинського, 2

*Інститут фізичної хімії ім. Л.В. Писаржевського НАН України, Київ, просп. Науки, 31

okrepkagalinka@gmail.com

Наночастинки CdTe є перспективними люмінофорами для оптоелектронних приладів,

проте їх прикладне застосування вимагає твердотільних композитів, стабільних в умовах ви-

соких температур та інтенсивного опромінювання, а не розчинів наночастинок, які зазвичай

синтезують. Для капсулювання нанокристалів використовують органічні та неорганічні мат-

риці. Методом нанесення «шар за шаром» отримують багатошарові плівки «наночастинки-

полімер» на твердих підкладках, проте, люмінесценція таких плівок чутлива до нагрівання,

світла, кисню і вологи. При капсулюванні квантових точок полімерними матрицями

(полістирен, поліметилметакрилат) жорсткі умови полімеризації також зменшують кванто-

вий вихід фотолюмінесценції. Такі композити є нестійкими в умовах УФ-опромінення. Неор-

ганічні матеріали є більш технологічними, міцними і герметичними матрицями, що дозволяє

НМІТФ – 2016

- 196 -

створити об’ємні макрокристали та захисну оболонку для наночастинок від впливу навко-

лишнього середовища на їх оптичні властивості.

У роботі синтезовано твердотільні, оптично активні, люмінесцентні композити на осно-

ві квантових точок CdTe, впроваджених у неорганічні матриці кристалів солей. Як матриці

обрано калій хлорид та калій бромід. Встановлено, що для одержання композитів

CdTe/KCl(KBr) придатною є методика синтезу шляхом приготування насиченого розчину

солі на колоїді CdTe. Показано, що вирощені композити CdTe/сіль проявляють люмінесцен-

тні властивості і у випадку CdTe/KBr вдалося виростити кристали з максимумом фотолюмі-

несценції 545-630 нм, а для композитів CdTe/KCl – 527-627 нм. Порівняння спектрів фото-

люмінесценції CdTe/сіль із капсульованими одними і тими ж наночастинками CdTe дозволи-

ло побачити вплив йонної матриці на оптичні властивості вирощених композитів CdTe/сіль.

Встановлено, що при використанні як матриці KBr спостерігається незначний зсув піку фо-

толюмінесценції у довгохвильову область.

Показано, що впровадження наночастинок CdTe у кристали солей KCl і KBr у порів-

нянні із колоїдом CdTe призводить до незначного зсуву в червону область піку фотолюміне-

сценції. Даний ефект можна пояснити перепоглинанням високоенергетичних фотонів кван-

товими точками CdTe впровадженими в кристали KCl і KBr.

Дослідження розчину, отриманого після розчинення композитного кристалу

CdTe/KCl(KBr), показали, що пік фотолюмінесценції утвореного колоїду суттєво зсувається

в блакитну область у порівнянні із вихідним колоїдом CdTe. Тобто оптичні властивості нано-

CdTe не відновлюються. Такий зсув можна пояснити тим, що під час розчинення відбуваєть-

ся значне підтравлювання наночастинок CdTe, внаслідок чого їх розмір зменшується і їх пік

випромінювання зсувається, відповідно, вліво.

Дослідження спектрів фотолюмінесценції при опромінюванні УФ-лампою композиту

CdTe/KBr у середовищі органічного розчинника показали, що у випадку ацетону і гексану

опромінення протягом 50 хв практично не впливає на випромінювальні властивості компози-

ту CdTe/KBr, а через незначну розчинність солей у спиртах (етанол і ізопропанол) фотолю-

мінесцентні властивості погіршуються. Таким чином, після вирощування для промивання

композитних кристалів CdTe/сіль можна використовувати ацетон або гексан, крім того, ці

розчинники можна застосовувати для зберігання композитів CdTe/сіль, щоб запобігти впливу

довкілля на їх оптичні властивості.

Таким чином, синтезовані твердотільні композити CdTe/KCl(KBr) проявляють люміне-

сцентні властивості в широкому інтервалі довжин хвиль видимого діапазону та зберігають

свої оптичні властивості в середовищі апротонних розчинників (ацетон і гексан).

УДК 54.057

ПРОВІДНІСТЬ ПРИХОВАНИХ ПРОВІДНИХ КАНАЛІВ В

ГЕРМАНІЇ ПРИ РІЗНИХ ДОЗАХ ОПРОМІНЕННЯ ПРОТОНАМИ

ВИСОКИХ ЕНЕРГІЙ

Жарких Ю.С., Лисоченко C.В., Кухаренко О.Г., Третяк О.В., Глушко, К.Е., Скрипчук А.І.,

Васильєв А.Г., Толмачов Н.Г.

Інститут високих технологій Київського національного університету імені Тараса Шевченка,

01601 Київ, Володимирська 64, Україна

Досліджено залежність провідності прихованих каналів в германії від дози опромі-

нення протонами D з енергією 5,1pE MeV і розкидом по енергії не більше 150 eV. Зразки

виготовлялися і опромінювалися за методикою [1]. Вимірювання провідності до опромінення

НМІТФ – 2016

- 197 -

0 і після опромінення p проводилися у середовищі рідкого азоту при Т=77К. Надалі, при

витримці зразків в умовах лабораторії, помітних змін провідності p протягом тривалого

часу не спостерігалося.

При опроміненні протонами утворення дефектів відбувається найінтенсивніше в кінці

гальмівного шляху протона. Розрахунки за програмою SRIM [2], розподілів пар Френкеля і

зупинених іонів Н+ по глибині зразка германію показали, що шар з максимальними концент-

раціями дефектів і протонів знаходиться на глибині 20h μ, а його товщина 2d μ. Тому

провідність германію є наслідком модифікації його властивостей на цій глибині [1,2]. Конст-

рукція зразків і розташування модифікованої опроміненням області показані на рис. 1.

(а) (б)

Рис.1. Конструкція зразка в розрізах і його орієнтація по кристалографічних напрямах.

20h μ – глибина залягання, 2d μ – товщина, 2000l μ – довжина і 400w μ –

ширина провідного каналу, 1-2 – контакти для вимірів вольт-амперних характеристик. На-

прямок імплантації протонів показано стрілками на рис (а).

Розраховані величини питомої провідності каналу на квадрат площі ps і питомої

провідності об’єму каналу pv від дози опромінення D показані на рис. 2. Розміри каналу

бралися відповідно до рис.1. Опромінення при дозі 1210D р/cm2 дозволяло впевнено ре-

єструвати p на тлі початкової провідності 0

. У цьому випадку співвідношення

3/ 0 p . Надалі збільшення D призводило до монотонного збільшення p, а провідні-

стю 0 можна було повністю знехтувати. На початковій ділянці хід залежностей на рис. 2

був близький до лінійного, а потім, при 1410D р/cm2 спостерігався їх перегин. В інтервалі

доз D від 1015р/cm2 до 1016р/cm2 залежності )( psfD і

)( pvfD стають близькими

до насичення, а абсолютне значення ps стає практично рівним максимальному значенню

210psΩ-1 отриманому в [1] при

1410*6,3D р/cm2, 8,1pE

MeV і відпалі зразків

імпульсами напруги.

Виходячи з розподілу зупинених іонів Н+ по глибині зразка, можна оцінити середню по об'-

єму каналу концентрацію протонів pN, яка становила від

1510*5pNр/cm2 до

1910*5pNр/cm2 для інтервалу доз від

1210D р/cm2 до 1610D р/cm2. Відзначимо,

також, що локальні концентрації pN можуть значно перевищувати наведені оціночні усере-

днені значення. Такі величини pN можуть значно перевищувати поріг утворення пор нано-

НМІТФ – 2016

- 198 -

розмірного масштабу. У такому випадку дефекти структури і їх конгломерати заповнюються

воднем і розростаються під впливом тиску водню, який може створювати механічні напруги,

що перевищують міцність матеріалу [1].

1E12 1E13 1E14 1E15 1E16

1E-5

1E-4

1E-3

0,01

ps,

-1

D, p/cm2

1E12 1E13 1E14 1E15 1E16

0,01

0,1

1

10

100

sv,

-1 c

m-1

D, p/cm2

(а) (б)

Рис.2 Залежності ps (а) і pv (б) провідних каналів від дози опромінення.

Тиск водню стає більшим при підвищенні дози опромінення. Це призводить до збіль-

шення розмірів пор за рахунок розриву міжатомних зв'язків кристалічної решітки. При її ро-

зриві звільняється енергія, яка призводить до розігріву поверхні пори до температури, що

перевищує 1000К на час порядку часток наносекунди. Такий тепловий удар подібний впливу

короткого лазерного імпульсу і стимулює процеси дифузії водню в германій і його розчи-

нення в тонкому шарі поверхні пори [3]. Таким чином, як збільшення дози опромінення, так і

проведення відпалів імпульсами напруги [1] призводить до розростання і злиття сусідніх пор

а провідність каналу досягає свого максимального значення 210ps Ω-1 після того, як

вичерпуються можливості виникнення ненасичених обірваних зв’язків за рахунок розрос-

тання нанопор. Тому обидва названих фактори можуть бути використані в якості технологі-

чних при створенні провідних каналів із заданими параметрами.

Аналізуючи залежності на рис. 2, можна припустити, що при зменшенні доз опромі-

нення, розміри пор зменшуються, вони не перетинаються між собою і провідність зумовлена

їх існуванням може не фіксуватися. В цьому випадку локальні руйнування кристалічної ре-

шітки і обірвані зв’язки, що виникають, можуть утворювати нанопори з розмірами близьки-

ми до розмірів квантових точок і, таким чином, протонна обробка германію може бути час-

тиною нової технології створення таких точок.

Список використаної літератури

1. Жарких Ю.С., Лысоченко C.В., Лебедь С.А.и др. Письма в ЖТФ. – 2013. – 39. – Вип.

19. – С.19.

2. Лебедь C.О., Кухаренко О.Г., Толмачов М.Г. и др. Физика радиационных поврежде-

ний и радиационное материаловедение // Вопросы атомной науки и техники. – 2012. – 5. –

С. 131 .3. Zharkikh Yu.S., Lysochenko S.V. Surf. Sci. Lett. – 1984. – 145. – Р. 1513.

НМІТФ – 2016

- 199 -

УДК.621.315.592

ФОТОПРОВІДНІСТЬ СТРУКТУР МАКРОПОРИСТОГО КРЕМНІЮ З

ОКСИДНИМ ПОКРИТТЯМ

Карась М.І., Онищенко В.Ф.

Інститут фізики напівпровідників ім. В. Е. Лашкарьова НАН України,

nikar@isp.kiev.ua.

Двовимірні структури макропористого кремнію (МПК), виготовлені методом фото-

анодного травлення, перспективні для застосування в опто- та фотоелектроніці. Це пов’язано

з виготовленням структур з потрібною геометрією, великою площею поверхні, можливістю

інтеграції в мікросхеми та особливостями фотоелектричних характеристик, які визначаються

процесами на поверхні макропор. У зв’язку з цим у даній роботі досліджена фотопровідність

структур макропористого кремнію з оксидним покриттям завтовшки 7 нм, 15 нм та 30 нм.

Макропори глибиною 100 мкм та діаметром макропор 4 мкм були сформовані методом

електрохімічного травлення в розчині фтористоводневої кислоти Покриття оксиду кремнію

було сформовано методом сухого окислення. Омічні контакти нанесені вакуумним напилен-

ням індію на торцеві поверхні структур. Вимірювання проводились при кімнатній темпера-

турі з навантажувальним опором, який був сумірним опору досліджуваної структури. В яко-

сті джерела освітлення використовувались світлодіоди. Вимірювання фотопровідності (ФП)

здійснювалось в діапазоні інтенсивностей (5,4·1013 – 4,35·1015) квант/см2·сек.

0 5 10 15 20 25

-4

-3

-2

-1

0

1

2

ФП

,мк

Ом

-1

IСД

, мА

1

2

3

4

5

0 5 10 15 20 25

0

5

10

15

20

25

30

35

40

ФП

,мк

Ом

-1

IСД

, мА

1

2

3

4

5

6

а) б)

Рис. 1 Люкс-амперні залежності фотопровідності структур МПК завтовшки 15 нм (а) і 30 нм

(б) на довжині хвилі: 1, 2 – 0,4 мкм, 3, 4 – 0,57 мкм, 5, 6 – 0,93 мкм. Непарні криві – позити-

вне зміщення на структурі, парні – негативне.

На рис. 1 показані результати експериментального дослідження фотопровідності

структур МПК з нанопокриттям оксиду кремнію товщиною 15 нм та 30 нм на довжині хвилі

0,4 мкм, 0,57 мкм та 0,93 мкм. В результаті проведених досліджень люкс-амперних характе-

ристик в структурах МПК з нанопокриттям оксиду кремнію товщиною 7 нм, 15 нм та 30 нм

було встановлено:

1. Наявність позитивної і негативної ФП . Знак ФП залежав як від довжини хвилі, тов-

щини оксидного покриття, так і від полярності зміщення на структурі МПК.

2. Максимальне значення позитивної ФП (37,8·10-6 Ом-1) було на довжині хвилі 0,4 мкм

і при товщині оксидного покриття 30 нм (Рис. 1, б, крива 2). Максимальне значення

НМІТФ – 2016

- 200 -

негативної ФП (-3,85·10-6 Ом-1) проявилось на довжині хвилі 0,57 мкм і при товщині

оксидного покриття 15 нм ( Рис. 1, а, крива 4).

3. Фотодіодний ефект – при зростанні інтенсивності освітлення збільшується різниця

між ФП при позитивному і негативному зміщенні. Цей ефект чітко спостерігався на

довжині хвилі 0,4 мкм і товщині оксидного покриття 15 нм (Рис. 1, а, криві 1, 2).

Причому, при позитивному зміщенні спостерігалась позитивна ФП, при негативному

зміщенні негативна ФП.

4. При товщині оксидного покриття 30 нм на всіх довжинах хвиль спостерігалась тільки

позитивна ФП (Рис. 1, б). Причому, слід відмітити, що криві ЛАХ при позитивному і

негативному зміщенні практично співпадали, тобто, фотодіодний ефект був відсутній.

При цьому спостерігалось збільшення ФП при зменшенні довжини хвилі випроміню-

вання.

5. Негативна ФП спостерігалась на довжині хвилі 0,4 мкм та 0,57 мкм при товщині ок-

сидного покриття 7 нм та 15 нм.

Таким чином, у результаті проведеного дослідження було встановлено залежність

ФП від товщини оксидного покриття, яке впливає як на абсолютні значення ФП так і на знак

ФП і на характер люкс-амперних характеристик. У проведених раніше нами дослідженнях

[1] ФП у макропористому кремнії без спеціально нанесеного оксиду кремнію було встанов-

лено наявність негативної ФП на довжинах хвиль 0,4 мкм та 0,57 мкм та поверхнево-

бар’єрного фотодіодного ефекту на довжині хвилі 0,4 мкм. Ці поверхневі фотоефекти пояс-

нювались інверсійним вигином зон і прилипанням основних носіїв заряду ( електронів) на

так званих “повільних рівнях’’.

Нанесення на структури МПК шару оксиду кремнію кардинально вплинуло на

ФП цих структур. Головним проявом впливу оксидного покриття є зникнення негативної ФП

при оксидному покритті завтовшки 30 нм як на довжині хвилі 0,4 мкм так і на 0,57 мкм, тоб-

то, спостерігається тільки позитивна ФП (Рис.1, б). Крім того, спостерігається чітка тенден-

ція збільшення ФП при зменшенні довжини хвилі випромінювання, а також зникає фотодіо-

дний ефект: криві люкс-амперних характеристик при позитивному і негативному зміщенні

практично зливаються. Ці зміни можна пояснити наступним чином. Відомо [2], що в процесі

окислення в термічному діоксиді кремнію формується позитивний фіксований заряд, локалі-

зований в тонкому шарі діоксиду завтовшки близько 2 нм біля межі Si- SiO2. Цей позитивний

заряд в SiO2 компенсує негативний заряд на “повільних рівнях’’, який утворився із-за прили-

пання на цих рівнях основних носіїв заряду і був причиною інверсійного вигину зон, що в

свою чергу викликало негативну ФП і поверхнево-бар’эрний фотодіодний ефект. Таким чи-

ном, по мірі збільшення товщини оксидного покриття і його вбудованого позитивного заряду

[3], зростає компенсація позитивним зарядом оксиду кремнія негативного заряду на “по-

вільних рівнях’’. Інверсійний вигин зон на поверхні змінюється на виснажливий і при тов-

щині оксидного покриття 30 нм негативна ФП переходить в позитвну ФП. При цьому зникає

і поверхнево-бар’єрний фотодіодний ефект.

Список використаної літератури

1. Карась Н.И. Отрицательная фотопроводимость в структурах макропористого

кремния / Н.И. Карась // Нові технології. – 2010. – 1. – С. 118–123.

2. Александров О.В. Модель образования фиксированного заряда в термическом ди-

оксиде кремния / О.В. Александров, А.И. Дусь // Физика и техника полупроводников. – 2011. –

Т. 45, 4.– С. 474–480.

3. Саченко А.В. Фотоэффекты в приповерхностных слоях полупроводников /

А.В. Саченко, О.В. Снитко. – К.: Наукова думка, 1984. – 232 с.

НМІТФ – 2016

- 201 -

УДК.621.315.592

ФОТОДИОДНЫЕ СВОЙСТВА МАКРОПОРИСТОГО КРЕМНИЯ ПРИ

СИЛЬНОМ ПОВЕРХНОСТНОМ ПОГЛОЩЕНИИ СВЕТА

Карась Н.И.

Інститут физики полупроводников им. В. Е. Лашкарева НАН Украины,

nikar@isp.kiev.ua.

Объектом исследования были периодические структуры макропористого кремния

(МПК), сформированные методом электрохимического травления в растворе фтористоводо-

родной кислоты, с такими параметрами: толщина структуры 420 мкм, глубина пор 60 мкм,

диаметр пор 2 мкм, период 4 мкм, концентрация пор 6,25∙106 см-2. Омические контакты

наносились вакуумным напылением индия на торцевые поверхности образцов размерами

12х2х0,5 мм. Коэффициент выпрямления таких контактов равнялся примерно 1,1. Для ис-

следования использовался метод с постоянным освещением (не модулированным) с помо-

щью простейшей схемы с последовательным соединением источника напряжения (батарей-

ка), образца с сопротивлением r и нагрузочного сопротивления R, с которого снимался по-

лезный сигнал с помощью нановольтметра В2-38. Измерения фотопроводимости (ФП) про-

водились в режиме максимальной чувствительности при r = R. В качестве источника света

использовались три светодиода: инфракрасный, красный и зеленый с длиной волны 0,93,

0,66 и 0,57 мкм соответственно. В качестве инфракрасного использовался светодиод АЛ-106

В с максимальной мощностью излучения 0,6 мВт при токе через светодиод 100 мА. В пере-

счете на интенсивность излучения в наших экспериментах последняя составляла от 5,4∙1013

до 4,35∙1015 квант/см сек. При измерении свет направлялся перпендикулярно большой по-

верхности образца. Интенсивность излучения регулировалась током светодиода.

На рисунке представлены люкс-амперные зависимости ФП структуры МПК. Как вид-

но из рисунка, ФП структуры МПК сильно зависит от длины волны освещения λ, от которой

зависит как величина, так и знак ФП. На длине волны 0,57 мкм проявляется отрицательная

ФП, при λ = 0,66 и 0,93 мкм – положительная ФП. Отрицательная ФП была исследована

нами в [1], где приведено описание механизма отрицательной поверхностной ФП.

0 5 10 15 20 25-14-12-10-8-6-4-202468

101214

ФП

, м

кОм

-1

IСД

, мА

1

2

4

6

53

Рисунок. Люкс-амперные зависимости фотопроводимости структуры макропористого крем-

ния при разной длине волны освещения: 1, 2 – 0,57 мкм, 3, 4 – 0,66 мкм, 5, 6 – 0,93 мкм при

прямом (1, 4, 6) и обратном (2, 3, 5) направлениях тока.

В данной работе исследуется поверхностный фотоэффект, непосредственно лежащий

в основе работы поверхностно-барьерного фотодиода (ПБФД) [2]. В поверхностно-

НМІТФ – 2016

- 202 -

барьерном фотодиоде p-n переход расположен в приповерхностном слое на глубине равной

примерно 0,05-0,1 мкм от поверхности полупроводника. Базой в таких приборах служит ин-

версионный слой с толщиной, ограниченной неравенством Li ≤ 2LD (LD – дебаевская длина

экранирования). В работе [1] было экспериментально показано присутствие инверсионного

слоя p-типа в структурах МПК, что вызывало отрицательную ФП. Инверсионный слой p-

типа с объемом кремния n-типа образует индуцированный p-n переход, который и проявляет

фотодиодные свойства. Принцип действия ПБФД основан на внутреннем фотоэффекте в по-

лупроводниках и разделении электронно-дырочных пар электрическим полем у поверхности.

Очень важной сферой использования таких поверхностно-барьерных фотопреобразователей

являются солнечные элементы, обладающие высокой фоточувствительностью в коротковол-

новой области спектра. Как видно из рисунка, фотодиодный эффект (расхождение ветвей

люкс-амперных зависимостей при прямом и обратном направлениях тока) усиливается по

мере уменьшения длины волны освещения и усиления поверхностного поглощения (умень-

шения глубины поглощения). Глубина поглощения излучения с длиной волны 0,93, 0,66 и

0,57 мкм соответственно равна 30, 3,5 и 1,6 мкм. Максимальный фотодиодный эффект

наблюдается на длине волны 0,57 мкм и глубине поглощения 1,6 мкм (кривые 1, 2). Это со-

ответствует поглощению в области пространственного заряда (W=1,146 мкм) для исследуе-

мой структуры МПК.

Таким образом, в данной работе показано проявления фотодиодных свойств в струк-

турах МПК при сильном поверхностном поглощении света.

Список використаної літератури

1. Карась Н.И. Отрицательная фотопроводимость в структурах макропористого

кремния // Нові технології. – 2010. – 1. – С.118–123.

2. Матвеев О.А., Рывкин С.М., Тархан Д.В. Малоинерционные поверхностно-

барьерные германиевые фотодиоды // Радиотехника и электроника. – 1964. – Т. 9, 5. – С.

895-896.

УДК.621.315.592

ЗАЛЕЖНІСТЬ МОДУЛЬОВАНОЇ ФОТОПРОВІДНОСТІ ШАРУВАТИХ

КРИСТАЛІВ GaSe ТА InSe ВІД ДОВЖИНИ ХВИЛІ СВІТЛОВОГО

ВИПРОМІНЮВАННЯ

Флюнт О.Є.

Львівський національний університет імені Івана Франка,

м. Львів, вул. Драгоманова, 50, е-mail: flunt@electronics.lnu.edu.ua

Процеси рекомбінації нерівноважних носіїв електричного заряду у напівпровідниках

зумовлюють затримку релаксації фотопровідності до рівноважного стану після припинення

дії світла з енергією кванта, більшою за ширину забороненої зони. Дослідження процесів

релаксації фотопровідності можна проводити як у часовому, так і у частотному просторах. У

першому разі досліджують залежність струму фотопровідності як залежності від часу після

припинення дії освітлення, що відображають у вигляді перехідної характеристики f(t). У

другому разі інтенсивність світлового потоку модулюють відповідно до синусоїдального

закону від часу і записують амплітуду синфазної та зміщеної по фазі на /2 змінних

складових фотопровідності на різних частотах. Залежності від частоти модуляції дійсної та

уявної складових фотопровідності називають спектрами, які пов’язані з перехідною

характеристикою через інтегральне перетворення Фур’є. Як перехідна характеристика

НМІТФ – 2016

- 203 -

релаксації фотопровідності f(t), так і комплексний частотний спектр, які пов’язані між собою

за допомогою інтегрального перетворення Фур’є, відображають кінетику процесів релаксації

нерівноважних носіїв електричного заряду у досліджуваному напівпровіднику.

Дослідження напівпровідникових матеріалів методом модульованої за інтенсивністю

світлового потоку фотопровідності дозволяє розділяти процеси генерації та рекомбінації

нерівноважних носіїв електричного заряду, які відрізняються між собою за характерними

часами релаксації або частотами. Метод також дає змогу вивчати форму кінетики

концентрації нерівноважних носіїв заряду у широких частотних та, відповідно, часових

діапазонах. Серед переваг модуляційних методів також потрібно відзначити як високу

чутливість та вибірну здатність, зумовлену використанням синхронного детектування, так і

відсутність постійної складової та її дрейфу з часом або температурою, що значно обмежує

точність та діапазон у разі проведення стаціонарних вимірювань на постійному струмі.

Проте, часто кінетика фотопровідності залежить від довжини хвилі світлового

випромінювання, що найбільш виразно можна спостерігати у аморфних напівпровідниках.

Це зумовлює важливість експериментальних досліджень спектрів модульованої

фотопровідності у напівпровідниках на різних частотах модуляції інтенсивності світлового

потоку для глибшого розуміння процесів рекомбінації нерівноважних носіїв заряду у

напівпровідниках та дослідження особливостей енергетичних зонних спектрів кристалів.

У роботі проведені дослідження спектрів синфазної i1 та зміщеної по фазі на /2 i2

складових модульованої за інтенсивністю світлового потоку фотопровідності шаруватих

кристалів InSe в діапазоні довжин хвиль 400–1400 нм та GaSe в діапазоні 400–800 нм. Зразки

для досліджень виготовляли у формі пластин з приблизними розмірами 340,3 мм3,

сколених вздовж природних шарів кристалів. Контакти виготовляли припаюванням індію по

обох краях прямокутних пластин. Модуляцію інтенсивності світлового потоку здійснювали у

частотному діапазоні від 25 Гц до 1 кГц за допомогою механічного диска з прорізями, який

обертав двигун постійного струму. Вимірювання проводили з використанням синхронного

підсилювача як в режимі протікання через зразок постійного струму порядку 1 мА, так і в

режимі прикладеної постійної напруги до 1 В. Опорний періодичний сигнал на вхід

синхронного підсилювача формували за допомогою оптопари світлодіод-фотодіод.

Спектри дійсної частини модульованої фотопровідності кристалів GaSe від довжини

хвилі світлового випромінювання отримані на різних частотах модуляції якісно не змінюють

своє форми. Тому, форма спектрів отриманих на різних частотах модуляції кристалів GaSe,

нормована до значення максимуму, практично не залежить від частоти модуляції. Проте

синфазна складова фотопровідності значно зменшується з підвищенням частоти у діапазоні

250–1000 Гц з приблизно однаковим значенням відносної зміни, що корелює з характером та

типом дисперсії низькочастотної комплексної діелектричної проникності у діапазоні частот

20 Гц–100 кГц.

Той факт, що спектри уявних складових фотопровідності відносно довжини хвилі не

повторюють форми спектрів дійсної складової вказує на те, що кінетика релаксації

фотопровідності у кристалах GaSe і InSe залежить від енергії квантів світлового

випромінювання.

На спектрі уявної складової фотопровідності кристалів InSe (рис. 1) можна

спостерігати чітко виражені три максимуми на довжинах хвиль 1060, 850 та 480 нм та

особливістю на частоті ~ 770 нм, які зумовлені особливостями зонного енергетичного

спектра селеніду індію. На спектрі уявної складової фотопровідності GaSe видно один

вузький максимум на довжині хвилі 660 нм, який відповідає довгохвильовому краю

фотопровідності (переходам між краями зон валентної і провідності), та широкий максимум

з вершиною на довжині хвилі ~ 520 нм. Можна стверджувати, що нерівноважні носії,

генеровані електромагнітним випромінюванням з різними довжинами хвиль рекомбінують з

участю різних процесів (мінімум трьох для селеніду індію та двох для селеніду галію) з

різними часовими характеристиками або характерними частотами.

НМІТФ – 2016

- 204 -

Рис. 1. Залежність від довжини хвилі дійсної (синфазної) i1 та уявної (зміщеної по фазі

на /2) i2 складових модульованої фотопровідності шаруватих кристалів GaSe p-типу

провідності (ліворуч) та InSe (праворуч) на частоті модуляції інтенсивності світлового

потоку 500 Гц.

Осциляції на спектрах уявних складових фотопровідності супроводжуються

особливостями (перегинами) на спектрах дійсних частин фотопровідності відповідних

спектрів. Це дає підстави стверджувати, що спектри дійсної та уявної складових

фотопровідності пов’язані між собою через інтегральне співвідношення Крамерса-Кроніга,

що важко пояснити, оскільки уявні складові комплексної фотопровідності напряму не

пов’язані з уявною частиною оптичного показника заломлення кристалів у відповідному

діапазоні енергій квантів. Тому залежність характеру релаксації фотопровідності від

довжини хвилі може бути зумовлена певною локалізацією нерівноважних носіїв

електричного заряду.

Відмінності у поведінці спектрів модульованої фотопровідності кристалів InSe та

GaSe від довжини хвилі електромагнітного випромінювання зі зміною частоти модуляції

інтенсивності світлового потоку можна пояснити різними формами низькочастотних

діелектричних відгуків цих кристалів, які впливають на кінетику генерації та рекомбінації

нерівноважних носіїв електричного заряду.

УДК 621.38:0.22.532

СИНТЕЗ МАКРОСТРУКТУР З ВУГЛЕЦЕВИХ НАНОТРУБОК

ДУГОВИМ МЕТОДОМ З АКТИВАЦІЄЮ ПРОЦЕСУ СИНТЕЗУ

ЕЛЕКТРИЧНИМ ТА МАГНІТНИМ ПОЛЯМИ

Кропотов О.Ю., Удовицький В.Г.

Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України, майдан Свободи 6, а/с 4499,

61022, м. Харків, Україна, e-mail:uvgviktor@yandex.ua

Унікальні електричні, механічні, оптичні та інші властивості нових вуглецевих нанос-

труктур – вуглецевих нанотрубок, а також фулеренів, конусів, слойових цибулеподібних

структур та ін. зробили їх надзвичайно привабливим об’єктами досліджень завдяки широким

можливостям їх практичного використання, зокрема при створенні нових приладів елемент-

ного базису мікро- та наноелектроніки. Це стимулює дослідження, спрямовані на розробку

стабільно відтворюваних технологій синтезу необхідних вуглецевих наноструктур з потріб-

НМІТФ – 2016

- 205 -

ними властивостями. При дуговому синтезі вуглецевих наноструктур дійовим методом, що

впливає на процес їх утворення і властивості, є синтез в електричному та магнітному полях.

Для реалізації такого процесу авторами розроблено і досліджено в роботі пристрій, будова

якого схематично показана на рис. 1.

Рисунок 1 – Схематична будова пристрою для синтезу в електричному та магнітному по-

лях

Принцип роботи цього пристрою наступний. Дуга на постійному струмі запалюється і

підтримується потрібний час між двома вертикально розташованими графітовими електро-

дами. Вуглецевий пар, який утворюється при горінні дуги, розповсюджуючись навколо дуги,

конденсується на поверхні металевого корпусу та металевій сітці, яка розташована перед

ним. В цьому пристрої використовуються схрещені постійне електричне та постійне магнітне

поле. Електричне поле направлене горизонтально (воно прикладене між сіткою та корпусом

пристрою), а магнітне – вертикально (між двома магнітами, які розташовані в нижній та вер-

хній частині корпусу).

На рис. 2А представлена фотографія пристрою зверху після проведення процесу. Між

корпусом та сіткою, як видно, утворилися вуглецеві макроструктури довжиною до 10 мм у

вигляді джгутиків, які складаються з великої кількості переплетених між собою вуглецевих

нанотрубок, а також і інших вуглецевих наноструктур. На рис. 2Б приведено растровий елек-

тронно-мікроскопічний знімок поверхні однієї з таких макроструктур.

А Б

Рисунок 2 – Фотографія пристрою (вид зверху) після проведення синтезу (А) та еле-

ктронномікроскопічний знімок поверхні однієї з вуглецевих макроструктур (Б)

НМІТФ – 2016

- 206 -

Макроструктури з вуглецю, які були синтезовані нами за допомогою розробленого

пристрою, досить міцні і дозволяють проводити з ними різноманітні дослідження при наяв-

ності відповідних технологічних навиків та традиційного обладнання, що використовується в

технології мікроелектроніки. Перші дослідження показали, що вони навіть без додаткового

очищення мають напівпровідниковий характер електропровідності р-типу і їх електричний

опір суттєво змінюється при появі в навколишньому середовищі газів донорної чи акцептор-

ної природи. Це підтверджує попередній висновок про можливість використання таких мак-

роструктур, зокрема, для створення газових сенсорів.

Список використаної літератури

1. Grzegorz Raniszewski, Marcin Pyc, Zbigniew Kolacinski Optimization of Magnetic

Field-Assisted Synthesis of Carbon Nanotubes for Sensing Applications //Sensors.- 2014.-Vol. 14.-

P.18474-18483.

2. S. Karmakar, H/ Nagar, R. Pasricha et al. Effect of focusing electric field on the for-

mation of arc generated carbon nanotubes //Nanotechnology.- 2006.- Vol.17. - 23. - P.5895-

5900.

УДК 535.016 : 535.343.2

ОПТИЧНІ Й ЕЛЕКТРОННІ ВЛАСТИВОСТІ СИЛІЦІЮ,

ІМПЛАНТОВАНОГО ВИСОКОЕНЕРГЕТИЧНИМИ ЙОНАМИ

АРГЕНТУМУ

Стащук В.С.1, Мельник В.П.2, Ямпольський А.Л.1, Бабіч Д.П.1

1 Київський національний університет ім.. Т. Шевченка, фізичний факультет, кафедра оп-

тики, вул. Володимирська 34/13, 01601 Київ, Україна 2 Інститут фізики напівпровідників ім. В. Лашкарьова НАН України, пр. Науки 41, 03028,

Київ, Україна

E-mail: svs@univ.kiev.ua

У даній роботі досліджувались методами спектральної еліпсометрії силіцієві зразки,

імплантовані іонами Ag+ з енергіями 75 кеВ та дозами D1=1014 см-2, D1=1015 см-2, D1=1016

см-2. Процес імплантації здійснювався за допомогою установки йонної імплантації Везу-

вий-2/450.

Вимірювання оптичних сталих n і ϰ здійснювалися за допомогою спектрального елі-

псометра в області λ=0,24-2,8 мкм (hν=0,44-5,17 еВ). На основі виміряних значень n і ϰ

розраховані інші оптичні характеристики: коефіцієнт відбивання при нормальному падін-

ня

22

22

1

1

n

nR , діелектрична проникність 22 n та оптична провідність

n04 (ν – частота світла, ε0 – діелектрична проникність вакууму) і проаналізовано

їх дисперсійні залежності n(hν), ϰ(hν), R(hν), ε(hν) та σ(hν). У результаті порівняння експе-

риментальних даних для імплантованих зразків і даних для чистого силіціума встановле-

но, що імплантація суттєво змінює кристалічну структуру об’єктів дослідження та їх фа-

зовий склад, а також електронну структуру.

Особливо інформативним при встановленні електронної структури зразків виявився

аналіз кривих дисперсійної залежності оптичної провідності σ(hν), яка пропорційна між-

зонній густині станів. В оптичному спектрі поглинання σ(hν) чистого силіціума, як добре

відомо [1, 2], спостерігаються дві інтенсивні смуги з максимумами при hν=3,4еВ та

hν=4,5еВ, зумовлені прямими переходами електронів. Внаслідок імплантації вказані смуги

НМІТФ – 2016

- 207 -

суттєво розширюються і зменшується їх інтенсивність, внаслідок чого для дози 1014 см-2

спостерігається лише одна смуга поглинання, максимум якої розташований при hν=3,4еВ,

дві смуги hν=3,0еВ й hν=2,7еВ для дози 1015 см-2 та дві смуги hν=2,6еВ і hν=2,2еВ для дози

1016 см-2. Останнє свідчить про зростання аморфізації силіціума і збільшення середньої

міжатомної відстані зі збільшенням дози імплантації. Крім того, в області краю поглинан-

ня чистого силіціума, зумовленого непрямими переходами електронів [3], в імплантова-

них зразках спостерігається ряд нових смуг поглинання: при hν=2,1еВ та hν=0,8еВ (доза

1014 см-2), при hν=1,7еВ, hν=1,1еВ, hν=0,9еВ та hν=0,7еВ (доза 1015 см-2), при hν=1,6еВ,

hν=0,8еВ та hν=0,6еВ (доза 1016 см-2). Ці смуги зумовлені домішковими зонами, вакансія-

ми та новими фазами.

Список використаної літератури

1. Гавриленко В.И. Оптические свойства полупроводников. Справочник. / В.И. Гав-

риленко, А.М. Грехов, Д.В. Корбутяк, В.Г. Литовченко – К.: Наукова думка, 1987. – 607 с.

2. Ding, L. and Chen, T. P. and Liu, Y. and Yang, M. and Wong, J. I. and Liu, Y. C. and

Trigg, A.D. and Zhu, F. R. and Tan, M. C. and Fung, S. Influence of nanocrystal size on optical

properties of Si nanocrystals embedded in SiO2 synthesized by Si ion implantation // Journal of

Applied Physics. – 2007. – Vol. 101 – pages 103525.

3. N. Klyui, I. Khatsevich, A. Lukyanov, A. Makarov Optical properties of silicon

nanoclusters in SIO2 matrix // Transactions оf Kremenchuk Mykhailo Ostrohradskyi National

University. – Kremenchuk: KrNU, 2012. – Issue 5 (76). – 180 p.

УДК 535.215.5+537.311.4:621.383

ФОТОЕЛЕКТРИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ СТРУКТУРИ InGaAs З

КВАНТОВИМИ ТОЧКАМИ ТА ПАЯНИМИ ІНДІЄВИМИ

КОНТАКТАМИ

Козак О.О. 1, Даценко О.І.1, Поперенко Л.В.1, Кондратенко С.В. 1, Головинський С.Л.2,

Gombia E. 3, Seravali L.3, Trevisi G. 3, Frigeri P. 3. 1 Київський національний університет імені Тараса Шевченка, 01601, м. Київ, вул. Володи-

мирська 64/13. E-mail: kozakaleksei@gmail.com 2 Київський Інститут фізики напівпровідників, національна академія наук України. 3 Institute of Materials for Electronics and Magnetism, CNR-IMEM

У роботі досліджувалися придатність індієвих контактів для використання у мета-

морфній структурі InGaAs з квантовими точками InAs та вплив підкладки GaAs на її фотое-

лектричні властивості. Отримані дані порівнювалися з аналогічною структурою з контакта-

ми, напиленими на буферний шар InGaAs [1]. Дослідний зразок було вирощено методом мо-

лекулярно-променевої епітаксії. Це метод епітаксійного росту кристалів в умовах надвисоко-

го (10−8Па) вакууму. Основою методу є осадження випаруваної з молекулярного джерела

речовини на кристалічну підкладку.

Було досліджено фотоелектричні властивості зразка In0.15Ga0.85As з індієвими контак-

тами, спектри фотоЕРС та фотопровідності. В точці h = 1.0 еВ(початок поглинання в кван-

тових точках) та максимумі спектра було виміряно залежність фотоструму від інтенсивності

збудження.

Висновки

Виявилось, що сформовані на квантовій структурі паяні індієві контакти не є омічни-

ми. ФотоЕРС дослідженої структури InAs/In0.15Ga0.85As на підкладці GaAs з індієвими конта-

НМІТФ – 2016

- 208 -

ктами біполярна. Напрямок сигналу від перехідного шару n+-GaAs протилежний відносно

сигналу від інших шарів структури (рис. 2).

Внесок арсеніду галію у фотоелектричні спектри структури проявляється у зсуві по-

рогу в область низьких енергій до 0.7 еВ (поглинання в дефектних центрах інтерфейсу

InGaAs/GaAs) та великим сигналом при h > 1.4 еВ (зонно-зонне поглинання в підкладці).

Залежності величини фотоструму та фотоЕРС від інтенсивності засвітки (рис. 3) показують,

що при малих рівнях збудження домінує рекомбінація нерівноважних носіїв заряду через

центри кількох типів, а при збільшенні темпу генерації залежність концентрації нерівноваж-

них носіїв від інтенсивності переходить у лінійну.

Автор висловлює подяку доктору фіз.-мат. наук С.В. Кондратенку за допомогу в ро-

боті з експериментальною установкою та ст. науковому співробітнику Інституту фізики на-

півпровідників НАН України кандидату фіз.-мат. наук С.Л. Головинському за надані зразки.

Список використаної літератури

1. С.Л. Головинський та інші // J. Appl. Phys. – 2015. – Vol. 117. – Р. 214312.

УДК 535.215.5+537.311.4:621.383

ДЕФЕКТИ У ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ InAlAs НА ПІДКЛАДКАХ InP ДЛЯ

КВАНТОВО-КАСКАДНИХ ЛАЗЕРІВ

Ісипов П.С.1, Головинський С.Л.2, Даценко О.І.1 1Київський національний університет імені Тараса Шевченка, 01601, м. Київ, вул. Володи-

мирська 64/13. E-mail: Isypov21@gmail.com

2 Інститут фізики напівпровідників, НАН України,03028, Київ, пр. Науки 41. E-mail: golovyn-

skyi@isp.kiev.ua

У наш час проводяться інтенсивні експериментальні та теоретичні дослідження у га-

лузі лазерної фізики та технології з використанням напівпровідників та напівпровідникових

нанооб’єктів як ефективних джерел випромінювання. У випадку інфрачервоної оптики од-

ними з найбільш перспективних джерел випромінювання є квантово-каскадні лазери (ККЛ)

на основі InP.

Такі структури вирощують з використанням молекулярно-променевої епітаксії (МПЕ)

та деяких різновидів цієї методики цього росту, таких як газоджерельна молекулярно-

променева епітаксія (ГДМПЕ). ГДМПЕ має наступні переваги для вирощування структур

ККЛ: 1) легка обробка фосфідів і арсенідів в одній камері в процесі вирощування;2) здатність

вирощувати гетероструктури з компенсованими деформаціями; 3) можливість виготовлення

зарощених лазерних гетероструктур, легко змінюючи осаджувані матеріали в процесі виро-

щення; 4) ріст деформаційно-компенсованих гетероструктур із тонкими бар’єрами AlAs та

InAlAs на підкладці InP. Такі нові структури дозволяють уникнути витоку носіїв заряду і

безвипромінювальної рекомбінації. Хоча паралельно з цим виникає важливе питання утво-

рення нових інтерфейсів та дефектів [1]. Дослідження енергетики та властивостей дефектів

потребує використання методик, що базуються на електричних та фотоелектричних явищах,

таких як нестаціонарна ємнісна спектроскопія глибоких рівнів (DLTS), спектроскопія глибо-

ких рівнів термостимульованої провідності (ТСП) та фотопровідність (ФП) при постійному

струмі

Метою даної роботи було дослідити методами фотоелектричної спектроскопії та спе-

ктроскопії термостимульованої провідності гетероструктури на основі InP, що використову-

ються як базові для виготовлення квантово-каскадних лазерів.

НМІТФ – 2016

- 209 -

Спектральні залежності ФП структур, вирощених на напівізолюючих підкладках

InP:Fe, були виміряні за допомогою інфрачервоного спектрометра в інтервалі енергій фото-

нів від 0.5 еВ до 1.9еВ при кімнатній температурі (290 K) і 80К. Крім того, для порівняння

було виміряно спектри підкладки при тих самих температурах. Напруга зсуву складала 15 В.

Криві ТСП вимірювалися після збудження енергією 1.3еВ протягом 1 хв. і подальшої 20-

секундної витримки в темноті перед нагрівом. Швидкість нагріву складала близько 10К/хв.

Спектри фотоструму і термостимульовані криві вимірювались за допомогою підсилювача

струму і стандартної техніки постійного струму.

Було встановлено, що досліджувана структура з одним шаром високоомним InP, лего-

ваним Fe, світлочутлива в досить широкому спектральному діапазоні. Порогова енергія спе-

ктру ФП становить 0.7 еВ при кімнатній температурі і 0.62 еВ при 80К. Спектр при 290 К має

вигляд широкої смуги з максимумом поблизу 1.42 еВ та помітними особливостями структу-

ри спектра при 1.08, 1.27 і 1.34 еВ; остання відповідає краю поглинання InP при кімнатній

температурі. При 80 К максимум спостерігається на 1.4еВ, це значення близьке до ширини

забороненої зони InP при температурі рідкого азоту. Низькотемпературний спектр відрізня-

ється піком на енергії кванта 0.8 еВ. На спектральній кривій для низьких температур спосте-

рігаються особливості поблизу 0.9, 1.13-1.14 і 1.35 еВ. На низькотемпературному спектрі пі-

дкладки InP:Fe пік поблизу 0.8 еВ не спостерігається, спектр має поріг в області 0.75 еВ і ма-

ксимум поблизу1.42 еВ. В іншому спектр підкладки аналогічний спектру зразка з шаром InP:

Fe, при 290 K спектри цих структур дуже схожі.

На спектрі ФП зразка з шаром InAlAs, легованим Be, проявляються смуги, характерні

тільки для матеріалу InP. Спектри зразка з шаром InP:Fe з тонким проміжним шаром InAlAs

відрізняються від попередніх кривих наявністю додаткового піка в області 1.22 і 1.3 еВ від-

повідно при 290 і 80К.

Легований залізом InP є матеріалом з високим питомим опором. Типові значення опо-

ру від 107 до 108 Ом (відповідно вимірюванням ефекту Холла і питомого опору [2]) в залеж-

ності від рівня легування центрами Fe, розташованого нижче зони провідності на 0.64-0.68

еВ.

Криві ТСП зразка з шаром InP, легованого Fe, були виміряні після збудження світлом

з енергією 1.3 еВ. На кривій було виявлено три піки з максимумами на 83, 107 і 216К. Необ-

хідно відзначити, що підкладка InP не мала замороженої провідності і, таким чином, не спос-

терігалося й ТСП.

Ми спостерігали три пастки, використовуючи метод ТСП в плівковій структурі InP,

що легована Fe. Найглибша електронна пастка спостерігалася при 216 К, глибина її заляган-

ня була отримано грубою оцінкою з використанням емпіричної формули 23kT = 0.43 еВ [3].

Крім того, існує два піки термостимульованої провідності при 83 і 107 К. Оцінка була здійс-

нена за тією ж формулою і дала відповідно 0.165 та 0.21 еВ. В межах помилки розрахунку

значення 0.43 та 0.21 еВ можна віднести до добре відомої електронної пастки, пов'язаної з

вакансією P. Піки з рівнів Fe не можуть бути виявлені, тому що акцептор Fe є рекомбінацій-

ним центром.

Висновки

Методами фотоелектричної спектроскопії та спектроскопії термостимульованої про-

відності досліджено гетероструктури на основі InP, що використовуються як базові для виго-

товлення квантово-каскадних лазерів. Показано, що, крім зонно-зонних переходів, у спект-

рах фотопровідності проявляються смуги, пов’язані з легувальною домішкою, а також внут-

рішніми точковими дефектами. Вимірювання термостимульованої провідності виявили три

локалізовані стани, пов’язані з внутрішніми точковими дефектами. Висловлено припущення

відносно природи виявлених станів, що проявляються у фотоелектричних вимірюваннях.

Авторський колектив висловлює подяку співробітникам Humboldt University Berlin, а

саме Prof. W. Ted Masselink та Dr. Mykhaylo P. Semtsiv за надані зразки.

НМІТФ – 2016

- 210 -

Список використаної літератури

1. Mizuno O. Semi-insulating properties of Fe-doped InP / O. Mizuno and H. Watanabe //

Electron. Lett. – 1975. – Vol.11, No. 5. – P.118-119.

2. Look D.C. Model for Fe2+intracenter-induced photoconductivity in InP: Fe / D.C. Look //

Phys. Rev. B. – 1979. – Vol.20, No.10. – P. 4160-4166.

3. Milnes A.G. Deep Impurities in Semiconductors / A.G. Milnes – NY: Wiley, 1973. – 526

p.

УДК 621.315.59: 546.681

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОТОУПРУГОЙ ПОСТОЯННОЙ АРСЕНИДА

ГАЛЛИЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ АНИЗОТРОПИИ ЕГО УПРУГИХ

СВОЙСТВ Остриковская Д.А.

Кременчугский национальный университет имени Михаила Остроградского,

ул. Первомайская, 20, г. Кременчуг, 39600, Украина, e-mail: kogdasMAX@yahoo.com

Арсенид галлия на сегодняшний день является одним из перспективных полупровод-

никовых материалов. Основными областями применения приборов GaAs являются быстро-

действующие микросхемы, СВЧ устройства, мобильные телефоны и детали инфракрасной

оптики. Каждая из этих сфер использования накладывает свои собственные требования от-

носительно качества кристалла.

В связи с этим особенно актуальной становится проблема повышения структурного

совершенства выращиваемых слитков арсенида галлия (снижение плотности дислокаций и

уровня внутренних механических напряжений (ВМН)) [1].

Изучение возникновения ВМН и ее влияние на параметры приборов на основе GaAs

является весьма актуальной задачей, как с точки зрения науки, так и производства. Решение

этой задачи позволяет определить условия для получения слитков с низкими плотностями

дислокации, а также создать условия для целенаправленного изменения температурных

условий роста [2].

Целью данной работы является измерение фотоупругой постоянной С в арсениде гал-

лия, для определения в плоскости пластины зон с неравномерным распределением механиче-

ских напряжений.

В качестве образцов для измерения фотоупругой постоянной использовался арсенид

галлия выращен в ориентации [100], легированный хромом, с концентрацией примесей

5·1014 см-3, удельным сопротивлением 107 Ом·см, диаметром 100 мм.

Из центра слитка было вырезано 7 пластин толщиной 5 мм, методом рентгеновской

дифракции были определены кристаллографические направления в каждой пластине. Далее

из пластин было вырезано образцы размером 10×100 мм в соответствии с кристаллографиче-

скими направлениями (рис. 1), с шагом в 15 градусов (первый образец вырезан из пластины

1 по направлению [001]).

В дальнейшем образцы подвергались двусторонней алмазной полировке до толщины

1,2 мм и разделялись на три равные части по длине.

НМІТФ – 2016

- 211 -

Рисунок 1 – Схема разрезания пластин GaAs

Для измерения фотоупругой постоянной в пластинах арсенида галлия, с использовани-

ем «четырех точечного метода», было разработано устройство структурная схема которого

приведена на рис. 2.

Рисунок 2 – Структурная схема устройства «Пьезо-1» для измерения фотоупругой

постоянной (1 – исследуемый образец, 2 – основание, 3 – датчики давления,

4 – микрометрический винт, 5 – нагрузочное устройство)

Результаты измерений фотоупругой постоянной полученные при измерении пластин

GaAs приведены в табл. 1, где номер измерения соответствует номеру образца на рис. 1. Там

же представленные и значение С рассчитанные по формуле

22sin)441211

()441211

(4

30)(

nC ,

и результаты получены в работе [3].

Таблица 1 – Результаты измерений и расчетов фотоупругой постоянной

Выводы. Таким образом, разработанная установка, для измерения фотоупругой по-

стоянной в пластинах GaAs с дискретностью измерений 0,1 мм по площади платины, а также

усовершенствованный метод, который позволил уменьшить относительную погрешность

измерений до ± 2%, позволили впервые получить картину распределений фотоупругой по-

образца α

С, 10-11 Па-1 С, 10-11 Па-1 С, 10-11 Па-1

Измеренное Рассчитанное [3]

1 2 3

1 0 [001] 1,17 0,015 1,16 1,15 1,43

2 15 1,02 0,013 1,02 1

3 30 0,86 0,012 0,85 0,83

4 45 [011] 0,65 0,01 0,64 0,63 0,65

5 60 0,8 0,012 0,8 0,79

6 75 0,9 0,014 0,91 0,95

7 90 [010] 1,18 0,016 1,19 1,16

НМІТФ – 2016

- 212 -

стоянной в пластинах GaAs в плоскости (100) с учетом кристаллографических направлений и

анизотропии упругих постоянных Е и ν.

Список использованной литературы

1. Ling W. J., Wang. X. N. and Dang Y. L. Study of Deformation in the Active Region of

GaAs/GaAlAs Laser Diodes // Applied Mechanics and Materials. – 2013. – Vol. 333-335. – P. 332-

335.

2. Martinez O., Sanz L. F., Jimenez J., Martin-Martin A., Gerard B., Gil-Lafon E. Stress dis-

tribution mapping of GaAs on Si conformal layers // J.Appl. Phys. – 2007. – Vol. 101 Issue 5. – P.

054901.1-054901.5.

3. Peng H. J., Wong S. P., Ho H. P., and Zhao S. Measurement of orientation dependent

stress-optic coefficient of GaAs single crystals // Appl. Phys. Lett. – 2004. – Vol. 84. – P. 1829.

Выполнено под руководством ст. преп. Кафедры ИУС, к.т.н. Когдася М.Г.

УДК 537.52

НОВІТНЯ ІОННО – ПЛАЗМОВА КОМБІНОВАНА СИСТЕМА ДЛЯ

ФОРМУВАННЯ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ ПЛІВКОВИХ СТРУКТУР

Гончаров О.А., Дробков М.Є., Семенюк В.Ф., Четверик В.В.

LLC “GreSem Innovation”, 03028, м. Київ, проспект Науки, 46

bees@voliacable.com

Іонно-плазмові технології знайшли широке застосування в сучасних високих техноло-

гіях нанесення функціональних покриттів і тонких плівок [1].

Представлена іонно-плазмова комбінована система для формування функціональних

плівок з регульованими властивостями являє собою вакуумно-технологічну камеру, яка

оснащена запатентованими іонно-плазмовими геліконним та плазмово-дуговими джерелами

власної розробки [2]. Технологічна камера базується на сучасному вакуумно-технологічному

обладнанні для отримання «безмасляного» вакууму на основі турбомолекулярного та сухого

форвакуумного насосів. Контроль параметрів робочого середовища здійснюється багатока-

нальним блоком датчиків витрат робочих газів та прямим мембранним вимірювачем робочих

тисків. Параметри плазми контролюються in situ вбудованим оптичним спектрометром. Іон-

но-плазмові джерела забезпечують формування плівок та покриттів в нерівноважних умовах

за густини іонів в плазмових потоках до десятків мА/см2 при енергіях в діапазоні 10 – 200 еВ.

Це дозволяє при реалізації PVD та плазмово-активованих CVD процесів формувати багато-

компонентні та багатошарові плівки із швидкостями до 30 нм/сек як на провідних, так і діе-

лектричних підкладках з характерним розміром в 100 мм.

Іонно-плазмові джерела надають також можливість створювати без використання

спеціалізованих прекурсорів багатошарові прецизійні структури з характеристиками, анало-

гічними тим, які отримуються при використанні процесів атомного пошарового нанесення –

ALD технології . В цьому режимі забезпечується низькотемпературне формування прецизій-

них гетероструктур із контрольованими швидкостями нанесення шарів на рівні 0,2 – 0,5

нм/сек.

НМІТФ – 2016

- 213 -

Принципова схема іонно-плазмової комбінованої системи наведена на рис.

Рис. 1. Принципова схема технологічної камери

Розроблені геліконне джерело з плоскою антеною та плазмово-дугові джерела сумісні

за робочим тиском, який становить біля 1 Па. Вони також узгоджені за конфігурацією магні-

тних систем. Єдиною умовою їхнього функціонування є перевищення електронної циклот-

ронної частоти над частотою зіткнень електронів з нейтральними частинками. Це надає мож-

ливість працювати джерелам плазмових потоків як послідовно, так і одночасно для форму-

вання багатошарових та багатокомпонентних плівок. Фотографії, зроблені через оглядове

вікно при послідовній роботі геликонного (ліворуч) та плазмово-дугового (праворуч) дже-

рел, представлені на рис. 2.

Рис. 2. Фото плазмових потоків з геликонного та плазмово-дугового джерел

Рис. 3. Наноструктурований шар Fe Рис. 4. Результати циклування півелемента з

кремнійкомпозитним та літієвим електродами

НМІТФ – 2016

- 214 -

Особливістю розроблених іонно-плазмових джерел є те, що вони, завдяки інтенсив-

ному бомбардуванні поверхні підкладинки потоками аргонової плазми, забезпечують пос-

тійне підтримання її в атомно чистому стані, в тому числі і при формуванні наноструктуро-

ваних плівок. При цьому температура підкладинки не перевищує 70 – 80 ºС. На рис. 3 наве-

дена типова ТСМ мікрофотографія наноструктурованого каталічного шару Fe з характерним

розміром структур в декілька нанометрів, сформованого на підкладинці із монокристалічно-

го кремнію через підшар наноструктурованого TiN. Структура з каталічним шаром Fe вико-

ристовувалась для подальшого низькотемпературного вирощування вуглецевих нанотрубок.

Ще один приклад ефективного використання комбінованої іонно-плазмової системи

для формування плівкових кремнійкомпозитних анодів підвищеної ємності для літій-іонних

акумуляторів наведений на рис. 4. Результати гальвано-статичного циклування зразка пито-

мою ємністю 2000 mAh/g в режимі часткового використання свідчать, що зазначені плівкові

структури забезпечують можливість створення вторинних джерел живлення з життєвим ча-

сом 300+ циклів заряд – розряд без зниження ємнісних параметрів.

Список використаної літератури

1. A.A.Goncharov. Rev.Sci.Instrum. 87, 02B901 (2016).

2. Семенюк В.Ф., Веремійченко Г.М. Патент UA 86943 U від 10.01.2014.

UDC 535.215

THE PROCESSES OF RECOMBINATION OF CHARGE CARRIERS IN

InGaAs-GaAs HETEROSTRUCTURE NANOOBJECTS InGaAs

Holovin V.V.1, Prokopets V.M.2, Kondratenko S.V.3

1 Taras Shevchenko National University of Kyiv, Faculty of Physics, Chair of Optics, 64/13

Volodymyrska str., 01601 Kyiv, Ukraine; phone/fax: +38(067)239-53-09;

E-mail: VitaliyHolovin@gmail.com 2 Taras Shevchenko National University of Kyiv, Faculty of Physics, Chair of Optics, 64/13

Volodymyrska str., 01601 Kyiv, Ukraine; phone/fax: +38(097)746-87-50;

E-mail: vadym.prokopets@gmail.com 3 Taras Shevchenko National University of Kyiv, Faculty of Physics, Chair of Optics, 64/13

Volodymyrska str., 01601 Kyiv, Ukraine; phone/fax: +38(067)401-58-16;

E-mail: Kondratenko@ukr.net

An important direction of development of modern semiconductor physics is the creation of

various low dimensional heterostructures with quantum wells, quantum threads and quantum dots

with predetermined parameters for the needs of nano- and optoelectronics. Nanostructures based on

the InGaAs are promising materials for manufacturing photodetectors in infrared light with a high

spectral sensitivity.

The processes of recombination of charge carriers in InGaAs-GaAs heterostructures with

InGaAs nano-objects were studied by measuring the kinetics of extinction photoresponsivity of

three samples (10ML, 8ML, 6ML) with different geometry placing quantum wire. Individual

parameters, the average relaxation time of the charge carriers and the parameters of the relaxation

time spread, that characterize the processes of recombination of charge carriers were calculated.

НМІТФ – 2016

- 215 -

Fig. 1. Kinetics attenuation photoconductivity for different samples 10ML, 8ML and

6ML after Fourier filtering and transformation.

Obtained data from approximations of attenuation kinetics of three samples are shown in table 1:

Table 1. Parameters of approximation of samples after Fourier transformation.

Parameters

Samples 10ML ∆ 8ML ∆ 6ML ∆

T, c 0,00532 4,58E-05 0,00648 5,79E-05 0,00377 3,59E-05

Β 0,47648 0,00323 0,41292 0,00268 0,39677 0,00265

CONCLUSION:

Based on the obtained data were calculated and compared approximation parameters T and β. By

increasing the effective thickness of the deposited layers of InGaAs parameter β increases: β

(10ML) = 0,476> β (8ML ) = 0,413> β (6ML) = 0,397.

Reference

1. Photoconductivity peculiarities in InGaAs quantum wire heterostructures: anisotropy and

high photoresponsivity at room temperature / S. V. Kondratenko, O. V. Vakulenko, Vas. P. Kunets,

Yu. I. Mazur, V. G. Dorogan, M. E. Ware and G. J. Salamo. 2012. – 2 р.

2. Scientific-popular international annual «Science and Humanity». – Moscow: Znanie,

1976. – РР. 277–288.

3. Lashkarev V.E., Lubchenco A.V., Sheinkman M.K. Non-equilibrium processes in photo-

conductors. – Kyiv: Naukova Dumka, 1981. – 133 р.

НМІТФ – 2016

- 216 -

УДК 621.315.592

PHOTOLUMINESCENCE STUDY OF Cu2ZnSnS4 THIN FILMS GROWN

FROM SULPHIDE PRECURSORS AT LOWER TEMPERATURE

Semenenko M. *, Ganus V., Babichuk I., Krikunov K., Klyui A.

V. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, NAS of Ukraine, pr. Nauky 41, Kyiv, Ukraine

*E-mail: semandko@gmail.com

The problem in energy generation and accumulation becomes more important due to deple-

tion of conventional energy sources and growth of economical demands. Technologies for produc-

tion of solar cell have been remained actually. They focus on search of materials for alternative en-

ergy production and thin-film solar cells (TF SC) development. One of the promising candidate is

kesterite Cu2ZnSnS4 (CZTS). The advantages of application of CZTS are material has a direct band

gap (1.4-1.5 eV) and has high absorption coefficient (104-105 cm-1 in the visible wavelength range).

Additionally, the cost effective initial components and their non-toxicity during the synthesis make

it suitable in design of photovoltaic PV devices. According to Shockley-Queisser model the effi-

ciency of TFSC PV is theoretically estimated and has a limit in 32.2%. Up today, the record of la-

boratory prototype has reached efficiency in 12.6 %. Empirical turn point for the development and

industry production of photovoltaic devices is 15 %. In this work, photoluminescence (PL) spectra

of CZTS TFs obtained at two different temperatures and in two different gas environments were

investigated. TFs were deposited using binary compounds ZnS, CuS and SnS on glass substrates

with Mo bottom layer. Annealing was carried out at two temperatures 370 ºC and 390 ºC in air and

in nitrogen atmosphere. Relatively low temperature was chosen to apply such structure with flexible

organic polymer films in next investigations. The PL spectra were studied at 80 ºK. Light beam of

YAG:Nd-laser with a wavelength of 532 nm was applied. PL spectra characterized by slightly

asymmetric broad bands with a position of maximum at 1.26 ± 0.01 eV. As it was discussed in [1],

in structures similar to CZTS at a low doping level PL were caused by recombination of donor-

acceptor pairs or by the transition from conduction band to the level of acceptor [2]. Thus, PL can

be deconvoluted in three Lorentzian components as exciton and two donor-acceptor transitions. Ex-

perimental spectra with components are plotted in Fig. 1. The nature of PL can be described by

comparing results with discussed in Refs. [1-2] and theoretical calculations of the energy spectrum

of point defects and their complexes in CZTS [3]. All results were summarized in following blocs.

- According to [3] the binary complex of defects Сu–Zn + Zn+

Cu can be characterized by the

lowest energy formation out of all possible binary complex defects. For this complex ∆Н is equal to

0.21 eV, while for all other complexes the energy of formation is in several times higher. For the

complex Сu–Zn + Zn+

Cu this energy does not change due to stoichiometric ratio. We assume, this can

be occurred due to the transformation of TF from Cu-rich and Zn-poor to opposite situation TF with

Zn-rich and Cu-poor. Thus, if at least one of the lines in PL spectra is can be associated with binary

complex of defects, it should exhibit more or less clearly in samples with different stoichiometry

ratio. Indeed, value of energy of 0.21 eV correlates with the acceptor depth, which may be ex-

plained by appearing the PL peak at 1.2 eV - 1.3 eV occurred in all experiments.

- If we compare PL spectra with results in Refs. [1, 2] we can see that despite mismatch in position

of energy peaks, the spectrum is located within the range of 1.0 ÷ 1.3 eV. However, the center of sym-

metry of curve in the low-energy side for [1] and our case slightly shifted compared to the data plotted in

[2]. This can be explained by the way that in Ref. [1, 2] samples were Cu-rich. As it was noted earlier, this

property causes a great imperfection of CZTS structures by increase of concentration of antisite defects.

This may also slightly results in decrease of band-gap. Additionally, upon the statement described in [2]

the transitions from conduction band to acceptor levels of CuSn defects may be responsible for PL. Then

the reduction of Cu in samples should increase the defects VSn, which the location depth is higher than for

acceptors CuSn on 0,05 eV - 0,07 eV according to Ref. [3]. Therefore, actual emitting transition energy

НМІТФ – 2016

- 217 -

from conduction band to acceptor levels may be reduced to such value causing small difference in PL

spectra.

1,1 1,2 1,3 1,4 1,50,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

I, a

rb.

un.

E, eV

nitrogen

370oC

1

2

3

1,1 1,2 1,3 1,4 1,50,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0 nitrogen

390oC

I, a

rb.

un

E, eV

1

2

3

1,1 1,2 1,3 1,4 1,50,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0 air

370oC

I, a

rb.

un

.

E, eV

1

2

3

1,1 1,2 1,3 1,4 1,50,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0 air

390oC

I, a

rb.u

n.

E, eV

1

2

3

Fig 1. PL spectra of CZTS TFs. 1 - transitions of CuSn and VSn defects from conduction band to ac-

ceptor levels; 2 – transition between the binary complex defects Сu–Zn + Zn+

Cu 1.2 eV - 1.3 eV; 3 –

transitions between (Zn2-Sn + 2Zn1+

Cu) and (V-Cu + Zn+

Cu) complex defects.

- According to the calculations proposed in Ref. [4] significant energy of the formation of complex

defects (Zn2-Sn + 2Zn1+

Cu) and (V-Cu + Zn+

Cu) which are possible in our samples (Cu-poor/Zn-rich), with a

strong deviation from stoichiometry ratio can be significantly reduced. As a result these complex defects

can be dominant or relevant in non-stoichiometric samples. This fact may also be the reason for some of

the aforementioned changes in the PL spectra when deviation in stoichiometry is revealed.

- Finally, in spite of nonuniform surface, PL can be formed by emitting processes of particles with

different stoichiometry for both Cu-poor/Zn-rich and Cu-rich/Zn-poor. Changes in FL spectra are associat-

ed with their relative contribution to the PL. In this case we cannot exclude the dominance of emmiting

mechanism of Cu-poor/Zn-rich complex in our samples and Ref. [2] for donor-acceptor transitions

through the formation of a ZnCu donors. This defects have the same location depth of E = 0.27 eV as СuSn

in Cu-rich/Zn-poor samples according to Ref. [4]. The change of temperature and environment is not

affected on the nature of PL, since the main bands do not change their positions. But most decreasing in

the halfwidths of the PL bands are revealed upon annealing in air at 390 °C. This suggests that the film

was formed with a stoichiometry close to ideal composition.

References

1. M.I. Amal, K.H. Kim. Structural and optical properties of sulfurized Cu2ZnSnS4 thin fіlms

from Cu–Zn–Sn alloy precursors // Journal of Materials Science: Materials in Electronics – 2013. –

Vol. 24 – No. 2. – P. 559–566. 2. J.P. Leitao, N.M. Santos, P.A. Fernandes [et al.]. Photoluminescence and electrical study

of fluctuating potentials in Cu2ZnSnS4-based thin films // Physical Review B. – 2011. – Vol. 84. –

P. 24120-1 –24120-8.

3. M. Grossberg, J. Krustok, J. Raudoja [et al.] The role of structural properties on deep

defect states in Cu2ZnSnS4 studied by photoluminescence spectroscopy // Applied Physics Letters. –

2012. – Vol. 101. – No. 10. – P. 102102-1 – 102102-4.

НМІТФ – 2016

- 218 -

UDC 539.213.2; 539.216.2

LONG-TERM RADIATION-INDUCED OPTICAL EFFECTS IN

CHALCOGENIDE VITREOUS SEMICONDUCTORS

Kavetskyy T.S. 1,2 1Drohobych Ivan Franko State Pedagogical University, 24 I.Franko Str., 82100 Drohobych, Ukraine 2The John Paul II Catholic University of Lublin, 14 Al. Raclawickie, 20-950 Lublin, Poland

kavetskyy@yahoo.com

Radiation-induced optical effects (RIOEs) caused by 60Co -irradiation in chalcogenide vitre-

ous semiconductors (ChVSs) are well known to be used for dosimetric applications. RIOEs could

be also considered as the main control parameter of radiation sensitivity of ChVSs. It has been es-

tablished on the example of Ge-As-S [1] and Ge-Sb-S [2] systems that the total RIOE consists of

two components: dynamic component which relaxes with time during 2-3 months after -irradiation

and static component which remains stable a lot of period of time after -irradiation. But, the ques-

tion “how long RIOE’s static component would be existed?” was not examined yet.

In the present work it is reported, for the first time, that the -irradiated (2.41 MGy accumu-

lated dose) glasses As2S3 (2 mm thick) and Ge15.8As21S63.2 (1 mm thick), both measured 10

years after -irradiation, exhibit radiation-induced optical darkening effect, i.e., long-wave shift of

fundamental optical absorption edge. In the case of As2S3 glass, the observed long-term radiation-

induced optical darkening effect is comparable well with that reported in literature for -irradiated

(3 MGy accumulated dose) As2S3 glass (1.5 mm thick), measured just after -irradiation [3]. In

view of practical applications, this finding demonstrates the possibilities for development of innova-

tive ChVS based long-term dosimetric systems with stable and control parameters.

This work was supported in part by the MES of Ukraine (#0114U002616).

References

1. Shpotyuk O.I. Radiation-stimulated changes in the transmission of chalcogenide glasses

of As2S3-Ge2S3 / O.I. Shpotyuk, E.R. Skordeva, R.Ya. Golovchak, V.D. Pamukchieva, A.P. Kovalskii

// Journal of Applied Spectroscopy. – 1999. – V. 66. – N. 5. – p. 749-753.

2. Shpotyuk O.I. Radiation-induced changes in optical transmission in vitreous semiconduc-

tors of the GexSb40-xS60 system / O.I. Shpotyuk, T.S. Kavetskyy, A.P. Kovalskiy, R.V. Lutziv, V.

Pamukchieva // Ukrainian Journal of Physics. – 2001. – V. 46. – N. 4. – p. 495-498.

3. Shpotyuk M.V. On the origin of radiation-induced metastability in vitreous chalcogenide

semiconductors: The role of intrinsic and impurity-related destruction-polymerization transfor-

mations / M.V. Shpotyuk, M.M. Vakiv, O.I. Shpotyuk, S.B. Ubizskii // Semiconductor Physics, Quan-

tum Electronics & Optoelectronics. – 2015. – V. 18. – N. 1. – p. 90-96.

НМІТФ – 2016

- 219 -

UDC 621.315.592

THE NATURE OF PARAMAGNETIC DEFECTS IN SILICON FILMS

OBTAINED BY GaS DETONATION DEPOSITION METHOD

Bratus’ V.Ya. 1, Klyui M.I. 1,2, Temchenko V.P. 1,2, Gorbulik V.I. 3

1V. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, National Academy of Sciences of Ukraine

v_bratus@isp.kiev.ua 2College of Physics, Jilin University, Changchun, 130012 P.R. China, E-mail: klyuini@ukr.net

3Chernivtsi Faculty of Kharkiv National Technical University “KhPI”

Preparation of device quality silicon gas detonation deposited (Si-GDD) films as an active

layer in thin film solar cell demands of profound insight of their structure and defects influenced on

device characteristics. Electron paramagnetic resonance (EPR) gives the unassailable information

concerning the type and structure of defects and their possible transformations during technological

processing. This work focuses on elucidating the basic types of defects in Si-GDD films.

The silicon films 600–1000 nm in thickness were deposited on copper or silicon substrates

by GDD method. Silicon powders were produced by a standard ball milling process for mono- and

polycrystalline Si wafers of both n- and p-type. The EPR study of defects was carried out within the

temperature range 77–300K using an X-band spectrometer (microwave frequency mw 9.26÷9.45

GHz) with a 100 kHz field modulation and a cylindrical cavity operating in the TE011 mode.

As illustrated in Fig. 1, a typical spectrum of Si-GDD films may be decomposed into three

major components with Lorentzian shape. Two constituents of the broad line named DB have the g-

factor of 2.0059 ± 0.0002 (line db1) and 2.0043 ± 0.0002 (line db2) and comparable intensities.

Fig. 1. a – The experimental EPR spectrum (dots) and simulated spectrum (line) of a GDD-film de-

posited with the p-type monocrystalline Si powder; b – the components of the simulation and

c – the difference spectrum between the experimental and the simulated spectra.

НМІТФ – 2016

- 220 -

Spectra analysis shows that the broad EPR line of Si-GDD films displays resonances originating

from different configurations of silicon dangling bonds, it can be readily registered at 300K.

Determined at 77K the effective g-factor 1.9992 ± 0.0002 of the narrow line named CE

steers a middle course between conduction electron g-factor in crystalline Si samples doped with P

(g=1.9986) and with Li (g=1.9995). In general, the EPR spectra observed for films under investiga-

tion are similar to ones for undoped and n-type hydrogenated micro-crystalline silicon. The emer-

gence of the CE resonance for Si-GGD films produced from p-Si is a striking aspect. For p-type Si

the EPR signals with a g-factor about g=1.999 have been previously reported only on porous sam-

ples: a low intensity signal under thermal equilibrium and an intense line with strong above-band-

gap light excitation.

Observation of the DB and CE lines in Si-GDD films has initiated an EPR study of defects

on initial Si powders generated by the ball milling process. Fig. 2 represents the EPR spectra of Si

powders produced on a variety of Si wafers. Spectra simulations show that the dominant signal

originates from the db1 defects, the DB line asymmetry is determined by imposition of the db2 line

with fourfold smaller integral intensity. Hence certain part of Si submicron and micron-sized pow-

der particles has been oxidized during the ball milling process. In addition, a weak CE signal is ob-

servable for all the powders, it is most pronounced for polycrystalline p-Si powder.

Fig. 2. The EPR spectra of Si powders produced via ball milling of monocrystalline n-Si (a), poly-

crystalline p-Si (b) and monocrystalline p-Si (c); Т=77K, = 9.248 GHz.

It appears reasonable that some additional portion of Si powder is oxidized in the GDD pro-

cess in the course of heating to several hundred degrees Centigrade in gas explosion and subsequent

moving to the target in air ambient. As well known, a positive, fixed, surface-state charge Qss re-

sults from a nonstoichiometric silicon-oxygen structure in the Si/ SiO2 interface region. The EPR

observation of defects assigned to silicon oxide and suboxides testifies to the fact that the GDD pro-

cess is preferable to Qss creation. Finally, the positive Qss is capable of producing the inversion layer

in p-type Si, providing a possibility to fill band and tail states to electrons.

In conclusion, while crystalline character of the Si-GDD layers is verified by Raman scatter-

ing results, the formation of amorphous Si and Si oxide inclusions is directly followed by the EPR

detection of the DB and CE centers. From the EPR standpoint a Si-GDD film constitutes a com-

pound incorporating closely packed and partially oxidized crystalline Si domains.

НМІТФ – 2016

- 221 -

Рисунок 1. Пленка по-

ристого GaAs на подложке

УДК 53.093

ПУТИ ПОСТРОЕНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ ДАТЧИКОВ

ВОДОРОДА НА ПОРИСТОМ АРСЕНИДЕ ГАЛЛИЯ

Оксанич А.П., Притчин С.Э., Холод А.Г.

Кременчугский национальный университет имени Михаила Остроградского,

ул. Первомайская, 20, г. Кременчуг, 39600, Украина, e-mail: pritchinse@gmail.com

Контроль концентрации и утечкек водорода применяется во многих областях про-

мышленности, начиная с нефтегазовой добывающей отрасти и заканчивая контролем водо-

рода в водородсодержащих топливных элементах.

Не смотря на то, что для измерения концентрации водорода в настоящее существует

достаточно много технических решений, актуальной остается задача создание малогабарит-

ных датчиков работающих при температуре чувствительного элемента близкой к комнатной

(20 0С), обладающих высоким быстродействием, хорошей чувствительностью и малыми га-

баритами.

Анализ существующих решений построения малогабаритных датчиков концентрации

водорода показал, что хорошие результаты были получены при использованием диодов с ба-

рьером Шоттки на элементах палладий-арсенид галлия (Pd/GaAs) [1]. Эти датчики имеют

малые габариты, могут работать при комнатной температуре, но обладают сравнительно ма-

лой чувствительностью.

Для повышения чувствительности датчиков Pd/GaAs авторы использовали диод с ба-

рьером Шоттки на пористом арсениде галлия (Pd/porous-GaAs).

Исследование проводилось на двухсторонне поли-

рованных подложках GaAs/Si кристаллографической ори-

ентации (100) c концентрацией легирования

Nd = 1х1015 см-3.

Перед травлением подложка подвергалась химиче-

ской полировки, очистке и промывке в дистиллированной

воде.

Слой пористого GaAs получался методом электро-

химического травления в электролите HF(48 %) : C3H7OH

= 1 : 1. Плотность тока поддерживалась на уровне 20 мА,

время травления 20 минут с использованием источника

света мощностью 100 Вт.

Полученный авторами пористый арсенид галлия на

подложке показан на

рис. 1, структура показана на рис.2.

На porous-GaAs формировался слой палладия путем

электрохимического осаждения. Осаждение палладия про-

водилось из водяного раствора хлорида палладия в соляной кислоте при температуре 80 0С.

Осаждение проводилось в соответствии с [2]. Выбор палладия был обоснован хорошей адге-

зией палладия к GaAs, как показано в работе [3].

Омический контакт к диоду Шоттки создавался на обратной стороне подложки, кото-

рая была подвергнута ионной имплантации кремнием до уровня Nd = 1х1019 см-3.

Омический контакт к слою n+ GaAs создавался путем напыления слоев AuGe/Ni/Au

общей толщиной 300 нм с последующим отжигом при температуре 350 0С в течении 30 ми-

нут (выдержка) с градиентом нагрева и охлаждения 10 0С/мин.

НМІТФ – 2016

- 222 -

Рисунок 2. Структура пористого

GaAs. Оптический микроскоп,

увеличение 560Х

Испытания предложенного датчики водорода проводились в потоке водорода при

комнатной температуре 20 0С с одновременным построением вольт-амперной характеристи-

ки. Чувствительность датчика определялось как отношение тока в потоке водорода и при

отсутствии водорода при фиксированном напряжении 0.5 В.

Относительное значение чувствительности предложенных датчиков при комнатной

температуре и концентрации водорода 500 ppm составила 1.8, что на 20% выше аналогично-

го значения для датчиков построенных на базе Pd/GaAs диодов с барьером Шоттки.

Выводы:

Предложена технология изготовления и конструкция датчика водорода на основе

Pd/porous-GaAs в виде диода с барьером Шоттки. Показано увеличение чувствительности

датчика Pd/porous-GaAs при комнатной температуре порядка на 20% по сравнению с датчи-

ком на Pd/GaAs.

Список использованной литературы

1. Salehi A. Room temperature carbon monoxide sensor using ITO/nGaAs Schottky contact

/ A. Salehi, A. Nikfarjam // Sens. Actuators . – 2004.– V. B 101.–

P. 394–400

2. Ghita R.V. Chemical deposited Pd on GaAs / R.V. Ghita, M. Nedelcu, M.F. Lazarescu //

Cryst. Res. Technol. – 2002. – V. 37 (4) . – P. 323–328

3. Xie Z. The effect of the vertical load on the scraping test/ Z. Xie, J. Zhu//Thin Solid Films.

– 1998. – V. 315. – P. 192–198.

1 2

3

4

5

Рисунок 3. Конструкция датчика водоро-

да Pd/porous-GaAs: 1 – осажденный слой

Pd; 2 – слой porous-GaAs; 3 – слой n-

GaAs; 4 – слой n+ GaAs; 5 – оммический

контакт

НМІТФ – 2016

- 223 -

УДК 621.315.592

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ГРАДИЕНТОВ В КРИСТАЛЛЕ И

РАСПЛАВЕ ПОЛУИЗОЛИРУЮЩЕГО АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ

Оксанич А.П., Андросюк М.С.

Кременчугский национальный университет имени Михаила Остроградского

ул. Первомайская, 20, г. Кременчуг, 39600, Украина. Е-mail: maxander87@gmail.com

Значительное влияние на устойчивый монокристаллический рост, и на структурное

совершенство оказывают температурные поля в кристалле и расплаве, а также характер их

изменения в процессе вытягивания кристалла. Экспериментальное определение граничных

условий в виде температурных полей и температурных градиентов в условиях роста монок-

ристаллов GaAs могут применятся при разработке технологии получения монокристаллов

GaAs високого качества.

Максимальные термоупругие напряжения в процессе квазистационарного роста крис-

таллов возникают в области кристалла, примыкающей к фронту кристаллизации, длина ко-

торой соответствует его диаметру и определяется потоками тепла с поверхности слитка в

этой области а также условиями подвода тепла к границе раздела фаз. Поэтому с целью сни-

жения уровня напряжений при выращивании кристаллов полуизолирующего GaAs необхо-

димо уменьшать тепловые потоки с поверхности кристаллов путём установки греющих

экранов в области фронта кристаллизации, с одной стороны, и формировать плоскую изоте-

рму в подкристальной области расплава путём отработки рациональной гидродинамики рас-

плава – с другой.

Проведённые в настоящей работе эксперименты по выращиванию монокристаллов

полуизолирующего GaAs показали, что устойчивый монокристаллический рост кристаллов

GaAs возможен только в сравнительно узком интервале (20–40 град/см) осевых температур-

ных градиентов.

Для анализа процессов теплопереноса в расплавах полупроводниковых материалов

необходимо определить граничные условия в виде распределения температур на стенке тиг-

ля и вблизи поверхности расплава (применительно к GaAs под слоем флюса).

Распределение температур на стенке кварцевого тигля и поверхности расплава фикси-

ровались алундированными термопарами ВР 5/20 диаметром 100 мкм, спаи которых завари-

вались в кварцевые чехлы, а сами чехлы приваривались к внутренней стенке тигля. Констру-

кция координатного устройства позволяла измерять распределение температуры, как по по-

верхности расплава, так и в подкристальной области, на любой стадии процесса вытягивая

слитка. Схема расположения термопар в кварцевом тигле представлена на рис. 1.

Рисунок 1 – Схема расположения термопар ВР 5/20

в стенках кварцевого тигля и по поверхности расплава

НМІТФ – 2016

- 224 -

На рис. 2 приведено распределение температур на стенке тигля для двух случаев под-

вода тепла при выращивании монокристаллов GaAs – радиального (сплошная линия) и дон-

но-радиального (пунктирная линия).

Рисунок 2 – Распределение температур на стенках кварцевого тигля:

радиальный подвод тепла

- - - - - - донно-радиальный подвод тепла

Следует отметить, что в случае радиального подвода тепла температура на оси у дна

тигля, близка к температуре кристаллизации. Это является следствием примерно одинаково-

го отвода тепла через растущий кристалл и через донную часть тигля, что является необхо-

димым условием для формирования близкой к плоской изотермы в подкристальной области

расплава. Кроме того, стабилизация распределения тепловых потоков в подкристальной об-

ласти расплава, по-видимому, обеспечивает получение более стабильного осевого темпера-

турного градиента со стороны расплава в процессе вытягивания слитка.

Оценка осевых температурных градиентов в расплаве и кристалле приводилась по-

средством измерения осевого распределения температуры при заращивании в слитках

вольфрам-рениевой термопары. Результаты экспериментов представлены в табл. 1.

Таблица 1 – Температурные градиенты в расплаве и кристалле полуизолирующего

GaAs при выращивании в различных тепловых условиях из кварцевого тигля.

Способ подвода

тепла к расплаву

Вес

загрузки

тигля, кг

Осевые градиенты, град/см

В жидкой

фазе вблизи

фронта

В твёрдой

фазе вблизи

фронта

Кристалл

во

флюсе

Кристалл

вне флюса

Донно-боковой 5,5 27 95 120 110

Боковой 5,5 30 75 85 80

Выводы

Полученные экспериментальные данные позволили определить распределение темпе-

ратур в процессе выращивания монокристаллов GaAs, что дало возможность оценить изме-

нение осевых градиентов температуры при использовании разных методов подвода тепла к

расплаву GaAs.

Список использованной литературы

1. Kobayashi, n., iwaki, t. (1985) ”athermoelastic analysis of the thermal stress produced in

a semi-infinite cylindrical single crystal during the czochralski growth”, journal of crystal growth,

no. 97, pp. 96–110.

НМІТФ – 2016

- 225 -

ІНФОРМАЦІЙНІ ТА КОМП’ЮТЕРНО – ІНТЕГРОВАНІ

ТЕХНОЛОГІЇ,

СИСТЕМИ АВТОМАТИКИ ТА УПРАВЛІННЯ,

МОДЕЛЮВАННЯ ОБ’ЄКТІВ КЕРУВАННЯ

Інформаційні технології, системи управління

та відображення інформації.

Інформаційні технології проектування

автоматизованих систем.

Комп’ютерно-інтегровані технологічні

процеси і виробництва.

Комп’ютеризовані системи автоматики та

управління.

НМІТФ – 2016

- 226 -

MDC 331.5:002.63

AN INFORMATION AND ADVISING SYSTEM OF MAKING DECISION

SUPPORT OF THE EMPLOYMENT SERVICE FOR A CLIENT

SEARCHING FOR A JOB

Rylova N.V., Olefirenko S.V., Zakharchenko J.R.

Ostrogradskiy Kremenchuk National University

Str. Pervomayskaya, 20, Kremenchuk, 39600, Ukraine.

E-mail: rylovanataly@rambler.ru, yana.kashpur@list.ru

Modern information technologies in social sphere of employment service do not allow to

fully provide a high percent of rapid employment of a person, his return to the social useful activity.

Such systems need to reduce the time for job search and time staffing of free working hours. In ad-

dition, the actual problem is a real-time service of the population by means of such systems, search-

ing jobs, not only in the local database, but in employment centers across the country, including the

automatic mode and when the client is absent [1].

Information technologies in the social sphere provide:

– collection of facts and static data about social relationships and processes;

– information storing in the form that would make it possible to find quickly and easily, up-

date timely and submit the information if necessary.

Information Systems (IS) can be divided into information and referral (passive systems, that

answer the question «what if?»), supplying information to the user after connecting to the system

upon request, and information and advising (active systems), which periodically supply to the sub-

scriber some necessary information. There are corporate IS, which allow the user to modify, add or

improve the solutions offered by the system, then sending these changes to the system for checking.

The system can change, add or improve these solutions and send them back to the user. The process

continues until an appropriate solution is made.

The employment service workers often encounter with poorly structured tasks. Obviously, in

this case, the necessary assistance in the development and justification of decisions must be provid-

ed, adequate to changing conditions, in which a managed system operates, and influences from the

environment. Decision Support Systems (DSS) is a powerful tool for the development of alternative

options of actions, analysis of the consequences of their application and improvement of leadership

skills in such important areas of its activity as making a decision. Thus, the advising information

systems produce information that is taken into account by user and does not turn into a series of

concrete actions. These systems have a higher degree of intelligence, as they are characterized by

processing knowledge rather than data. That is, the user can take note of this information, and to

offer a different solution other than the recommended by system [2].

One of the modules of the system is designed to assist in the selection of possible place of

work based on the personal views of customers about the desired nature of future activity. Support

for decision-making in this particular situation (the situation of individual choice) is provided by

interactivity and flexibility of DSS: the system works in conjunction with the user, developing and

changing his vision of the problem, the structure and the contents of which should be described in

terms of multicriteria evaluation of alternative options. Working with the system begins with a short

description of the alternatives (objects), among the choice will be made. It is suggested to provide to

the user a multi-criteria assessment of each of the possible options through the usual language.

Next, the system checks the consistency of the information provided by the person, checks the con-

tradictions and determines the value of the incoming information. After this the information is input

into the system and, based on the concept of multicriterion utility theory, supplies the user priorities

that allows you to rank objects of choice. An arranged list of options is accompanied by the im-

НМІТФ – 2016

- 227 -

portance data of each of the evaluation criteria. During operation with the system, you can make

adjustments to enable and disable elements and criteria, to change their own assessments and priori-

ties. If the system detects controversy in the user's action, it sends it to the same procedure, where

this controversy arose. An important feature of the system is that it allows you to interrupt your

work with the system at any stage, what is more, a further update of the interrupted operation is

possible at a convenient time for the user without additional configuration.

Tab. 1 shows the elements of the dialogue between DSS of employment service and the cus-

tomer.

Table 1 – Elements of DSS of Employment Service dialogue

The wage level and

kind

Working conditions Social guarantees Transportation to

work

Straight Availability of overalls Social benefits(sick

leave, vacation,

vouchers)

The distance from

home to work

Piecework-bonus Availability of over-

time

Trade union Fare

Indirect piecework Opening hours(breaks,

shift organization)

– Provision of official

vehicles

Piece-progressive – – –

lump-sum – – –

mixed(part time-

piecework)

– – –

In the process of dialogue between the client and the system, the latter analyzes the input data and

compares it with the existing requests of enterprises. If a coincidence occurs, the system displays the in-

formation about available job vacancies, otherwise - the client receives some advice on the possible re-

training of vocational guidance.

Baseline data (statistical data, expert estimates) may be included into the system through the im-

port data, and also through the dialogue windows (task in graphical or tabular form).

When making difficult decisions it is necessary to involve experts - specialists in the various fields

of knowledge. To make the decision you must take into account the interconnectedness of all factors relat-

ing to the competence of different experts. The knowledge base is based on expert knowledge. When

building a knowledge base the logical model was used. The knowledge base should be used for many pur-

poses. For this "garter" means of possible solutions (alternatives) of various problems to the hierarchy of

objectives are provided.

The proposed system has a modular structure that allows you to incorporate new procedures and to

upgrade the already included ones into the system in accordance with the new requirements.

Conclusions. The proposed information and advising system has the following characteristics: the

system assists to the chief in the decision-making process and provides support throughout the entire range

of contexts tasks; supports and enhances the user's evaluation; improves the efficiency of decision-making;

performs the integration of models and analytical methods to the standard data access and sample of them;

system is friendly to users and does not require deep knowledge of computer science; based on the princi-

ple of interactive problem solving (dialogue support in a continuous mode); focused on flexibility and

adaptability to adapt to environmental changes and modification of approaches to solving problems; does

not force the user to use a specific decision-making process.

References

1. Safronov V. M. Forecasting and modeling in social work / V.M. Safronov. – Moscow:

Academy, 2002. – 192 p.

2. Sidorova E. A. The approach to the intellectualization of document / E. A. Sidorov, Igor

Kononenko // Information technologies. – 2004. – 11. – P. 2–11.

НМІТФ – 2016

- 228 -

УДК 621.341.572

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В РЕЗОНАНСНЫХ ИНВЕРТОРАХ НА

ОСНОВАНИИ МЕТОДА ПЕРЕМЕЩЕНИЯ РАБОЧЕЙ ТОЧКИ

Хансаа А. Гази Алькасра, Чернышов Н.Н., Слюсаренко А.А.

Харьковский национальный университет радиоэлектроники

61166, Харьков, пр. Ленина, 14, каф. Микроэлектроники, электронных приборов и устройств

E-mail: mykola.chernyshov@nure.ua

Одним из методов оценки потерь в резонансных инверторах является метод опреде-

ления проводимости резонансного контура. Для описания изменения тока и напряжения при

работе силовых ключей используются графики перемещения рабочей точки транзистора, ко-

торые показывают область безопасной работы (ОБР), а также реальные значения тока и

напряжения в заданный момент времени. Основным отличием резонансных преобразовате-

лей от преобразователей с жестким переключением силовых ключей является применение в

силовом каскаде индуктивных и емкостных элементов, которые, образуя резонансный кон-

тур с собственной частотой, более высокой, чем частота коммутации, создают квазигармо-

ническую форму тока, в которой всегда существуют моменты нулевого значения тока и

напряжения. В связи с этим целью доклада является анализ величины среднего значения тока

транзисторов и инверсных диодов, входящих в состав силового каскада преобразователя, при

различных режимах работы. Для снижения динамических потерь и защиты силовых ключей

используются специальные цепи, содержащие в себе реактивные элементы, которые коррек-

тируют форму траектории перемещения рабочей точки с целью недопущения ее выхода за

пределы ОБР. Это определяет практическое значение доклада. Учитывая особенности рабо-

ты резонансных преобразователей, необходимо выяснить, насколько оправдано применение

цепей коррекции, которые управляют перемещением рабочей точки транзистора для повы-

шения эффективности преобразования [1-3].

Возможны два режима работы преобразователя:

– режим разрывных токов, при котором частота коммутации транзисторов меньше

половины собственной резонансной частоты LC-цепи;

– режим неразрывных токов, при котором частота коммутации транзисторов больше

или равна половине собственной резонансной частоты LC-цепи.

Среднее значение тока, протекающего через транзистор равно [4]

,ω

ω

2π

)cos(τ-1II

R

SVT

VTVTav m (1)

где mVT

I – амплитудное значение тока, протекающего через транзистор.

Среднее значение тока, протекающего через инверсный диод

,ω

ω

2π

)cos(τ1II

R

SVD

VDVDav m

(2)

где mVD

I – амплитудное значение тока, протекающего через инверсный диод.

Из этих уравнений могут быть определены исходные значения времен VTτ и

VDτ соб-

ственной частоты резонансного контура и частоты коммутации силовых ключей, а также от-

ношение входного напряжения к напряжению первичной обмотки трансформатора. Исход-

ные значения этих величин как функции зависимости отношения напряжения на первичной

НМІТФ – 2016

- 229 -

обмотке трансформатора к входному напряжению и отношения собственной частоты резо-

нансного контура к частоте коммутации силовых ключей показаны на рис.1.

а б в

Рисунок 1 – Зависимости длительности импульсов проводимости транзистора (а) и

инверсного диода (б) от коэффициента передачи резонансного контура, и длительности

импульсов проводимости транзистора (в) от величины отношения собственной

резонансной частоты контура к частоте коммутации транзисторов

Введение в схему снаббера, содержащего в себе дополнительную индуктивность, приво-

дит к незначительному увеличению максимального напряжения на транзисторе, которое не вы-

ходит за границы ОБР. Результаты исследований были получены в пакете SWCAD на компью-

терной модели резонансного преобразователя, работающего на эквивалент дуги сварочного ап-

парата (рис.2). Преобразователь был протестирован на двух частотах: 65кГц и 100кГц. Для

65кГц – LR=5.3мкГн, CR=282нФ, для 100кГц – LR=2.3мкГн, CR=282нФ. Параметры схемы:

входное напряжение 150В, выходное напряжение 10В, выходной ток 100А, частота коммутации

65кГц. Параметры источника ЭДС V2: Uвых=10В; Rвн=1Ом. Экспериментальные результаты под-

тверждают предположение, что потери проводимости на транзисторах и диодах не зависят от

частоты. Эффективность преобразователя составила 93,8%, эффективность применения снаббе-

ров составила 1,8%.

Рисунок 2 – Схемотехническая модель резонансного преобразователя

Вывод

В результате исследований установлено, что потери для резонансных преобразовате-

лей в режиме непрерывных токов значительно превышают потери в режиме разрывных то-

ков за счет большей величины потерь на резонансном дросселе и трансформаторе. Следова-

НМІТФ – 2016

- 230 -

тельно, резонансные преобразователи в ряде случаев могут оказаться недостаточно эффек-

тивными из-за резкого увеличения среднеквадратичного значения коммутируемого тока. По-

лученный результат может считаться положительным лишь для преобразователей большой

мощности.

Список использованной литературы

1. Ivensky G., Zeltser I., Kats A., Ben-Yaakov S. Reducing IGBT losses in ZCS series seso-

nant converters // Applied Power Electronics Conference APEC. – 1996. – P.475-481.

2. Павлов Г.В., Обрубов А.В., Покровский М.В. Особенности энергообмена в последо-

вательно-резонансных преобразователях // Техническая электродинамика. – К.: 1999. – 6.

– С.36-41.

3. Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства, характеристики,

применение / Изд. 2-е переработанное. – М.: Издательский дом “Додэка ХХI”, 2005. – 384 с.

УДК 004.932.2

ЛОКАЛІЗАЦІЯ ШТРИХ-КОДІВ НА ЗОБРАЖЕННЯХ

Рибальченко О.В., Жураковська О.С.

Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», проспект

Перемоги, 37, м. Київ, Україна.

E-mail:rv_oleg@ukr.net

Задача полягає в пошуку одновимірного штрих-коду на довільних зображеннях. Ви-

кривлення через форму об’єкта та розмитість і невідома наперед орієнтація коду роблять цей

процес ще складнішим. Необхідність такого розпізнавання виникає, зокрема, при аналізі ав-

томатично отриманих фотографій для деякого товару. Отримавши його штрих-код, можна

визначити цей товар у прайс-листі та зібрати усі його зображення в одну серію. Це є важли-

вим етапом автоматичного виробництва фотоконтенту. Отже, метою дослідження є отри-

мання швидкого та ефективного алгоритму розпізнавання орієнтованих довільним чином

штрих-кодів на зображеннях.

Для більш ефективного розпізнавання алгоритм доцільно розбити на два основних

кроки:

− локалізація – знаходження області, в якій очікується штрих-код;

− розпізнавання – визначення коду в локалізованій області зображення.

Це пояснюється складністю розпізнавання коду у багатьох напрямках при великій

роздільній здатності зображення. Від вдалої локалізації залежить швидкість та точність роз-

пізнавання, тому в статті пропонуються деякі зміни існуючого її алгоритму – перетворення

фотографії на монохромну, застосування оператора Собеля та метода Оцу. Оператор Собеля

- диференційний дискретний оператор, що дозволяє обчислити наближення градієнту зобра-

ження в точці [1]. Спочатку зображення потрібно перевести з кольорового у градації сірого,

щоб кожен піксель характеризувався лише одним значенням – яскравістю. Перетворення в

окремій точці можна здійснити за наступною формулою:

,

де – яскравість, червона, зелена та біла складова відповідно,

– обчислена яскравість,

– коефіцієнти перетворення.

Після цього зображення можна представити у вигляді скалярного поля, а швидкість

зміни яскравості відносно координат пікселя буде градієнтом цього поля. Таким чином, гра-

дієнт для кожної точки складається з двох компонент – похідних функції яскравості по гори-

зонталі та вертикалі. Значення цих похідних характеризують швидкість зміни яскравості у

НМІТФ – 2016

- 231 -

цій точці, а отже, ймовірність того, що вона лежить на межі об’єкту розпізнавання. Можна

помітити, що оскільки одновимірні штрих-коди формуються з високих, проте вузьких смуг,

вертикальні та горизонтальні похідні поряд з ним будуть сильно відрізнятися. Отже, ймовір-

ну область із кодом можна отримати, обчисливши різниці цих похідних для усіх точок та ви-

діливши зону з найбільшими різницями. Розпізнавання у отриманій області виконати значно

легше, що зменшує загальну складність алгоритму.

Для уточнення заданої області доцільно застосувати метод Оцу – алгоритм, що обчи-

слює поріг бінаризації зображення таким чином, щоб внутрішньокласова дисперсія була мі-

німальною [2]. Отже, він поділяє пікселі зображення на два класи, що з урахуванням наведе-

ної вище обробки дозволяє чітко виділити область з потенційним штрих-кодом.

Таким чином, основні кроки існуючого алгоритму локалізації штрих-коду такі:

1. Відображення фото у градаціях сірого.

2. Обчислення горизонтальних похідних.

3. Обчислення вертикальних похідних.

4. Обчислення та збереження різниці горизонтальної та вертикально похідної в кож-

ній точці.

5. Застосування методу Оцу для збереженого поля з різниць похідних.

Перевагою методу є швидкодія, проте недоліком – складність розпізнавання кодів, що

розташовані по діагоналі. Адже в такому випадку похідні по горизонталі та вертикалі будуть

практично рівними, а різниця між ними невелика. Для виправлення цього недоліку можна

додатково обчислювати різницю між діагональними похідними та обирати найбільшу з різ-

ниць [3].

Для підвищення ефективності алгоритму статті пропонується заміна методу Оцу на

метод збалансованого порогового відсікання гістограми. Цей алгоритм обчислює поріг біна-

ризації зображення таким чином, щоб розділити його гістограму яскравості на дві частини з

найменшою різницею [2]. Перевага методу Оцу полягає в кращій роботі з зашумленими зо-

браженнями з невеликою контрастністю. Проте, в контексті розпізнавання фотографій това-

рів, отриманих у спеціально створених умовах за допомогою високоякісної апаратури, доці-

льно використовувати саме алгоритм порогового відсікання гістограми. Це зумовлено його

швидкодією та високою ефективністю на якісних зображеннях.

Висновки. Ця модифікація алгоритму дозволяє ефективно застосовувати алгоритм

розпізнавання для ідентифікації об’єктів за їх фотографіями для створення фотоконтенту та

прив’язки його до конкретних товарів. Під час здійснення обробки великої кількості зобра-

жень надзвичайно важливою є швидкість їх аналізу, тому розглянута заміна алгоритму біна-

ризації дозволить значно покращити цей процес. При автоматизації процесу фотографування

товарів для наповнення каталогів за допомогою такого методу можливо зв’язувати серію зо-

бражень та запис у прайс-листах чи списках без участі людини. Тоді отримання, обробка і

публікація знімків може відбуватися швидко і з мінімальним втручанням операторів. Прик-

ладом такого застосування є фотографування товару з його обертанням для розміщення на

сайті Інтернет-магазину.

Список використаної літератури

1. RoboCraft [Електронний ресурс] : [Веб-сайт]. – Електронні дані. – Режим

доступу: http://robocraft.ru/blog/computervision/460.html (дата звернення 01.04.2016) –

OpenCV шаг за шагом. Обработка изображения - операторы Собеля и Лапласа.

2. Exploring Image Binarization Techniques / Nabendu Chaki,Soharab Hossain

Shaikh,Khalid Saeed. – 2014. – pp. 17-43.

3. Azoft [Електронний ресурс] : [Веб-сайт]. – Електронні дані. – Режим

доступу: http://www.azoft.ru/blog/raspoznavaniyei-barkodov/ (дата звернення 01.04.2016) –

Новые возможности в распознавании баркодов.

НМІТФ – 2016

- 232 -

УДК 004.922+51-37

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ ОБРАБОТКИ РАСТРОВЫХ

ИЗОБРАЖЕНИЙ ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ

Ивон А.И., Истушкин В.Ф., Лищенко А.А.

Днепропетровский национальный университет им. Олеся Гончара, г. Днепропетровск,

пр. Гагарина, 72, 49010, Украина, e-mail: a_ivon@mail.ru

Данные электронной микроскопии обычно представляют как растровые изображения

с масштабной линейкой известной длины L0. Эта линейка позволяет определить масштаб

растрового изображения, что дает возможность измерить длину и площадь различных объек-

тов на микрофотографии электронного микроскопа.

Целью настоящей работы является создание методики измерения геометрических па-

раметров (размеров и площади) объектов на растровых изображениях электронных микро-

скопов и создание программы, реализующей эту методику.

Началом координат для любой точки растрового изображения является его верхний

левый угол (координата x − это смещение точки по горизонтали, координата y – по вертика-

ли). Координаты любой точки растрового изображения в пикселях можно получить путем

сканирования в графических редакторах. По результатам сканирования координат концов

масштабной линейки L0 можно найти масштаб растрового изображения Ml, который факти-

чески определяет абсолютную ошибку измерения длины, так как погрешность сканирования

составляет 1 пиксель.

Для измерения размеров объекта растрового изображения необходимо выполнить

сканирование в заданном направлении в двух точках на его краях. Результаты сканирования

координат x1, y1 и x2, y2 позволяют найти длину объекта l по формуле:

2

212

21 )()( yyxxMll . (1)

Используя известные положения теории ошибок [1], на основании (1) можно рассчи-

тать относительную погрешность измерения длины :

%.100)()(

22

212

21

2121

yyxx

yyxx

(2)

При расчете в (2) используют координаты точек в пикселях и = 1 пиксель.

Расчет площади объекта любой формы на растровом изображении можно свести к

расчету площади многоугольника, имеющего N углов. Можно показать, что в этом случае

площадь S через координаты углов xi, yi (1 i ≤ N) определяется как:

1

1

1111

2

))(())((2

N

i

iiiiNN xxyyxxyyMl

S , (3)

а относительная погрешность измерения площади S равна

%100

))(())((

21

1

1111

1

1

11

N

iiiiiNN

N

i

iiN

S

xxyyxxyy

xxxx

. (4)

На основании изложенной выше методики создана программа для измерения геомет-

рических параметров объектов растровых изображений электронных микроскопов. Измере-

ние выполняется путем сканирования координат объектов. Программа реализована сред-

ствами языков HTML, CSS, JavaSckript и библиотеки jQuery. Средой для ее использования

НМІТФ – 2016

- 233 -

являются браузеры сети Internet. Программа позволяет измерять размеры и площадь кри-

сталлитов, определять геометрические параметры трещин и включений, а также обеспечива-

ет вычисление относительной погрешности таких измерений.

Программа реализует следующие этапы обработки растрового изображения: 1). За-

грузка изображения в окно браузера; 2). Определение масштаба изображения по результатам

сканирования масштабного отрезка L0; 3). Выбор типа измерения (измерение длины или

площади); 4). Сканирование координат измеряемого объекта; 5). Расчет длины или площади

объекта; 6). Представление результатов измерения. Окно программы на заключительном

этапе ее выполнения для случая измерения длины показано на рис. 1.

Рис. 1. Вид окна программы на заключительном этапе обработки растрового изображе-

ния, полученного с помощью электронного микроскопа

В окно браузера загружено растровое изображение поверхности стеклокерамики на

основе диоксида ванадия VO2, полученное при увеличении в 3000 раз (длина масштабной

линейки L0 = 1 мкм). Рис. 1 иллюстрирует заключительный этап измерения длины L в гори-

зонтальном направлении для двух сросшихся кристаллитов VO2, видных на переднем плане

изображения. Значение L определено с погрешностью 1% по результатам сканирования

двух точек на краях кристаллитов. Координаты сканированных точек в пикселях записаны

программой в столбцах “X”, “Y” таблицы.

Список использованнй литературы

1. Новицкий П. В. Оценка погрешностей результатов измерений / П.В. Новицкий,

И.А. Зограф. − Л.: Энергоатомиздат, 1991. – 304 с.

НМІТФ – 2016

- 234 -

УДК 003.26.09

USING PRNG BASED ON MULTIDIMENSIONAL DISCRETE HYPER

CHAOTIC SYSTEM FOR IMAGE ENCRYPTION

Krulikovskyi O.V., Haliuk S.D., Politanskyi L.F.

Yuriy Fedkovych Chernivtsi National University, 2 Kotsjubynskyi Str., Chernivtsi, 58012, Ukraine,

E-mail: o.krulikovskyi@chnu.edu.ua

Chaotic determined systems characterized a long-term unpredictable behavior and high sensitivity

to initial conditions. The trajectories of chaotic systems are unpredictable at large time intervals. Using of

these properties is a prerequisite for development new cryptographic algorithms [1].

The aim of this work is to develop a PRNG based on discrete multidimensional hyperchaotic sys-

tem. In [2] was presented a two-dimensional discrete chaotic system, described by (1):

(1)

where and are system parameters. Computed by Benettin Method Lyapunov

exponents of this system for and are equal 0.4075 and 0.4077.

The system is hyperchaotic because both Lyapunov exponents is positive.

We propose to increase dimension (1) to multidimensional next way:

(2)

We propose a pseudo-random generator based on the multidimensional nonlinear dynamic sys-

tem in eq. (2). System (2) was calculated in modeling system MATLAB using computations with dou-

ble-precision IEEE 754 format. In this manuscript we using the three dimensional variant of system (2).

The three sequence of iterations and can be represented as a sequence length of 64 bits. Dis-

tribution of variables and is unbalanced and asymmetric therefore binary sequence

and are unbalanced, scilicet have different number of symbols 0 and 1. For quality PRNG balance

are one of the basic requirements. To select bits that satisfying balance we generated three matrix (type

3) of size 64 × L with elements and .

(3)

where i - iteration number of variable or , j – serial number of level in 64 - bit rep-

resented by or , i = 1 … L and j = 1 … 64.

In this case, we propose took the 32 bits from each of the chaotic signal within a range of 25 to

56 bit. Then these 32 bits successively broke into four blocks of 8 bits each. Then the XOR operation

carried out between 1 and 3 and block 2 and 4. As a result, we received 16 bits from each of the chaotic

signal. This procedure for one of chaotic signals or shown on Fig. 1. To NIST statistical test

the generated sequences length of 1,000 to 1 million bits each. Generated sequences passed all NIST

statistical test. The using of proposed PRNG better show on example of encryption test image Lena Fig. 2 a by

diffusion method. Format of test image is .bmp.

Diffusion will carry on a typical classical scheme:

- using the proposed PRNG we generate image of the same size and type as the original image.

- then we add color value of each pixel of the generated image to the color values correspond-

ing pixel in the original image and thus obtain an encrypted image.

НМІТФ – 2016

- 235 -

The encrypted image obtained by adding test image with image generated proposed PRNG. For gener-ate pseudorandom image we used next parameters: and . The size of test image Lena is pixels.

Fig. 1. Process of bits selecting with chaotic signals.

a b

Fig. 2. a – test image Lena, b – encrypted test image.

Histogram of encrypted image Fig. 4. a is uniform that is a sign cryptographically secure of image en-

cryption algorithm. The correlation between the test image and encrypted image are . The

average value of the pixels color in test image are 98,583. The average value of pixel colors in encrypted test

image are 127,523, confirming even distribution of colors. On Fig. 2 b is not observed color image contours as

diffusion occurs for each pixel.

Also determined PRNG sensitivity to initial conditions. In this case, the simulation software allows to

show the generator sensitivity to . Set maximum sensitivity does not allow the use of software modeling.

The average value of pixel colors in decrypted test image by changing sub key on are 127.378. The corre-

lation between the test image and decrypted test image by changing sub key on is 0.0021. Secret key of

encryption divides on six sub keys: . The size of key for one iteration of diffusion

is .

Conclusion In this paper we have proposed a PRNG based on multidimensional discrete hyperchaotic system.

In order to increase performance of the encryption systems, the pseudo-random sequence is generated us-

ing the part of bits with higher balance. Results of the study are confirmed via the NIST tests. Also deter-

mined that sensitivity PRNG to key for image encryption is .

References

1. Ljupco Kocarev and Shiguo Lian (Eds.). Chaos-Based Cryptography Theory, Algorithms

and Applications // Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 397 pp., 2011.

2. B.I. Shahtarin, P.I. Kobylkina, Yu.A. Sidorkina, A.V. Kondratev, S.V. Mitin, Generatory

haoticheskih kolebaniy, Moscow, Gelios ARV, pp. 53-54, 2007.

32 bit 0 6

4

64 bit

8 bit 8 bit 8 bit 8 bit

PSEUDO-RANDOM SEQUANCE

1 2 3 4

56 25

64

НМІТФ – 2016

- 236 -

УДК 004.312

КОНФІГУРАТОР ДЛЯ НАЛАГОДЖУВАЛЬНИХ ПРИСТРОІВ НА

ОСНОВІ FPGAМАТРИЦЬ

Шевченко І.О.

Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ,

Україна, e-mail: shigor1206@gmail.com

ПЛІС (програмована логічна інтегральна схема) – електронний компонент, що вико-

ристовується для створення цифрових інтегральних схем. На відміну від звичайних цифро-

вих мікросхем, логіка роботи ПЛІС не визначається при виготовленні, а задається за допомо-

гою програмування. Всередині ІС міститься комірки, які реалізовуюсь задану логічну функ-

цію, наприклад комірка кристалу фірми Alteraсерії MAX10 [1]може реалізовувати будь-яку

чотирьох вхідну функцію. В останніх моделях кількість комірок досягає 50000, що дозволяє

створювати проекти майже будь-якої складності. Зокрема матриці мають внутрішню SRAM,

Flashпам'ять, блок PLL, АЦП, внутрішній генератор і т. д.

Програмування ПЛІС, встановлену на друковану плату, здійснюється за допомогою

спеціальних засобів конфігурування, що реалізують протокол JTAGта відповідного програм-

ного середовища. Найбільш поширеними засобами конфігурування, що використовуються

для програмування ПЛІС фірми Altera, є ByteBlaster [1] таUsbBlaster [1]. ByteBlaster підклю-

чаєтеся до комп’ютера за допомогою паралельного порту, який у сучасних ПК вже майже не

зустрічається. Пристрій програмування UsbBlaster має інтерфейс usbта 10-канальний роз’єм,

що з’єднуєтеся з платою.

При виготовленні налагоджувального пристрою для експлуатації в навчальних цілях є

сенс розробити подібний конфігуратор та внести його схему на друковану плату пристрою.

Це забезпечить більшу надійність, та зниження ціни виробництва при використанні аналогі-

чної, але менш дорогої елементної бази.

В основі розроблюваного конфігуратора лежить мікроконтролер PIC18F2550 [4], що

має usb інтерфейс для з’єднання з ПК. Тактування проводитися за допомогою зовнішнього

кварцу частотою 48 МГц. Дані передаються з usb диференціальною парою, на 15 та 16 вивід

мікроконтролера, де оброблюються та посилаються далі через JTAGвПЛІС. Програмування

PIC18F2550 опроводиться однократно по послідовному протоколу через 27 та 28 вивід МК.

Схема конфігуратора зображена на рис. 1.

Рис. 1 – Схема електрична принципова пристрою конфігурування

НМІТФ – 2016

- 237 -

Орієнтована вартість [5] виготовлення пристрою наведені у табл. 1

Таблиця 1 – Вартість основних компонентів

Найменування Ціна, $

PIC18F2550 2,5

Плата 1

Роз'єм штирьового з'єднання 0,02

Інші витрати 2

Тож, виготовляючи конфігуратор самостійно, витрати складуть близько 5,5$. Прист-

рій фірми AlteraUsbBlaster коштує 10$ [5], що майже у 2 рази більше.

Список використаної літератури

1. Altera measurable advantage [Електронний ресурс]. – URL: https://www.altera.com/

2. MicrochipDataSheet[Електронний ресурс]. – URL:

http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/39632c.pdf

3. Космодром [Електронний ресурс]. – URL: http://www.kosmodrom.com.ua

УДК 004.021

РОЗШИРЕНА АЛГЕБРА СТРУКТУРНИХ ЧИСЕЛ ДЛЯ ПОБУДОВИ

АЛГОРИТМІВ КЕРУВАННЯ

Ямненко Ю.С., Моргун А.В.

Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут»

Структурні числа (СЧ) та алгебра структурних чисел (АСЧ) завдяки простоті відо-

браження, гнучкості та наявним алгебраїчним операціям є потужним інструментом для ви-

рішення широкого спектру задач. Зокрема, у автономних системах електроживлення та сис-

темах з розподіленою генерацією (MicroGrid) математичний апарат СЧ може ефективно ви-

користовуватися для розрахунку параметрів робочих режимів споживання електричної енер-

гії. СЧ з розширеною алгеброю є перспективним напрямком досліджень та потребує деталь-

ного опрацювання.

На даний час досліджень стосовно застосування СЧ для побудови алгоритмів керу-

вання електротехнічних систем не було проведено. Cтандартна АСЧ не може повністю задо-

вольнити вимоги до формування спеціального структурного числа системи, що підлягає ке-

руванню.

У реальних системах, наприклад, SmartHouse та MicroGrid, наявна достатня кількість

об’єктів керування, кожен з яких має свої характеристики. Таким чином, кожен об’єкт може

бути описаний власним СЧ, а взаємодія цих об’єктів – іншим, утвореним внаслідок АСЧ, шо

описує стан системи.

АСЧ містить наступні визначені операції: додавання, множення, пряма та зворотна

похідна. Розширена АСЧ, на відміну від стандартної, має наступні складові:

1. Визначення повного , часткового та сформованого з деякого отриманого числа D:

2. Визначення операції віднімання. Нумерація стовпчиків починається з 0. У фігурних ду-

жках від’ємника вказується номер стовпчика:

НМІТФ – 2016

- 238 -

3. Розширення операції прямої похідної. Вибірка може бути здійснена як при врахуванні

всіх параметрів одночасно,так і при появі одного з них:

де структурне число, кількість параметрів, за якими провадиться процес

знаходження похідної, номер параметра, який не буде відображено в утвореному струк-

турному числі. Дана операція є достатньою для побудови алгоритмів систем керування. Це

пояснюється тим, що стан системи є динамічним, а цільова функція керування може форму-

люватись по-різному

4. Розширення операції зворотної похідної доданням додаткових критеріїв вибірки, анало-

гічним до прямої похідної.

5. Операцію рядкової, колонкової та повної уніфікації для формування структурного чис-

ла без повторень елементів у вказаних місцях.

Дані операції можуть бути використані у системах, де порядок елементів є чітко ви-

значеним, і повторення його у визначених позиціях неприпустимо.

Розширена АСЧ є новим інструментом для побудови алгоритмів керування електро-

технічними системами. Враховуючи її особливості, необхідно проводити подальші дослі-

дження з метою їх практичного застосування в реальних системах.

УДК 004.77:621.3

ІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ РОЗРОБЛЕННЯ ПРОТОТИПІВ

ЕЛЕКТРОННИХ ПРИСТРОЇВ ТА СИСТЕМ

Алексієв В.О.

Харківський національний економічний університетімені Семена Кузнеця, м. Харків,

просп. Науки, 9-А, 61166, Україна, e-mail: aleksiyev@gmail.com

Зараз стан та рівень застосування новітніх інформаційних технологій дозволив знач-

ною мірою прискорити час розроблення електронних пристроїв, покращити надійність та як-

ість систем на їх основі. На прикладі інформаційного розвитку транспортних систем можна

стверджувати про ефективність застосування новітніх методів та засобів розроблення склад-

них розподілених інформаційних систем [1]. Основним напрямом у створенні відповідних

рішень є застосування технологій хмарних обчислень та засобів Інтернету речей (IoT) [2].

Можна відзначити преваги методів швидкого розроблення прототипів електронних пристро-

їв та систем на базі рішень IoT (Internet of Things), які дозволяють перейти від проекту скла-

дної розподіленої системи до створення промислового зразку у найкоротший час.

НМІТФ – 2016

- 239 -

Основою будь-якого рішення для IoT є розроблення прототипу – фізичної моделі, елект-

ронного пристрою чи системи та визначення і реалізація засобів обробки даних. Особливістю

розроблення електронних пристроїв є поєднання процесів створення програмної складової з рі-

шенням завдань схемотехнічного проектування. Для розподіленої системи поруч із цим вирі-

шуються завдання інтеграції компонентів та розроблення рішень із застосуванням веб-

технологій. У якості методології управління таким проектом доцільно застосувати гнучкі підхо-

ди Agile-розробки, за аналогією із розробкою програмних продуктів. Також доцільним є засто-

сування методу управління розробкою Kanbanіз відповідною технологією візуалізації процесів

та етапів розроблення. Для впровадження засобів управління проектом можна застосувати зага-

льний Інтернет-сервіс або розгорнути веб-сервер із необхідними компонентами, наприклад, роз-

горнути традиційний стек LAMP (Linux-Apache-MySQL-PHP) та встановити вільну систему

Kanboard (http://kanboard.net/).

Для розробки апаратної складової проекту можна обрати декілька підходів (рис. 1).

Наприклад, розроблення систем чи приладів, що вбудовуються, організувати за методологією

наскрізного проектування електронних пристроїв та виконати всі етапи від реалізації схем: фун-

кціональної, структурної та електричної принципової, й подальшого моделювання роботи сис-

теми, розробки друкованих плат, створення прототипу, проведення його експериментальних ви-

пробувань, до випуску промислових зразків. Цей підхід є значно якіснішим за швидке прототи-

пування електронних пристроїв на базі застосування модульного підходу, завдяки контролю

якості на кожному етапі проектування. Однак, наскрізне проектування значно поступається ін-

шим підходам за швидкістю виходу готового продукту на рівень виробництва.

Іншим напрямом створення рішення у галузі IoT є застосування технологій побудови си-

стем автоматики та засобів автоматизації технологічних процесів, наприклад, рішення завдань

автоматизації виробництва на основі HMI/SCADA-системи GENESIS64. На цьому рівні впрова-

дження рішення здійснюється шляхом інтеграції уніфікованих компонентів промислового приз-

начення. Це швидкий та ефективний підхід, однак має найвищій рівень собівартості компонентів

та модулів, що застосовуються у розробці. Також цей підхід можна порівняти з застосуванням

розробок на рівні віртуальних приладів або плат реєстрації даних та управління процесами за

допомогою застосування спеціального програмного забезпечення, наприклад, системи

LabVIEW. Схожим є застосування рішень на базі модулів на базі SoC (System on Chip) або нала-

годжувальних плат типу StartKIT та ін. Застосування модульного принципу у розробці прототи-

пів електронних пристроїв зменшує собівартість досліджуваного зразку за рахунок врахування

зразкового дизайну плати та відповідних схемо технічних рішень виробників компонентів для

налагоджувальних або оціночних плат.

Рис. 1 – Визначення напряму щодо розроблення прототипу

НМІТФ – 2016

- 240 -

Гнучким та ефективним підходом до швидкого розроблення прототипів електронних

пристроїв та систем на сьогодні можна вважати здійснення розроблення на рівні застосуван-

ня відкритих апаратних рішень на базі проектів Arduino, Raspberry Piта ін. Це дозволяє вико-

нати розроблення, хоча не на рівні промислових систем, однак залучити наявні плати розши-

рення із багатою номенклатурою аналогових та цифрових рішень. Також на основі відкритих

апаратних рішень можна вдосконалити експериментальний зразок завдяки розробці друко-

ваної плати, наприклад,який буде відповідати певному промисловому форм-фактору. Таку

розробку доцільно виконати у системі автоматизованого проектування EAGLE або ін.

Поруч із розробленням апаратного устаткування для рішень IoT слід визначити рівень

оброблення даних. Публічні сервіси хмарних обчислень та спеціалізовані рішення у галузі

Інтернету речей надають універсальні продуктивні ресурси щодо отримання, обробки та збе-

рігання даних з пристроїв, що приєднані[3]. Ці сервіси оптимізовані для великих наванта-

жень та ефективно масштабуються. Поруч із цим доцільним є залучення ресурсів провайде-

рів хмарних сервісів або приватної хмари підприємства для розгортання спеціалізованих рі-

шень на базі застосування поширеного стандарту обміну повідомленнями MQTT. Напри-

клад, на базі серверу-брокеру Mosquitto (http://mosquitto.org/) або масштабованого універса-

льного рішення RabbitMQ (https://www.rabbitmq.com/)із відповідним адаптером для обміну

повідомленнями.

Висновки. Пропонується застосування гнучкої методології управління проектами на

базі веб-технологій для розроблення прототипів електронних пристроїв та систем. Приско-

рення розробки прототипів досягається завдяки застосуванню сучасних відкритих проектів

налагоджувальних плат на основі мікроконтролерів та (або) мікропроцесорів, що мають су-

місність із Arduino, RaspberryPi. У якості серверної складової відзначено переваги застосу-

вання технологій хмарних обчислень поруч із розробкою спеціалізованого програмного рі-

шення на базі протоколу MQTT.

Список використаної літератури

1. Алексієв В.О.Мехатроніка, телематика, синергетика у транспортних додатках:

навчально-методичний посібник / В.О. Алексієв, О.П. Алексієв, Ніконов О.Я. – Харків :

ХНАДУ, 2011. – 212 с.

2. Жирков А. Интернет вещей и облачные технологии Eurotech / А. Жирков // Совре-

менные технологии автоматизации. – 2015. – 2. – С. 6-12.

3. Dayarathna M. Comparing 11 IoT Development Platforms [Electronic resource] /

MiyuruDayarathna // DZone. – 2016. – Mode of access :https://dzone.com/articles/iot-software-

platform-comparison.

УДК 621.315.592

ЧИСЛОВЕ МОДЕЛЮВАННЯ СВІТЛОВИХ ВОЛЬТ-АМПЕРНИХ

ХАРАКТЕРИСТИК КРЕМНІЄВИХ ФОТОПЕРЕТВОРЮВАЧІВ З

АМОРФІЗОВАНИМИ ШАРАМИ

Козинець О.В., Скришевський В.А.

Київський національный університет імені Тараса Шевченка, Інститут високих технологій

01033 Київ, e-mail: alk@univ.kiev.ua

Сучасні стратегії розвитку кремнієвої фотовольтаїки спрямовані на збільшення ефек-

тивності та здешевлення сонячних елементів. Один із методів підвищення ефективності пе-

ретворювачів полягає у використанні домішкового фотовольтаїчного ефекту для генерації

носіїв квантами з енергією менше ніж ширина забороненої зони монокристалічного кремнію

НМІТФ – 2016

- 241 -

0

5

10

15

20

25

30

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

voltage (V)

cu

rre

nt

de

ns

ity

(m

A/c

m 2

)

reference celljc =jv =0.2 eV

1234

Рис. 1 Розрахункові світлові ВАХ моди-

фікованих структур для різних положень

аморфізованого шару: xAL =0.14(1), 0.5(2),

0.6(3) та 0.65L (4).

1,12 еВ (відповідна довжина хвилі 1.2 мкм). Для ефективного використання домішкового фо-

товольтаїчного ефекту можна застосувати, наприклад, іонну імплантацію глибоких домішок

в область просторового заряду n-p переходу. Вбудоване електричне поле переходу в такій

конфігурації сприяє розділенню електронно-діркових пар всередині шару. Природа енерге-

тичних рівнів які виникають в забороненій зоні може бути різною: вплив глибоких донорних

домішок, вплив глибоких акцепторних домішок при наявності додаткової імплантації домі-

шок донорного типу, постімплантаційні дефекти тощо. Оскільки таке “оптичне легування”

потребує високих доз та енергій під час процесу іонної імплантації, локальне збільшення

ширини забороненої зони є цілком можливим. У роботі [1] показано, що навіть після терміч-

ного відпалу та рекристалізації порушених структур монокристалічного матеріалу можливо

виникнення тонких аморфізованих шарів (товщиною 100-200 нм). Отже, у модифікованих

елементах можуть суттєво змінюються умови транспорту носіїв. Визначення оптимальних

параметрів такого шару, з точки зору підвищення ефективності фотоперетворення вихідної

структури становить актуальну задачу. В запропонованій роботі, на основі числових розра-

хунків з допомогою програми AFORS-het 2.4, проаналізовано умови збільшення ефективнос-

ті кремнієвих приладів за рахунок оптимального вибору положення шару в області просто-

рового заряду та вибору висоти його потенціальних бар’єрів. Зауважимо, що сучасні техно-

логії іонної імплантації та молекулярної епітаксії дозволяють контролювати основні параме-

три аморфізованого шару (положення xAL висота бар’єра, товщина, глибина залягання) в ши-

рокому діапазоні.

Розглянемо базову структуру на основі “різкого” n+-p кремнієвого переходу з типо-

вими параметрами: рівень легування емітера 1018см-3, бази _ 1016 см-3, довжина дифузії елект-

ронів в базі 200 мкм, дірок в емітері 0.5 мкм, товщина емітера 0.3 мкм, товщина бази 100

мкм, ширина області просторового заряду L = 0.6 мкм. Додатковий фотострум в аморфізова-

ному шарі товщиною d для спектрального розподілу N(λ) можна визначити як 2

1

(1 ) ( )(1 )AL ALdAL

LJ R N e d

,

для коефіцієнта поглинання αAL ~102-103 cм-1 в діапазоні довжин хвиль λ1=1.2 мкм< λ < λ2=2.5

мкм, за умови 100 проходів світлового потоку через активну область для AM 1.5, 0.1 Bт/cм2, AL

LJ складає близько 2.4 мA/cм2. Світлова вольт-амперна характеристика модифікованих

структур можна задати у вигляді [2]

0

5

10

15

20

25

30

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

voltage (V)

cu

rre

nt

de

ns

ity

(m

A/c

m 2

)

reference cellxAL=0.45L

1

23

4

Рис. 2 Розрахункові світлові ВАХ моди-

фікованих структур для різних висот

бар’єрів 0.15(1), 0.25(2), 0.3(3), and

0.4eV(4).

НМІТФ – 2016

- 242 -

exp 1m m AL m

L L o

eVJ V J J J

nkT

,

де m

oJ - струм насичення , m

LJ - фотострум в “кремнієвій частині структури” та самому шарі

для λ<1.2 мкм, коефіцієнт неідеальності n залежать від параметрів аморфізованого шару. Йо-

го об’ємні параметри відповідали стандартній моделі α-Si. На рис. 1 наведено світлові вольт-

амперні характеристики (ВАХ) структур з аморфізованим шаром товщиною 100 нм який

створює бар’єри 0.2 еВ для різних положень в області просторового заряду. Як випливає з

аналізу наведених кривих збільшення ефективності на 1-2 % можливе якщо xAL =0.2 L (крива

1) . У такому випадку фактор заповнення модифікованої структури практично не змінюється.

Однак для положень, що відповідають xAL > 0.5L(криві 2-4) відбувається cуттєве погіршення

густини струму короткого замикання (додаткові потенціальні бар’єри негативно впливають

на величину m

LJ ). На рис. 2 наведено характеристики структур з різними висотами потенціа-

льних бар’єрів для фіксованого положення xAL =0.45 L. Позитивний ефект зростання напруги

холостого ходу зумовлено в даному випадку обмеженням інжекції електронів в базову об-

ласть для великих бар’єрів 0.25-0.4 еВ (криві 2-4), що формально відповідає зменшенню ве-

личини струму насичення m

oJ . Однак суттєве погіршення форми кривих (відповідно до зме-

ншення фактору заповнення та до зростання коефіцієнта неідеальності n) виключає можли-

вість досягнути збільшення ефективності фото перетворення.

Висновки. Методами числового моделювання проаналізовано вплив параметрів амо-

рфізованого шару на ефективність фотоперетворення вихідної n+-p структури. Показано

принципову можливість збільшити ефективність перетворення на 1-2 % внаслідок додатко-

вого поглинання квантів з енергією hν<1,12 еВ, за умови вибору оптимального положення

аморфізованого шару в області просторового заряду.

Список використаної літератури

1. Ley M., Kuznicki Z.T. Experimental and theoretical investigation of a new potential bar-

riers due to sharp α-Si-c-Si heterointerfaces buried in the solar cell emitter // Solar Energy Materi-

als and Solar Cell. – 2002. – 72. – Р. 613-619. 2. Kozynetz A.V, Skryshevsky V.A. Theoretical analysis of the efficiency of silicon solar cell

with amorphized layer in space charge region // Ukr. J. Phys. – 2015. – 7. – Р. 620-626.

ПОБУДОВА МАКРОМОДЕЛЕЙ ДЛЯ ЗДІЙСНЕННЯ МОДЕЛЮВАННЯ

ЕНЕРГОСПОЖИВАННЯ У СИСТЕМІ SMART HOUSE

Тєлєга В.В., Комаревич О.М.

Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут» .

Макромоделі зручно використовувати для моделювання систем енергоспоживання

локальних об'єктів, таких як: житлові та виробничі приміщення, будинки, квартири, офіси

тощо. Макромодель – це комплексне представлення споживача електроенергії з урахуванням

електричних характеристик та еквівалентною електричною принциповою схемою

споживача. Оскільки наразі набуває популярності такі інтелектуальні системи як Smart Grid

(SG) та Micro Grid (MG) [1], макромоделі як інструмент підійдуть для того щоб побудувати

модель електроспоживання локального об’єкту, яка, в свою чергу, допоможе отримати дані

для забезпечення керування електроживленням будинку. Для моделювання споживання

електроенергії запропоновано створити спеціальне програмне забезпечення. Для початку,

цільовим об’єктом є житловий будинок, що обладнаний за технологією Smart House (SH).

Технологія SH використовує єдине комунікаційне середовище за допомогою Power Line

Communication (PLC), належить до SG, та має бібліотеку макромоделей електроприладів, що

НМІТФ – 2016

- 243 -

можуть бути використані у SH.PLC – спосіб передавання інформації з використанням

силових кабельних мереж. Таким чином, це система, яка здійснює збір та обробку даних, що

поступають з підконтрольних приладів та датчиків, та відповідно до отриманих значень

здійснює керування за заданими критеріями. А макромоделі спрощують процес

моделювання споживання електроенергії системи SH.

Однак, виникає складність створення макромоделей в цих системах. Ця проблема

полягає в тому, що існує велика різноманітність електроприладів, які використовуються й

споживають електроенергію в локальних об'єктах. Для вирішення цього питання було

запропоновано принцип побудови макромоделей з подальшим зберіганням їх у спеціальній

бібліотеці. Ця бібліотека містить в собі певний набір макромоделей за чітко-визначеною

класифікацією. Це, свою чергу, дозволить за єдиними правилами доповнювати її новими

компонентами в автоматичному режимі.

Для побудови макромоделі необхідно визначити основні електричні параметри

цільового приладу. Як було зазначено вище, макромоделі мають свою класифікацію. У даній

роботі запропоновано використати наступний алгоритм побудови макромоделей, що

показано на рис.1. Запропоновано використовувати класифікацію за локальним

розташуванням в будинку, тобто за приналежністю до певного приміщення. Для прикладу

наведено клас макромоделей, який складається з електроприладів, що використовуються у

приміщенні для приготування або вживання їжі. До таких електроприладів належать: чайник,

електроплита, витяжка, мікрохвильова піч, холодильник, кухонні комбайни тощо. Внесення

даних до бібліотеки, пропонується за наступним алгоритмом що зображено на рис 1.

Рис. 1. Алгоритм створення макромоделей

На першому кроці створення макромоделі, з обраного пристрою виділяються головні

параметри, та визначається еквівалентна схема електрична принципова. Другим кроком є

визначення графіку споживання потужності P(t). Цей графік показує як прилад споживає

електроенергію з моменту включення. Даний графік є різним, але в момент включення

виникає пікове, короткочасне споживання електроенергії після цього наступає усталений

режим споживання. Третім кроком є запис до бібліотеки отриманих даних з попередніх

кроків, також на цьому кроці макромоделі присвоюється зображення цього елементу в полі

вибору електроприладів та обирається до якого класу макромоделей він буде відноситись.

Для використання макромоделей у програмному забезпечення було створено

алгоритм, що зображено на рис.2. Користувач обирає необхідного класу приладів. Після

цього йому пропонується список із наявними макромоделями. За допомогою спеціальної

функції користувач здійснює перенос макромоделі до робочої області. Далі користувач

обирає до якої PLC розетки цей пристрій необхідно приєднати з подальшим встановленням

його пріоритету відповідно до якого буде визначатись розподілення електроенергії в мережі

будинку. Надавши команду про здійснення моделювання, програмне забезпечення зчитує з

бібліотеки схеми електричні принципові електроприладів та створює загальну електросхему

мережі будинку з метою здійснення подальших розрахунків. Оскільки в будинку всі розетки

приєднані паралельно до основного джерела живлення то і електроприлади будуть з’єднані

паралельно. Тож утворюється електросхема з паралельно підключеним навантаженням, за

НМІТФ – 2016

- 244 -

якою буде створено граф. За допомогою графу складається матриця підключень із

зазначенням параметрів моделей. На основі цієї матриці програмне забезпечення перетворює

її на структурне число (СЧ) для безпосереднього здійснення розрахунків.

Рис. 2. Алгоритм обробки моделі

У даній роботі було запропоновано використовувати макромоделі для моделювання

мережі електроживлення будинку. Для організації макромоделей було вирішено поділити

електроприлади на категорії. Це надасть змогу легше орієнтуватися в бібліотеці моделей,

яка, в свою чергу, зможе розширювати свою базу моделей електроприладів. Для роботи з

моделями також було запропоновано використовувати алгоритм для обробки даних. Таке

поєднання призначено для роботи в спеціальному програмному середовищі з метою

здійснення моделювання електроспоживання у локальному об'єкті.

Список використаної літератури

1. Onwunta E.K.O., Mohamed T.E.K. Journal of Energy and Power Engineering. – 2014. –

8. – РР. 1952-1963.

УДК 681.3

ПЕРСПЕКТИВИ ВИКОРИСТАННЯ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

В УПРАВЛІННІ ПІДПРИЄМСТВОМ

Терещенко В.Л., Терещенко В.В.

Кременчуцький інститут Дніпропетровського університету імені Альфреда Нобеля

вул. 60 років Жовтня, 79, м. Кременчук, 39600, Україна, e-mail: tereschenko@mail.ru

На сучасному етапі розвитку України та інтеграції до європейського і світового прос-

торів одним із її завдань є вдосконалення системи управління на підприємствах [1]. В умовах

суттєвого загострення боротьби за ринки збуту, обмеженості доступу до фінансових ресур-

сів, найбільші шанси на мінімізацію втрат та швидке відновлення економічних показників

матимуть насамперед ті підприємства, управління функціонуванням яких організовано з ви-

користанням сучасних та перспективних інформаційних технологій. Відповідно, питання

щодо вивчення перcпектив використання даних технологій в управлінні підприємством є ак-

туальним.

НМІТФ – 2016

- 245 -

Основна роль інформаційних, комп’ютерно-інтегрованих технологій полягає у ство-

ренні та експлуатації інформаційно адаптованих систем управління, які забезпечуватимуть

розв’язання задач координації функціонування підсистем, використання інтелектуальних пі-

дсистем підтримки прийняття рішень на основі баз даних та знань і систем управління ними,

ефективну організацію виробництва.

Основою будь-якого виробництва є технологічний процес – певна взаємодія знарядь і

предметів праці, обслуговуючої і транспортної систем, що утворюють складну багаторівневу

виробничу систему, в результаті чого випускається продукція, що відповідає критерію якості

у заданих обсягах [1].

Структурно управління виробництвом підрозділяється на три рівні: техніко-

економічне управління підприємством в цілому; управління цехами; управління технологіч-

ними ділянками. При деталізації завдань управління виділяються техніко-економічне, опера-

тивно-виробниче і технологічне управління. У організаційному управлінні виділяються два

види: управління людськими ресурсами та управління обладнанням [2]. Перший вид прийня-

то називати «управління інформаційним процесом». Він включає в себе техніко-економічне

та оперативно-виробниче управління. Другий вид отримав назву «комп’ютерно-

інтегроване», або «технологічне управління».

Відповідно, комп’ютерно-інтегроване управління виробництвом містить п’ять рівнів

автоматизації [3]:

1) I/O (Input/Output) – рівень зв’язку з устаткуванням. Тут забезпечується узгодження

зовнішніх елементів з пристроєм управління.

2) Control (Керування) – на рівні Control вбудовані в устаткування пристрої управлін-

ня по сигналах датчиків стану механізмів генерують команди управління виконавчими при-

строями – приводами, клапанами, світловими і звуковими сигналами.

Одночасно з управлінням інформація про роботу устаткування в реальному часі пере-

дається на рівень узагальненого контролю і збору даних SCADA.

3) SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) – на рівні SCADA ведуть сорту-

вання, перетворення і зберігання поточних даних, а також їх відображення на схемі процесу.

Для диспетчера відображується поведінка усіх одиниць устаткування: поточний стан і пока-

зники роботи машин, рух матеріальних потоків, узагальнена інформація. Системи SCADA

дозволяють спостерігати процес в цілому, відстежувати аварійну інформацію, часові тенден-

ції і статистичні характеристики процесу. При необхідності диспетчер передає узагальнені

команди управління устаткуванням.

4) MRP (Manufactoring Resources Planning) – рівень планування ресурсів. Це відомий

варіант автоматизації офісної діяльності з метою ведення бухгалтерського обліку, управління

фінансами і матеріально-технічним постачанням, організації документообігу. На цьому рівні

керівники виробництва аналізують кон’юнктурну стратегію: динаміку ринкових цін на про-

дукцію, що випускається, рівень прибутку по різних видах продукції, прогнозований попит.

5) MES (Manufacturing Execution System) – додатковий рівень виконання завдань, що

зв’язує менеджерів верхнього рівня з поточним виробництвом. На даному рівні інформація

від SCADA перетворюються в інформацію для MRP, ведеться оновлення бази даних, конт-

ролюється послідовність операцій, формується розклад перевірки і ремонту устаткування

залежно від тривалості фактичної експлуатації. Після аналізу цієї інформації з позиції вироб-

ничої і кон’юнктурної політики підприємства стратегічні рішення менеджера виконуються

на нижчих рівнях.

Перспективним напрямом ІТ-управління виробництвом на підприємстві є розвиток

концепції CALS (Continuous Acquisition and Life-cycle Support - безперервна інформаційна

підтримка життєвого циклу продукції) [2]. Це ідеологія створення єдиного інформаційного

середовища для процесів проектування, виробництва, випробувань, поставки і експлуатації

продукції. Системність інформаційного підходу полягає в охопленні всіх стадій життєвого

циклу продукції від задуму до утилізації.

НМІТФ – 2016

- 246 -

Інформація може бути представлена в базах даних у формі електронного конструк-

торського документа або у формі, придатній для сприйняття людиною [4]. Представлення

інформації у формі бази даних використовується при необхідності логічного структурування

великих обсягів інформації. При цьому дані певним чином розподіляються між таблицями

баз даних, записами в таблицях, полями в записах. Використовувані структури даних орієн-

товані на специфіку вирішуваних завдань. Іншою формою подання інформації є електронний

документ – структурований набір даних, що включає в себе заголовок, змістовну частину та

електронно-цифровий підпис. Електронний документ використовується як форма представ-

лення результатів роботи, призначеної для передачі з однієї автоматизованої системи в іншу

або подальшої візуалізації.

Висновки

1. На сучасному підприємстві застосування інформаційних систем та комп’ютерних

технологій перетворилося на необхідну складову ефективного та якісного виробництва. З

їхньою допомогою здійснюється збирання, накопичення та обробка даних, прийняття ефек-

тивних управлінських рішень.

2. В умовах конкуренції та обмеженості доступу до фінансових ресурсів, об’єкти уп-

равління не можуть ефективно функціонувати, якщо сучасні засоби електронної обчислюва-

льної та інформаційної техніки не використовуватимуться на усіх етапах виробничого про-

цесу, зокрема на етапі оперативного збирання та обробки інформації. Тому проблема вико-

ристання інформаційних технологій в управлінні суб’єктами господарювання є актуальною і

потребує подальшого вивчення.

Список використаної літератури

1. Карчева Г.С. Основні проблеми розвитку підприємств України в посткризовий пе-

ріод та шляхи їхнього вирішення / Г.С. Карчева // Вісник НБУ. – 2010. – 8. – С. 26-31.

2. Босак І.П., Кобрин Л.Й. Роль інформаційного забезпечення у підвищенні якості уп-

равління підприємством / І.П. Босак, Л.Й. Кобрин // Кваліологія книги. – 2014. – Вип.10. – С.

44-47.

3. Малигон Ю.О., Головченко Н.В. Використання сучасних інформаційних технологій

у менеджменті / Ю.О. Малигон, Н.В. Головченко // Науковий вісник НЛТУ України. – 2011. –

Вип. 19.3. – С. 265-271.

4. Клименко О.В. Інформаційні системи і технології в обліку. Навчальний посібник. /

О.В. Клименко – К.: Центр учбової літератури, 2010. – 320 с.

УДК 378:681.3

ПЕРСПЕКТИВИ ВИКОРИСТАННЯ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

В ОСВІТІ

Терещенко В.Л., Терещенко В.В.1, Терещенко Л.П.2

1Кременчуцький інститут Дніпропетровського університету імені Альфреда Нобеля

вул. 60 років Жовтня, 79, м. Кременчук, 39600, Україна. 2Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського

вул. Першотравнева, 20, м. Кременчук, 39600, Україна.

E-mail: tereschenko@mail.ru

Сучасний період розвитку суспільства характеризується сильним впливом на нього

комп’ютерних технологій, які проникають в усі сфери людської діяльності, забезпечують

розповсюдження інформаційних потоків у суспільстві, утворюючи глобальний інформацій-

ний простір. Невід’ємною та важливою частиною цих процесів є інформатизація освіти. Од-

ним із сучасних пріоритетів України, як і майже всього світу, є побудова орієнтованого на

НМІТФ – 2016

- 247 -

інтереси людей, відкритого для всіх і спрямованого на розвиток інформаційного суспільства

[1]. Сучасний рівень розвитку науки, бурхливі процеси автоматизації і комп’ютеризації ви-

магають нового підходу до фахової підготовки молоді, пошуку ефективних шляхів її вдоско-

налення. Таким чином, набуває актуальності питання пов’язане з необхідністю використаня

сучасних інформаційних технологій в освіті.

Інформатизація (лат. information – пояснення, викладення) є одним із головних на-

прямів сучасної науково-технічної революції, на якому ґрунтується перехід від індустріаль-

ного етапу розвитку суспільства до інформаційного [2]. Це процес перебудови життя суспі-

льства на основі використання достовірного, вичерпного і своєчасного знання у всіх суспіль-

но значущих видах діяльності. Інформатизація охоплює три взаємопов’язаних процеси:

а) медіатизацію (лат. mediatus – посередник) – удосконалення засобів збирання, збе-

реження і поширення інформації;

б) комп’ютеризацію – удосконалення засобів пошуку та оброблення інформації;

в) інтелектуалізацію – розвиток здібностей, сприйняття і продукування інформації,

тобто підвищення інтелектуального потенціалу суспільства, в т.ч. використання засобів шту-

чного інтелекту.

Інформатизація освіти в Україні є одним із пріоритетних напрямів реформування [3].

У широкому розумінні – це комплекс соціально-педагогічних перетворень, пов’язаних з на-

сиченням освітніх систем інформаційною продукцією, засобами й технологією, у вузькому –

впровадження в заклади системи освіти інформаційних засобів, що ґрунтуються на мікроп-

роцесорній техніці, а також інформаційної продукції і педагогічних технологій, які базують-

ся на цих засобах.

Однією із найістотніших складових інформатизації навчальних закладів є інформати-

зація навчального процесу – створення, впровадження та розвиток комп’ютерно орієнтова-

ного освітнього середовища на основі інформаційних систем, мереж, ресурсів і технологій

[2]. Головною її метою є підготовка фахівця до повноцінного життя і діяльності в умовах ін-

формаційного суспільства, комплексна перебудова педагогічного процесу, підвищення його

якості та ефективності.

Інформатизація освіти – це процес упровадження засобів нових інформаційних техно-

логій у систему освіти, що надає можливість:

1) вдосконалення механізмів керування системою освіти на основі використання ав-

томатизованих банків даних науково-педагогічної інформації, інформаційно-методичних ма-

теріалів, а також комунікаційних мереж;

2) удосконалення методології і стратегії добору змісту, методів і організаційних форм

навчання, що відповідають завданням розвитку особистості того, кого навчають, у сучасних

умовах інформатизації суспільства;

3) створення методичних систем навчання, орієнтованих на розвиток інтелектуально-

го потенціалу того, кого навчають, на формування умінь самостійно здобувати знання, здійс-

нювати інформаційно-навчальну, експериментально-дослідницьку діяльність, різноманітні

види самостійної діяльності з обробки інформації.

Основні напрями реалізації стратегії розвитку інформаційного суспільства у галузі

освіти в Україні було визначено Законом України «Про Основні засади розвитку інформа-

ційного суспільства в Україні на 2007-2015 роки»: «забезпечення комп’ютерної та інформа-

ційної грамотності населення, насамперед шляхом створення системи освіти, орієнтованої на

використання новітніх інформаційно-комп’ютерних технологій у формуванні всебічно роз-

виненої особистості» [3]. Стратегічним завданням України після 2015 року планувалося вхо-

дження до світового інформаційного суспільства за умови збереження політичної незалеж-

ності, національної самобутності й культурних традицій. Підвищення якості освіти на основі

розвитку і використання сучасних інформаційних технологій є одним із важливих кроків на

цьому шляху [2].

НМІТФ – 2016

- 248 -

З використанням інформаційних технологій можливості організації самостійної робо-

ти учнів та студентів розширюватимуться. Самостійна робота з дослідницькою і навчальною

літературою на паперових носіях зберігатиметься як важлива ланка самостійної роботи сту-

дентів загалом, але її основу тепер мусить становити самостійна робота з навчальними про-

грамами, тестуючими системами, інформаційними базами даних. Ефективність використання

засобів інформаційних технологій у навчальному процесі залежатиме від успішності

розв’язання завдань методичного характеру, пов’язаних з інформаційним змістом і способом

використання комп’ютеризованих систем навчання.

Висновки

1. Огляд напрямків реформування освіти і можливостей застосування інформаційних

технологій, дає підстави стверджувати, що вирішальним чинником досягнення основних ці-

лей реформування освіти є її інформатизація. Ефективні системи інформатизації освіти мо-

жуть бути створені лише за умови спирання на дослідження, що здійснюються в системі

освіти з урахуванням як сучасного стану, так і можливих трансформацій освіти у процесі її

реформування, сучасного стану і перспектив розвитку галузі інформаційних технологій,

останнх досягнень педагогіки, психології та інформаційних технологій навчання.

2. Необхідність упровадження інформаційних технологій у навчально-виховний про-

цес не викликає сумнівів. Однак варто зазначити, що нині у сфері освіти склалася своєрідна

ситуація: можливості комп’ютера величезні, але серйозного впливу на масову практику осві-

ти, поки що не спостерігаєься. Причина полягає, насамперед, у тому, що методичні основи

використання інформаційних технологій навчання потребують поглибленого дослідження.

Відповідно, актуальним напрямом подальшої розробки окресленої проблеми залишається

пошук шляхів підвищення ефективності застосування інформаційних технологій в освіті.

Список використаної літератури

1. Женевська Декларація принципів [Елетронний ресурс] – Режим доступу:

http://apitu.org.ua/wsis/dp

2. Биков В.Ю. Сучаснi завдання iнформатизацiї освiти / В.Ю. Биков // Iнформацiйнi

технологiї i засоби навчання. – 2015. – 1 – [Електронний ресурс]. – Режим доступу:

http://www.ime.edu-ua.net/em.html

3. Закон України «Про Основні засади розвитку інформаційного суспільства в Україні

на 2007-2015 роки» [Електронний ресурс]. – Режим доступу:

http://zakon2.rada.gov.ua/laws/show/537-16

УДК 535.813; 535.863, 535.89

ОСОБЛИВОСТІ ПОБУДОВИ PLC КОМУНІКАЦІЙНОГО

СЕРЕДОВИЩА З ВИКОРИСТАННЯМ ПОДОВЖУВАЧА

Федін І.С., Куцаченко Є.Р.

Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут»

Технологія передачі інформаційних сигналів за допомогою силових кабельних мереж

Power Line Communication (PLC) вперше з'явилася у 1922 році [1]. Ця технологія

використовувалася для моніторингу параметрів електроенергії (телеметрії). Однак, ця

технологія набула значного поширення з 1980 року [2], коли постала проблема пошуку

дешевого та надійного рішення у передачі інформації за допомогою цифрового зв’язку, що

могло б конкурувати з бездротовими рішеннями. Швидкість передачі даних за використання

даної технології може сягати до 200 Мб/с [3].

НМІТФ – 2016

- 249 -

Користувачу майже завжди доступний швидкий і надійний канал зв'язку, що

розгалужений по всій будівлі, оскільки кожен побутовий пристрій підключений до мережі

електроживлення. Надійність даної технології забезпечується використанням каскадування

блочного коду Ріда-Соломона і простого згортального коду, з декодуванням за алгоритмом

Вітербі. Оскільки передача даних здійснюється по проводах відносно невеликої довжини,

затримки в лінії невеликі (1-3мс). На основі вищесказаного можна сказати, що PLC

технологія відкриває нові можливості реалізації концепції «Розумного будинку»

Однак, така система не є гнучкою й у випадку збільшення пристроїв, що

підключаються до мережі електроживлення, збільшення кількості розеток не є економічно-

обґрунтованим рішенням. Тому виникає потреба використання мережевих фільтрів

(подовжувачів) для підключення нових пристроїв. На даний час, у PLC технології не

впроваджена для використання таких подовжувачів як єдиний пристрій через наявність

пасивних фільтрів, що перешкоджають проходженню високочастотних гармонік сигналу.

Для вирішення цієї задачі було запропоновано усунення таких фільтрів і формування

нового типу подовжувача, який є фактично комутатором для підключених до нього

пристроїв.

Найбільшою завадою для використання такого мережевого фільтра для технології

PLC є LC-фільтр, оскільки саме він призначений для відсікання високочастотних завад, а

керуючі сигнали у технології PLC найчастіше передаються на частоті ≈120кГц (протокол X-

10),100…400кГц (протокол CEBus).

рис.1. Типовий LC фільтр використовуваний у мережевих фільтрах

Вирішення цієї проблеми має декілька варіантів, через різноманіття протоколів

використовуваних у даній технології.

Першим варіантом вирішення даної проблеми є встановлення замість означеного LC-

фільтра, фільтра низьких частот П-типу з установкою у якості несучої частоти частоту кінця

діапазону передачі інформаційних сигналів у даному протоколі. Дане рішення зображене на

рис.2.

рис.2. Рішення засноване на використанні П-фільтру

Дана схема буде пропускати весь частотний діапазон до кінця діапазону передачі

інформаційних сигналів, а отже і сигнали мережі частотою 50-60 Гц, проте не буде

пропускати завади з частотою вищою за частоту кінця діапазону передачі інформаційних

сигналів. Перевагами цієї схеми є простота переробки у даний зразок звичайного мережевого

фільтра та можливість застосування до всіх протоколів PLC. Недоліком даної схеми є те, що

разом з інформаційними сигналами та струмом мережі також передаються завади з частотою

нижчою за частоту кінця діапазону передачі інформаційних сигналів.

НМІТФ – 2016

- 250 -

Другим варіантом вирішення даної проблеми є побудова схеми що вказана нижче на

рис.3.

рис. 3. Рішення засноване на використанні коливальних контурах

Дана схема заснована на одночасному використанні Т-фільтру та двох коливальних

контурів підключених паралельно до нього. Якщо Т-фільтр налаштувати на несучу частоту

50 Гц, а контури налаштувати на певну частоту резонансу, на якій передаються інформаційні

сигнали, сигнали цієї частоти можуть бути проведені повз Т-фільтр до навантаження, а всі

завади, крім власне, струму мережі, будуть подавлені Т-фільтром що є перевагою даної

схеми. Недоліком цієї схеми є можливість її використання не з усіма протоколами технології,

переважно лише з протоколом Х10.

Список використаної літератури 1. Dostert K Telecommunications over the Power Distribution Grid- Possibilities and Limitations //

Proc 1997 Internat. Symp. on Power Line Comms and its Applications, 1997. – РР. 1–9.

2. Cooper D., Jeans T. Narrowband, low data rate communications on the low-voltage mains in the

CENELEC frequencies. I. Noise and attenuation // IEEE Transactions on Power. – 2002. – Vol. 1. –

РР. 718–723.

3. Gagliardo P. Take advantage of power line communications in nextgen home networking

& IPTV designs. – CommsDesign. 2009.

УДК 535.813; 535.863, 535.89

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МНОГОКАНАЛЬНЫХ ОПТИЧЕСКИХ

ВРАЩАЮЩИХСЯ СОЕДИНИТЕЛЕЙ

Шапарь В.Н.

Институт физики полупроводников им. В.Е. Лашкарева НАН Украины, г. Киев.

E-mail: v_shapar@rambler.ru

Для передачи сигналов с вращающихся объектов на неподвижные в различных обла-

стях техники до настоящего времени широко применялись контактные, емкостные либо ин-

дукционные токосъемные устройства, причем, чаще всего контактные, как наиболее про-

стые.

Однако, несмотря на относительную простоту вращающихся контактных токосъем-

ных устройств (ВКУ), их традиционное использование в разрабатываемой в настоящее

время новой технике является весьма проблематичным, а в ряде случаев принципиально не-

возможным.

Низкая полоса пропускания частот электрических сигналов и большие массо-

габаритные показатели токосъемных устройств в многоканальном исполнении вызывают се-

рьезные затруднения при их использовании для передачи больших массивов информаци-

онных сигналов. Так, например, масса информационной части токосъемного устройства, ис-

НМІТФ – 2016

- 251 -

пользуемого в наземных радиолокационных комплексах для передачи информационных сиг-

налов от радиоэлектронной аппаратуры, установленной на антенно-поворотном устройстве

комплекса к аппаратуре комплекса установленной стационарно, составляет более 300 кг, а

его габаритные размеры превышают 1,5 метра по длине и 0,6 метра по диаметру. В создава-

емых в настоящее время современных обзорных РЛС с фазированными антенными решет-

ками (ФАР) миллиметрового и сантиметрового диапазона, понадобятся токосъемные устрой-

ства уже не на сотни, а на тысячи электрических каналов.

Значительный уровень шумов трущихся контактов, обусловленный нестабильностью

переходного сопротивления, наличие паразитной термо-э.д.с. и высокая чувствительность

электрического контакта ВКУ к внешней электромагнитной помехе, также создают опреде-

ленные трудности, связанные с необходимостью предварительного усиления слабых элек-

трических сигналов в местах ввода сигнала в токосъемное устройство.

Износ трущихся контактов, наличие искрения и способность к самовозгоранию сни-

жают срок службы этих устройств, надежность и безопасность функционирования, в особен-

ности на объектах, вращающихся с высокими скоростями.

Оптимальное решение указанной проблемы представляется путем создания и исполь-

зования на вращающихся объектах взамен традиционных токосъемных устройств их функ-

циональных аналогов - оптических вращающихся соединителей (ОВС) и передачи информа-

ции с вращающихся объектов на неподвижные в оптическом виде.

Нечувствительные к электромагнитной помехе бесконтактные оптические вращаю-

щиеся соединители имеют существенные преимущества перед их электрическими аналога-

ми.

Пропускная способность оптического вращающегося соединителя в тысячи раз пре-

вышает пропускную способность токосъемного устройства, при этом:

- ОВС имеет в сотни раз меньшие массу и размеры;

- обеспечивает гальваническую развязку между входом и выходом канала связи;

- позволяет передавать оптические сигналы в частотном диапазоне от постоянного

тока до сверхвысоких частот, причем одновременно в обоих направлениях;

- не создает реактивностей в каналах связи;

- ОВС функционально согласован с волоконно-оптическими датчиками физических величин

и волоконно-оптическими линиями связи.

Малые габариты и масса ОВС, высокая надежность, большой срок службы, отсут-

ствие в потребности проведения регламентных работ в течении длительного срока эксплуа-

тации (5-10 лет) отвечают требованиям современной наземной и космической техники.

В развитых странах мира, таких как США, Канада, Япония, Франция, Германия, Ве-

ликобритания, Китай созданию ОВС уделяют большое внимание.

В Украине, России и других странах СНГ, оптические вращающиеся соединители в

настоящее время не производятся.

Особенный интерес у специалистов разных отраслей вызывают многоканальные кон-

струкции на десятки оптических каналов предназначенные для передачи больших массивов ши-

рокополосной цифровой информации со скоростью в несколько десятков Гбит/с, а также мало-

габаритные конструкции на небольшое количество оптических каналов (от 2 до 7 каналов)

предназначенные для использования на объектах, вращающихся со скоростями в несколько ты-

сяч об/мин.

Для создания высококачественных ОВС изучаются возможности использования различ-

ных физических явлений и физических принципов построения, среди которых, одним из наибо-

лее перспективных с точки зрения создания ОВС на большое количество оптических каналов

считается принцип компенсации вращения световых пучков. Весомый научный вклад в создание многоканальных ОВС сделан в ИФП НАН Украины,

где в начале девяностых годов был разработан оригинальный способ передачи сигналов между

взаимно перемещающимися объектами, заключающийся в компенсации движения световых лу-

НМІТФ – 2016

- 252 -

чей одноступенчатым или двухступенчатым поэтапным преобразованием скорости и направле-

ния движения лучей [1]. Разработанный способ открыл принципиально новое направление в

построении многоканальных ОВС компенсационного типа с использованием в них разных во-

локонно-оптических элементов, в том числе ОВС, не включающих редукторные механизмы [2].

На данный момент времени в ИФП НАНУ совместно с МЦ “ИПО НАНУ” разработан

ряд конструкций ОВС для использования в различных отраслях техники. Разработан мно-

гоканальный ОВС с информационной емкостью на десятки оптических каналов, в котором ис-

пользована идея компенсации движения лучей с помощью одноступенчатого волоконно-

оптического преобразователя угловой скорости вращения лучей. По информационной емкости и

достигнутой при этом стопроцентной оптической изоляции между каналами ОВС аналогов не

имеет.

Создан ряд малогабаритных ОВС на 2-6 оптических канала передачи, предназначенных

для использования на объектах, вращающихся со скоростью до нескольких тысяч оборотов в

минуту. В данных конструкциях использована идея построения ОВС на основе кольцевых во-

локонно-оптических преобразователей формы светового потока, изготовленных интегрировано

и объединенных в общий коллектор в сплошном волоконно-оптическом блоке.

В докладе широко представлены также результаты проведенных поисковых теоретиче-

ских и экспериментальных исследований в направлении создания принципиально новых пер-

спективных типов малогабаритных широкополосных многоканальных ООЗ на основе градиент-

ной и голографической оптики.

Список використаної літератури

1. А. с. 1832395 А1 CCCP, МКИ3 Н04B 10/00. Способ передачи сигнала по оптическо-

му каналу между взаимно перемещающимися передатчиком и приемником / В. Н. Шапарь, Г.

С. Свечников, В. И. Попов ( СССР ). – 4750864/09; заявл. 16.10.89; опубл. 07.08.93, Бюл.

29.

2. Svechnikov G. and Shapar V. Optical rotary connector for transfer of data signals from

fiber optic sensors placing on rotary objects /// SPIE. – V. 1589 Specialty Fiber Optic Systems for

Mobilе Platforms. – 1991.

УДК 004.89

СППР ДЛЯ ПОДОЛАННЯ НАСЛІДКІВ НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЙ

НА ОБ’ЄКТАХ ХІМІЧНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ

Кобилінський І.А.

Чорноморський державний університет ім. П.Могили

Україна, м. Миколаїв, вул. 68 Десантників, 10

E-mail: igor.kobylinskyi@gmail.com

Забезпечення техногенної та природної безпеки розглядається як основна складова ци-

вільного захисту населення і територій від надзвичайних ситуацій є важливою функцією ор-

ганів державної влади та суб’єктів господарювання. Сучасні тенденції зростання ризиків

надзвичайних ситуацій техногенного і природного характеру обумовлюють необхідність ро-

звитку інтелектуальних засобів для аналізу причин, прогнозування наслідків та підтримки

прийняття рішень для подолання цих наслідків. Аналіз функціонування державної системи

забезпечення техногенної та природної безпеки в Україні свідчить, що сучасні інформаційні

технології для забезпечення захисту населення і територій впроваджуються в примітивній

формі і надзвичайно повільними темпами.

При ліквідації аварій, пожеж на хімічних підприємствах необхідно приймати рішення

по вибору стратегії розстановки сил і засобів, вибору маршруту проходження до місця аварії,

НМІТФ – 2016

- 253 -

необхідно знати просторово-часовий розподіл концентрації хімічних речовин, а також розмі-

ри зон дії вражаючих факторів та багато інших показників розвитку НС. Отже, постає задача

в розробці ефективної інформаційної технології для прогнозування розвитку НС

та визначення ліквідаційних заходів зі зміною часу та обстановки.

Для вирішення поставленої задачі запропоновано створити інформаційну систему

на основі методів багатокритеріального прийняття рішень та аналізу ризиків.

При прийнятті управлінських рішень та прогнозуванні можливих результатів особа, яка

приймає рішення, зазвичай зіштовхується зі складною системою взаємозалежних компонент,

які потрібно проаналізувати. Тому, чим глибше людина вникає в цю складність, тим краще

будуть її прогнози або прийняті рішення [1].

Тому для того, щоб забезпечити оперативну оцінку обстановки та формування можли-

вих варіантів реагування на НС на об’єктах хімічної промисловості та вибір оптимального з

них, було розроблено інформаційну систему.

У розробленій системі реалізовано класичні та сучасні методи та техніки багатоцільо-

вого прийняття рішень, серед яких AHP, ELECTRE [2], MOORA [3], PROMETHEE, TOPSIS,

SAW, VIKOR з можливістю використання нечітких оцінок альтернатив, а також класичні

критерії прийняття рішень в умовах невизначеності. При розробці СППР були використані

сучасні шаблони проектування користувацьких інтерфейсів. Такий підхід дозволив побуду-

вати систему з сучасним графічним інтерфейсом, можливістю вибору та налаштування мето-

дів та технік багатоцільового прийняття рішень, перегляду проміжних результатів розрахун-

ків, порівняння отриманих результатів.

В якості засобу для побудови графічного інтерфейсу користувача СППР було обрану

технологію Windows Presentation Foundation (WPF) від компанії Microsoft та використано ре-

комендований архітектурний шаблон MVVM для розділення моделі від її представлення.

У даній СППР також була використана сучасна методика прогнозування наслідків ви-

ливу (викиду) небезпечних хімічних речовин (НХР) при аваріях на хімічно-небезпечних

об’єктах (ХНО) і транспорті. Дана методика дозволяє здійснити довгострокову (оперативну)

та аварійну оцінку хімічної обстановки шляхом прогнозування масштабів забруднення у разі

виникнення аварії з виливом (викидом) небезпечних хімічних речовин із технологічних єм-

костей на хімічно-небезпечних об’єктах.

Розроблена система дозволяє наповнювати базу ХНО, здійснювати оперативну та ава-

рійну оцінку ситуації, що склалася, та допомагає прийняти рішення щодо заходів з попере-

дження НС або подолання наслідків НС. Оскільки при прогнозуванні масштабів забруднення

використовується метеорологічна інформація, для уточнення оцінки або отримання альтер-

нативних варіантів використовується декілька джерел (провайдерів) таких даних, в тому чи-

слі і закордонних.

На рис. 1 представлено інтерфейс розробленої системи з тестовим ХНО.

НМІТФ – 2016

- 254 -

Рис. 1. Інтерфейс розробленої СППР

Висновки Розроблена СППР може бути застосована для вирішення задач прийняття рішень

та аналізу ризиків при попередженні або подоланні наслідків НС на об’єктах хімічної проми-

словості. Застосування всієї сукупності реалізованих методів дає можливість проводити до-

датковий аналіз і порівнювати результати розрахунків.

Список використаної літератури

1. Бідюк П.І., Коршевнюк Л.О., Гожий О.П. Комп’ютерні системи підтримки

прийняття рішень: Навчальний посібник [Електронний ресурс]. – Режим доступу: URL:

http://lib.chdu.edu.ua/index.php?m=2&b=313. – Загол. з екрану.

2. Wen-Chih Huang, Chien-Hua Chen. Using The ELECTRE IІ Method To Apply And

Analyze The Differentiation Theory // Proceedings of the Eastern Asia Society for Transportation

Studies. – 2005. – Vol. 5. – PP. 2237– 2249.

3. Kracka M., Brauers W. K. M., Zavadskas E. K. Ranking Heating Losses in a Building by

Applying the MULTIMOORA // Inzinerine Ekonomika-Engineering Economics. – 2010. – 21(4). –

РP. 352– 359.

УДК 004.89

ІНФОРМАЦІЙНА СИСТЕМА ДЛЯ ОЦІНЮВАННЯ ФІНАНСОВОГО

СТАНУ ПІДПРИЄМСТВ

Гожий В.О.

Чорноморський державний університет ім. П.Могили

Україна, м. Миколаїв, вул. 68 Десантників, 10

E-mail:goshyi.v@gmail.com

Негативні наслідки світової фінансової та економічної кризи призвели до загострення

проблеми банкрутства, яка стала однією з найбільш актуальних для України та інших країн

світу. Тривалий процес адаптації до ринкових умов господарювання, нестабільність економі-

ки і законодавства, дефіцит інвестиційних ресурсів призводять до того, що значна кількість

підприємств опиняються у кризовому стані, який здебільшого випадків закінчується банк-

НМІТФ – 2016

- 255 -

рутством. В умовах нестабільного зовнішнього середовища перед підприємством постає за-

вдання проведення постійного моніторингу діяльності, виявлення та оцінки можливих на-

прямків розвитку.

Вітчизняна методологія оцінки кризового стану не відповідає сучасним вимогам гос-

подарювання підприємств, а зарубіжний досвід не повною мірою адаптований до українсь-

ких законів й основних положень бухгалтерського обліку та аудиту. Це зумовлює потребу в

розробленні вітчизняної моделі аналізу схильності підприємства до банкрутства, яка б вра-

ховувала галузеву специфіку, стадії розвитку кризи, поточні результати діяльності, давала

точну та об’єктивну оцінку кризового стану, на основі розрахунку ключових індикаторів і

показників. Залежно від напряму дослідження (функціонального спрямування оціночних по-

казників) методичні підходи до проведення діагностики можуть бути орієнтовані на дослі-

дження таких сфер діяльності підприємства, як:

1) фінансово-майновий стан;

2) результати господарської діяльності підприємств з окремих напрямів

(операційної, фінансової, інвестиційної);

3) організація управління підприємством;

4) ресурсний потенціал підприємств;

5) комбінований підхід.

Найбільш коректним та доцільним для використання вважається комбінований підхід,

який дає можливість узагальнити усі складові виникнення та перебігу кризових явищ. Най-

менш вдалим варіантом є використання тільки фінансових показників, які обчислюються на

підставі балансу підприємства, оскільки вони лише констатують становище, що склалося, і

не дають змоги встановити фактори, що його спричинили. Навіть для експрес-діагностики

доцільним є сумісне використання фінансових та економічних показників.

Але для українських підприємств використання сучасних методів і моделей аналізу

досі залишається проблемою, по-перше, через нестабільність і недосконалість нормативно-

законодавчої бази банкрутства українських підприємств; по-друге, через відсутність ураху-

вання багатьох факторів, що впливають на фінансову стійкість підприємств; по-третє, через

необ’єктивні дані стосовно статистики банкрутств. Крім того, ці моделі будують на основі

дискримінантного методу за статистичними даними підприємств конкретної країни, тоді як

використання моделей обмежене межами цієї країни. Також, вагоме значення мають якість

фінансово-звітної документації та ступінь інформативності статистичних даних і коефіцієн-

тів, на які спираються моделі. Ці моделі можна буде використати як підхід до побудови сис-

теми оцінювання ймовірності банкрутства, але необхідно враховувати особливості націона-

льної економіки.

Більшість моделей побудована на тому, що виділяється певний фактор. Так, деякі мо-

делі, орієнтовані на фактор фінансової стійкості, що пов’язаний із фінансовою структурою

підприємства, ліквідністю, залежністю підприємства від кредиторів. Сюди належать: показ-

ник діагностики Конана і Гольдера та модель Тафлера [1]. У цих моделях під час прогнозу-

вання банкрутства автори надають перевагу показникам ліквідності, короткострокової та

довгострокової заборгованості, платоспроможності.

Деякі моделі оцінюють схильність підприємства до банкрутства на основі показників

ділової активності та рентабельності. У таких моделях зазначені показники домінують як за

кількісним складом, так і за важливістю впливу на остаточний результат моделі. До таких

моделей можна зарахувати модель Альтмана, модель Спрінгейта та модель Ліса. [1]

Були розглянуто і проаналізовано моделі, їх недоліки й переваги та можливості їх

використання в аналітичній системі. Це дає підставу зазначити, що в Україні без модифікації

та адаптації їх ефективне використання практично не можливе

Для оцінювання фінансового стану підприємства в сучасних умовах була розроблена

інформаційна система підтримки прийняття рішень на основі системного використання ме-

тодів і моделей, а також оцінювання фінансової стійкості, платоспроможності і ліквідності

НМІТФ – 2016

- 256 -

підприємства, яка забезпечує керівництво підприємства оперативною інформацією, та до-

зволяє приймати управлінські рішення щоб запобігти негативним впливам зовнішнього се-

редовища.

Система підтримки прийняття рішень складається з наступних модулів: модуль фор-

мування бази даних, модуль вибору даних для моделювання, модуль моделювання, модуль

аналізу та порівняння результатів моделювання, модуль прогнозування та порівняння ре-

зультатів, модуль прийняття рішень про фінансовий стан підприємства.

СППР реалізує можливість побудови регресійних (множина, змішана, авторегресія,

моделі з лагами) моделей для прогнозування коефіцієнта платоспроможності на основі реа-

льної вибірки балансових даних підприємств, а також дає змогу прогнозувати за допомогою

метода Альтмана та нечіткими методами [2].

Використовуються наступні регресійні моделі: множина регресія; авторегресія; змі-

шана регресія; регресійні моделі з лагами. Для прогнозування ризику банкрутства підпри-

ємств всіх галузей до СППР включено нечіткі методи прогнозування і Байесові мережі.

Створена інформаційна система призначена для моделювання та прогнозування еко-

номічного стану підприємства на основі системного використання методів нечіткого моде-

лювання,та регресійних моделей а також моделі Альтмана. Це дає змогу отримати повну ка-

ртину фінансового стану підприємства та зробити прогноз щодо розробки подальшої страте-

гії розвитку підприємства.

Список використаної літератури

1. Азарова, А. О. Математичні моделі та методи оцінювання фінансового стану під-

приємства / А. О. Азарова, О. В. Рузакова. − Вінниця : ВНТУ, 2010. − 172 с.

2. Бідюк П. І. Аналіз часових рядів : навчальний посібник / Бідюк П. І., Романенко В.

Д., Тимощук О.Л. – К. : Політехніка, 2010. – 317 с.

УДК 621.317

МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЭРГОНОМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

ПОУПРОВОДНИКОВЫХ ИНДИКАТОРОВ

Бушма А.В.

Киевский университет имени Бориса Гринченко

Украина, 04053, г.Киев, ул. Бульварно-Кудрявская, 18/2

o.bushma@kubg.edu.ua

Разработка надежных и эффективных устройств отображения информации на основе

полупроводниковых индикаторов определяет необходимость учета всего комплекса внут-

ренних и внешних системных взаимодействий [1]. При этом требуется исследовать не только

функционирование элементов системы в условиях воздействия различных эксплуатацион-

ных факторов, а и оценить эргономические показатели качества представления данных: точ-

ность отсчета, устойчивость восприятия, влияние на зрительный анализатор оператора и

т.п. [2, 3]. Анализ и оценка эргономических параметров информационной системы требует

значительных ресурсов, так как связана с проведением большого количества различных те-

стов, опросов, натурных испытаний с участием человека. В результате актуальной является

минимизация привлечения и отбора специалистов (экспертов) и операторов для определения

эргономических характеристик человеко-машинных систем в сочетании с высоким уровнем

достоверности полученных оценок.

НМІТФ – 2016

- 257 -

Работа посвящена разработке эффективного метода оценки эргономических парамет-

ров дискретных полупроводниковых индикаторов.

Эргономические исследования устройств вывода информации являются важной со-

ставляющей процесса создания сложных и мобильных систем, предназначенных для ответ-

ственных применений. При проведении таких исследований обычно используют экспертные,

расчетные и экспериментальные методы.

Сущность экспертного метода заключается в проведении группой специалистов инту-

итивно-логического анализа с количественной оценкой мнений и соответствующей матема-

тической обработкой полученных данных. При этом достоверность экспертизы существенно

зависит от количества экспертов и их квалификации. Этот метод в настоящее время является

наиболее распространенным, однако в ряде случаев достоверность результатов вызывает со-

мнения.

При использовании расчетного метода выполняется сопоставление оцениваемых па-

раметров с теоретическими или эмпирическими зависимостями, связанными с показателями

качества. Отсутствие необходимого спектра таких разработок существенно затрудняет прак-

тическое применение этого метода.

Экспериментальный метод основан на использовании специальной аппаратуры и ме-

тодик, позволяющих объективно оценить эргономические параметры индикаторов в услови-

ям эксплуатации, приближенных к реальным. Вспомогательные технические средства обыч-

но включают имитатор информационного поля, генерирующий тестовые визуальные образы,

аппаратуру поддержки обратной связи с оператором и ввода расшифрованных сообщений в

систему, а также средства формирования экспериментальных результатов и их загрузки в ба-

зу данных. Также необходимо иметь систему управления базой данных и осуществить обра-

ботку полученной информации. Этот метод даёт достоверные и надёжные результаты благо-

даря широким возможностям имитации рабочей среды оператора, а также за счет практиче-

ски неограниченных ресурсов для накопления и обработки результатов эксперимента. Одна-

ко реализация метода связана с существенными трудностями, так как требует значительных

затрат времени, средств и, главное, человеческих ресурсов [3].

В работе предложен метод компьютерного моделирования эргономических исследо-

ваний, основанный на сочетании имитации потока визуальных сообщений оператору и по-

следующей симуляции работы оператора при отображении информации на полупроводнико-

вом индикаторе. Синтез тестовых визуальных образов осуществляется имитатором инфор-

мационного поля и рабочей среды оператора. Математическое моделирование распознавания

образов дискретных сообщений на информационном поле реализовано с использованием ис-

кусственной нейронной сети. Ее аналитическое представление строится по принципу орга-

низации и функционирования биологических нейронных сетей – сетей нервных клеток жи-

вого организма, в том числе, и мозга человека. Такой подход обеспечивает достаточно высо-

кую достоверность симуляции процесса распознавания визуальных образов данных, которые

предъявляются человеку-оператору. Накопление и обработка результатов осуществляется

специализированной системой управления базой данных.

Метод компьютерного моделирования эргономических исследований по

достоверности полученных результатов существенно превышает экспертный и расчетный

методы оценки эргономических параметров дискретных устройств отображения информации

и приближается по этому параметру к экспериментальному. В то же время минимизация по-

требности в человеческих ресурсах для проведения исследований делает этот метод весьма

перспективным.

Предложенный метод представляет практический интерес для разработчиков полу-

проводниковых индикаторных устройств и может быть эффективно использован при созда-

нии серийных радиоэлектронных изделий и систем, обеспечивающих высокую надежность

вывода визуальной информации в сложных эксплуатационных условиях.

НМІТФ – 2016

- 258 -

Список использованной литературы

1. Бушма А. В. Системное представление средств отображения информации на дис-

кретных индикаторах // Приборы и системы. Управление. Контроль. Диагностика. – 2008. –

6. – С. 24–28.

2. Bushma A. V. Information security for optoelectronic ergatic system // Semiconductor

physics, Quantum Electronics and Optoelectronics. – 2010. – Vol. 13, 2. – P. 170–172.

3. Бушма А. В. Компьютерное имитационное моделирование шкального представ-

ления информации / А. В. Бушма, Г. А. Сукач, В. П. Ярцев // Приборы и системы. Управле-

ние. Контроль. Диагностика. – 2006. – 9. – С. 16–21.

УДК 681.5.013

РЕАЛІЗАЦІЯ НЕЧІТКОЇ СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ ПРИПЛИВНОЮ

ВЕНТИЛЯЦІЄЮ НА КОМПОНЕНТАХ АВТОМАТИЗАЦІЇ SIEMENS

Мащенко М.А., Дзябенко О.В.*

Кременчуцький національний університет ім. Михайла Остроградського

м. Кременчук, вул. Першотравнева 20, 39600,Україна. E-mail: miha_2009free@mail.ru

У робочих приміщеннях досить важливо підтримувати найкращий із можливих з точ-

ки зору безпеки та комфорту мікроклімат. У багатьох випадках цього можливо добитись

шляхом продвинутого керування вентиляцією без використання допоміжних систем конди-

ціонування.

Вентиляція забезпечує санітарно-гігієнічні умови (температуру, відносну вологість,

швидкість руху повітря і вміст вуглекислого газу) повітряного середовища в приміщенні.

Вони сприятливі для здоров’я і самопочуття людини та відповідають вимогам санітарних

норм, технологічних процесів. Вхідними параметрами для моделі приміщення є параметри

зовнішнього повітря, початкові параметри системи, а також витрати повітря. Для комфортної

роботи та життєдіяльності людини важливо підтримувати температуру повітря в межах 18-24

С°, вологість 40-60%, та вміст вуглекислого газу не більше 0,12%.

Мета роботи. Формування режимів підвищеної комфортності приміщень промисло-

вих та адміністративних будівель засобами автоматичного керування вентиляцією.

Матеріал і результати дослідження. Вентиляція забезпечує санітарно-гігієнічні умо-

ви (температуру, відносну вологість, швидкість руху повітря і вміст вуглекислого газу) пові-

тряного середовища в приміщенні, сприятливі для здоров’я і самопочуття людини, що відпо-

відають вимогам санітарних норм, технологічних процесів. Вхідними параметрами для мо-

делі приміщення є параметри зовнішнього повітря, початкові параметри системи, а також

витрати повітря.

Зовнішнє повітря, яке поступає через припливну вентиляцію має параметри, що відрі-

зняється від параметрів внутрішнього повітря приміщення, яке витісняється з допомогою ви-

тяжки. Існує залежність, яка враховує витрату припливного і витяжного повітря, а також ма-

ксимальну продуктивність встановленого вентилятора. Чим більша швидкість заміни внут-

рішнього повітря зовнішнім, тим швидше змінюються параметри температури, вологості та

вмісту вуглекислого газу в приміщенні.

Структура системи. При проведені досліджень за основу було взято лабораторну си-

стему припливної вентиляції, що складається з наступних основних елементів (рис. 1):

- радіального вентилятора з частотно-керованим асинхронним електроприводом;

- керованої повітряної засувки з приводом змінного струму, що обладнана дискрет-

ними сенсорами крайніх положень і потенціометричним сенсором положення;

- сенсорів кліматичних параметрів зовнішнього і внутрішнього повітря;

НМІТФ – 2016

- 259 -

- сенсору витрат повітря в кінцевої частині повітропроводу;

- системи автоматичного керування на основі програмованого логічного контролера

(ПЛК)Siemens S7-1500;

- комутаційної і захисної апаратури, а також проміжних реле постійного і змінного

струму;

- засобів мережевого зв’язку.

Стандартна система стабілізації витрат повітря не в повній мірі задовольняє вимогам

до систем вентиляції робочих приміщень. Можливість покращити функціонування таких си-

стем полягає в додаванні верхнього рівня керування (SCADA-системи), який буде формувати

задаючий вплив. Але таке рішення суттєво підіймає вартість за рахунок додаткових апарат-

них і програмних компонент. Альтернативою може бути реалізація нечіткої експертної сис-

теми на платформі ПЛК, яка в автоматичному режимі за допомогою додаткових сенсорів

зможе самостійно визначати бажані витрати повітря.

Розрахуноквихідного сигналу Vent_sys1 здійснюється за алгоритмом Сугено 0-го по-

рядку [1]. Після моделювання роботи системи було виконано програмування ПЛК та панелі

оператораза допомогою програмного компоненту TIA-Portal V13 для дослідження роботи

нечіткої експертної системи автоматичного керування припливною вентиляцією [2].

На рис. 2 зображено результати роботи нечіткої експертної системи. Панель відобра-

жає:

- відсоток вмісту вуглекислого газу у приміщенні;

- відсоток вологості у приміщенні;

- відсоток вологості зовні;

- температура у приміщенні;

- температура зовні;

- рекомендована витрата повітря в м3.

Рисунок 1 – Структурна схема автоматизо-

ваної системи вентиляції

Рисунок 2 – Результати розрахунку

нечіткої системи, щовідображаються на

панелі оператора

Висновки. Автоматичне регулювання вентиляцією за витратою повітря або тиску, за

допомогою програмного та апаратного забезпечення не затрачаючи великих трудовитрат зі

сторони розробника за рахунок високої інтеграції компонентів середовищя розробки IDE.

Частотний перетворювач SINAMICS G–120 та програмне середовище його налашту-

вань, дозволяють оптимізувати параметри живлення напруги двигуна витяжки та здійснюва-

ти всі необхідні функції захисту.

Складена база правил нечіткої експертної системи описує всі характерні випадки для

нашої кліматичної зони та може бути використана при побудові верхнього рівня керування

вентиляційними системами.

По результатам системного аналізу можна стверджувати, що використання нечіткої

експертної системи автоматичного керування припливною вентиляцією, забезпечить адеква-

НМІТФ – 2016

- 260 -

тне визначення потрібної витрати повітря без втручання оператора або без використання

SCADA-системи.

Реалізація алгоритму нечіткого висновку на ПЛК забезпечує інтелектуальне і високо-

якісне керування вентиляцією без додаткових фінансових витрат. Облік робочого розкладу

та переривів дозволить знизити шумове навантаження у приміщенні.

Інструментальні засоби розробки керуючих програм для промислових програмованих

контролерів TIA Portal V13 у базовому наборі не містять спеціальних модулів реалізації нечі-

тких систем. У процесі досліджень були розроблені програмні процедури на мові стандарту

МЕК 61131, які для вибраної конфігурації нечіткої системи реалізує спрощений алгоритм

логічного виводу і відповідають MatLab-моделі з точністю 5–14%.

Список використаної літератури

1. Тэрано Т. Прикладныенёчеткиесистемы / Т. Тэрано, К. Асаи, М. Сугэно. – М.: Мир,

1993. – 368 c.

2. Siemens «SIMATIC STEP 7 Professional V13.0. SystemManual» / 2013. – С. 9589-9622.

*Виконано під керівництвом доцента Коноха І. С.

UDC 004.93`1; 004.932

CLUSTERING IN MEASUREMENT OF DISLOCATION DENSITY OF

SEMICONDUCTOR WAFFER

Samoilov A.N.

Supervisor - Doctor of Sciences, Associate Professor I.V. Shevchenko

Kremenchug National University named after Mikhail Ostrogradskii

Str. Day, 20, Kremenchug, Ukraine, 39600.

E-mail: seticom@yandex.ru

Features of the image display dislocations semiconductor wafer not reliably classify frag-

ments dislocation etch pits, particularly in the case of adjacent etch pits.

Some clustering algorithms are unpredictable in the conditions of the underlined fragments

of adjacent etch pits. Thus, requires an algorithm for determining fragments of local etch pits with a

minimum number of customizable options to work with the smallest predicted number of calcula-

tion operations.

The aim of this work is the analysis of clustering methods for the determination of compact

groups of fragments binarization dislocation etch pits, as well as their density measurement in the

case of adjacent and overlapping contours of dislocations in the semiconductor wafer after selective.

Nowadays large number of different clustering algorithms and their modifications are devel-

oped.

Applying to the wafer of the semiconductor, the maximum distance to the fragments of a

single etch pits groups defined as the biggest distance between the points Z centers of mass of frag-

ments with the coordinates XM and YM fragments etch pits polygon dislocation of the contour. The

minimum number of adjustable parameters may include a parameter Z, which determine the maxi-

mum distance between the centers of mass of fragments grouped in the etching of pits.

Hierarchical clustering methods can be distance-based or density- and continuity based. Par-

titioning and hierarchical methods are designed to find spherical-shaped clusters. Most partitioning

methods cluster objects based on the distance between objects. Such methods can find only spheri-

cal-shaped clusters and encounter difficulty in discovering clusters of arbitrary shapes. Typically,

density-based methods consider exclusive clusters only, and do not consider fuzzy clusters.

НМІТФ – 2016

- 261 -

DBSCAN method is widely applied in image segmentation problems. Non-parametric

methods, density-based DBSCAN [1] define a cluster as a group of objects arranged heap. Under

the accuracy of fire to understand that in the ε-neighborhood has a minimum number of other ob-

jects MinPts (the minimum number of points required in the neighborhood of a core object). De-

scriptors mass centers has two tracks on the axes XM and YM. Figure 1 contains test result of the im-

age I included semiconductor wafer of gallium arsenide crystall direction [100] with accentuated

contours satisfy the inequation: I(XM,YM)<ε for some of their current number j>Minpts. A user-

specified parameter ε>0 is used to specify the radius of a neighborhood we consider for every ob-

ject. However, similar fragments can be on the far-flung areas of the image, which complicates the

grouping. Z determine the maximum distance between the centers of mass of fragments. Local

group of the pitch etching is described by the equation ε=Z.

Figure 1 shows the several combinations of the parameter n, Minpts for ε=100.

Disadvantages DBSCAN are inaccuracies in the mapping of clusters of complex shape, and

there is no connection in areas with "thin" regions that having a smaller current jMinpts. Therefore

it may be there are similar clusters. DBSCAN method are sensitive to these parameter values. Pa-

rameter settings are usually empirically set and difficult to determine, especially for real-world,

highdimensional data sets.

Figure 1 – The dependence of the number of clusters n (Y–axis) of the set number of points

in the cluster Minpts (X–axis). Test result of the image I included semiconductor wafer of gallium

arsenide crystall direction [100]

OPTICS to construct the different clustering simultaneously, the objects are processed in a

specific order. This order selects an object that is density-reachable with respect to the lowest ε val-

ue so that clusters with higher density (lower ε) will be finished first.

Algorithms based on such distance measures tend to find spherical clusters with similar size

and density. However, a cluster could be of any shape. To overcome this problem, kernel density

estimation can be used, which is a nonparametric density estimation approach from statistics.

DENCLUE (Density-Based Clustering) closeness to a dense area is the only criterion for

cluster membership. DENCLUE algorithm, based on a set of density distribution functions.

DENCLUE has several advantages. It can be regarded as a generalization of several well-

known clustering methods such as single-linkage approaches and DBSCAN. Moreover, DENCLUE

is invariant against noise. Unfortunately procedure «mean shift» is used in DENCLUE method is

too time consuming for clustering images of semiconductor wafers.

The computational complexity of the methods considered: O(N logN).

Conclusions. Low level of formalization DBSCAN, as well as sensitivity to the choice of

method parameters deprive efficiency. Clusters obtained complex shapes and sharp changes in the

number of fragments taken into account in the cluster do not allow them to be connected together.

НМІТФ – 2016

- 262 -

OPTICS relatively DBSCAN, devoid of problems cluster compounds with significant op-

portunities, but found experimentally that OPTICS has approximately 1.6 times slower than

DBSCAN.

DENCLUE harder OPTICS and DBSCAN. However, he considers and summarizes the

above-described methods based on the density of fragments. The kernel density estimation can ef-

fectively reduce the noise impact. Grid procedure «mean shift» DENCLUE computationally expen-

sive for image of the semiconductor wafer. Clusters allocated algorithm «mean shift» are character-

ized by fragmentation, which is contrary to the task groups of fragments.

Thus, the use of algorithms DBSCAN, OPTICS and DENCLUE have described features of

the search does not reflect the specificity of compact groups of related fragments. There is no clus-

tering algorithm that can be universally used to solve all problems. To solve the problem of groups

of fragments dislocation etch pits requires a special method.

References

1. Ester M. A density-based algorithm for discovering clusters in large spatial database

with noise / M. Ester, H. P. Kriegel, J. Sander, X. Xu // Knowledge Discovery in Databases and

Data Mining: Proc. Int. Conf. (E. Simoudis, J. Han, and U. Fayyad, eds.), Portland, Oregon, 2-4

August, 1996, N.Y.: AAAI Press, 1996. – P. 226–331.

УДК 303.7:004.6

ІМПУТАЦІЯ ПРОПУЩЕНИХ ДАНИХ ЗМІШАНОЇ ПРИРОДИ В

ЗАДАЧАХ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОГО АНАЛІЗУ

Слабченко О.О., Сидоренко В.М.

Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського

slabchenko.olesia@gmail.com

Стрімкий розвиток і популярність Інтернету й соціальних платформ обумовлює нако-

пичення значної кількості доступних для обробки даних. Доступ до інформації із соціальних

мереж і наявність технічних засобів для цього надає можливість створювати спеціалізовані

сервіси для користувачів, які можуть вирішувати найрізноманітніші прикладні задачі. При

розробці й підтримці подібних сервісів широко використовуються методи інтелектуального

аналізу, для ефективної роботи яких ключову роль відіграє якість аналізованих даних. Однак,

для реальних даних із соцмереж характерна проблема втрачених або пропущених даних, ви-

рішення якої ускладнює їх змішана природа. Вирішення проблем щодо повноти й якості да-

них є важливим підготовчим етапом і, згідно з методологією реалізації Data mining проектів

CRISP-DM, повинне передувати процесу моделювання, оскільки методи й алгоритми інтеле-

ктуального і соціально-мережевого аналізу вимагають на вхід дані задовольняли умові ком-

плектності. Враховуючи ряд негативних наслідків, до яких може призводити просте вида-

лення некомплектних записів [1, 2], найбільш перспективним методом є імпутація – оцінка

пропущених значень на основі відомих даних, результатом якої є комплектна матриця даних.

Необхідність створення технологій автоматизованої обробки некомплектних даних у процесі

їх підготовки до аналізу обумовлює актуальність розробки інформаційної технології (ІТ) ім-

путації пропущених значень. Метою роботи є підвищення якості первинних даних із соціа-

льних мереж на етапі їх попередньої обробки шляхом розробки інформаційної технології ім-

путації пропущених значень змішаної природи.

У даному випадку основною метою побудови ІТ є отримання інформації нової якості

шляхом поетапної обробки некомплектної множини вхідних даних із застосуванням методів

і моделей імпутації, на основі якої можна виконувати процес моделювання і забезпечувати

функціонування систем підтримки прийняття рішень (СППР).

НМІТФ – 2016

- 263 -

ІП3. Визначення

набору

синтезованих

моделей

ІП7. Імпутація

пропущених

даних

ІП8.

Формування

комплектної

множини даних

ІП2.

Кластеризація

даних

МК

ІП5. Синтез моделей

імпутації

М1, М2, М3, М4, М5

ІП6. Синтез

ансамблів моделей

відновлення даних

ЗГ, НЗГ, УВ

Множина даних з

пропущеними

значеннями

Множина даних з

оцінками пропущених

значень

ІП4. Формування

навчальної і

тестової множин

даних

Відбір цільових

атрибутів

Оцінка якості даних

і цензурування

викидів

Зниження

розмірності даних

ІП1. Підготовка даних

до моделювання

МРМ

Формування

некомплектної

матриці й матриці

збагачення

Відбір k1 некомплектних

показників, які

потребують імпутації

Застосування методу

формування розширеної

матриці атрибутів (МРМ)

X розмірністю kxn

Застосування методу зниження

кількості унікальних значень

атрибутів (МК) на основі

попередньої кластеризації

Побудова ансамблів моделей з різними

варіантами комбінації результатів: зважене

голосування (ЗГ), незважене голосування

(НЗГ) і незважене усереднення (УВ)

Налаштування параметрів математичних

моделей <p1, p2, …, pq>,

навчання моделей М1, М2, М3, М4, М5

на навчальній множині

Формування множини моделей

М=M1, M2, …, Mc, на основі яких

відбувається процес імпутації

Рис. 1 – Загальна схема інформаційної технології імпутації даних змішаної природи

Розроблена інформаційна технологія (рис. 1) включає наступні складові: вхідні дані,

комплекс математичних методів, моделей і ансамблів для їх аналізу, а також інформаційні

процеси (ІП) і структуру взаємодії між ними. Визначено ряд наступних інформаційних про-

цесів:

ІП1. Підготовка даних до моделювання. Здійснюється відбір цільових для імпутації

атрибутів з пропусками, формування некомплектної матриці й матриці збагачення і їх

об’єднання в розширену матрицю X розмірністю nk [3], оцінка якості відібраних даних,

цензурування викидів і зниження розмірності.

ІП2. Кластеризація даних. Для вирішення проблеми значної кількості унікальних зна-

чень атрибутів і спрощення застосування наступних алгоритмів аналізу застосовується метод

на основі попередньої кластеризації даних (МК).

ІП3. Визначення набору синтезованих моделей. В залежності від природи оброблюва-

ного атрибуту здійснюється формування множини математичних моделей

M,,MMM c21 , де c – в кількість моделей, які будуть застосовуватись у процесі відно-

влення пропущених значень.

ІП4. Формування навчальної і тестової множин. На основі інформації щодо наявнос-

ті/відсутності значень атрибутів, що підлягають імпутації, відбувається формування нав-

чальної множини trainX , яка містить лише комплектні значення цільового атрибуту, і тестової

множини traintest X\XX , до якої будуть застосовуватися налаштовані моделі.

ІП5. Синтез моделей імпутації. Здійснюється побудова конфігурації, налаштування

вхідних параметрів кожної моделі q21 p,,p,pM , де )q,1j(p j – параметри, що визна-

чають її роботу, і навчання отриманих моделей імпутації на основі асоціативних правил

(М1), випадкового лісу (М2), машини опорних векторів (М3), нейронної мережі (М4) та ЕМ-

алгоритму (М5).

ІП6. Синтез ансамблів моделей відновлення даних. Відбувається побудова ансамблів

моделей, отриманих на попередньому кроці, з варіантами комбінації виходів на основі зва-

женого голосування (ЗГ), незваженого голосування (НЗГ) або усереднення виходів (УВ).

ІП7. Імпутація пропущених даних. На вхід отриманих ансамблів подається тестова

множина testX з некомплектними даними. Відбувається оцінка кожного пропущеного зна-

чення шляхом застосування ансамблів навчених моделей імпутації.

ІП8. Формування комплектної множини даних. У вхідній некомплектній множині да-

них X відбувається підстановка значень атрибутів, отриманих у результаті застосування ан-

НМІТФ – 2016

- 264 -

самблів, замість кожного з пропусків. На виході отримують комплектну множину даних impX

з точковими оцінками значень номінальних атрибутів й інтервальними оцінками значень чи-

слових атрибутів з допущенням відхилення в діапазоні r , 1;0r .

Висновки. Розроблена інформаційна технологія може застосовуватися аналітиками і

програмістами у процесі розробки, функціонування і підтримки соціально-мережевих серві-

сів для користувачів, надаючи можливість як підвищувати ефективність і надійність їх робо-

ти за рахунок імпутації втрачених або відсутніх даних, так і вирішувати ряд прикладних біз-

нес-задач. Результати експериментальних досліджень показують, що за присутності від 1 до

70% некомплектних значень вона дозволяє коректно відновлювати 63–72% значень номіна-

льних атрибутів. При відновленні значень числових атрибутів за присутності від 1 до 30%

пропусків включно коректність імпутації абсолютних значень ( 0r ) складає близько 35%,

при допущенні відхилення в діапазоні ±1 ( 1r ) відповідно 70–80%.

Список використаної літератури

1. Nakagawa1, S. Missing inaction: the dangers of ignoring missing data / S. Nakagawal,

R. P. Freckleton // Trends in Ecology and Evolution. – 2008. – Vol. 23, Iss. 11. – P. 592–596.

УДК 519.876.5:548.52

РЕАЛИЗАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ МОНИТОРИНГА

РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИМЕСИ В СЛИТКАХ КРЕМНИЯ

Оксанич И.Г., Притчин О.С.

Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського

вул. Першотравнева, 20, 39600, м. Кременчук, Україна. E-mail: alpritchin@ukr.net

На основании информационной технологии мониторинга распределения примеси был со-

здан программный продукт, который реализует настройку математических моделей, входящих в

состав системы виртуального мониторинга, непосредственно мониторинг условий в тепловом

узле ростовой установки и позволяет выводить полученную информацию в виде таблиц и гра-

фиков.

Отказ от использования готовых программных продуктов и создание собственного обу-

словлено рядом факторов – «тяжелые» программные пакеты, представленные на рынке, мно-

гофункциональны и ресурсоёмки, поскольку предназначены для решения широкого круга задач.

Кроме того, в эти пакеты чрезвычайно трудно встраивать дополнительные процедуры и модули,

необходимость в которых может возникнуть в процессе совершенствования системы монито-

ринга и системы управления процессом выращивания монокристаллов.

Программный комплекс позволяет задать:

– размеры и форму тигля и слитка;

– размеры, форму и положение экрана и нагревателя;

– температуропроводность кристалла и расплава и их начальные температуры;

– граничные условия первого, второго и третьего рода;

– ряд других параметров, таких как приведенные коэффициенты черноты слитка, экрана,

тигля, коэффициент конвективного теплового потока во внешнюю среду и др.

Применяемая в расчете математическая модель является плоской и осесимметричной, т.е.

рассматривает тепловой узел в радиальном разрезе, секущая плоскость которого проходит через

ось симметрии узла. В модель включены: слиток; система тепловых экранов, включая нагрева-

тель; расплав кремния и тигель. Тепловой экран считается активным и может составлять с нагре-

вателем единое целое.

Структура программного комплекса показана на рис. 1.

Программный комплекс реализует следующие функции:

НМІТФ – 2016

- 265 -

1. Инициализацию модели в соответствии с заданными параметрами.

2. Моделирование лучевого теплообмена.

3. Моделирование теплообмена за счёт температуропроводности и конвекции.

4. Определение предполагаемых формы и расположения фронта кристаллизации.

5. Предоставление данных, полученных в результате моделирования в виде графиков и

таблиц вертикального и горизонтального распределения температур, предполагаемых расположе-

ния и формы фронта кристаллизации.

6. Предоставление возможности экспорта полученных данных в форматах, принятых в

программах MS Excel и MathCAD.

Первая из задач решается методом конечных разностей (МКР), основанном на замене ис-

тинных значений производных, входящих в дифференциальное уравнение, приближёнными зна-

чениями в узлах сетки [1,2]. Расчетная схема построена с помощью метода переменных направле-

ний [3].

Рис. 1 – Структура программного комплекса

Главный модуль

«Координация»

Программный мо-

дуль «Работа с БД»

Правила переключе-

ния структуры НС1

Справочник физ.

параметров

Весовые

коэффициенты НС1

Граничные условия

История мониторин-

га

Программный мо-

дуль «Интерфейс»

Стандартные УВВ

Связь с АСУТП

Программный мо-

дуль

«Кристаллизация»

Программный мо-

дуль

«Расчет

температурного по-

ля»

Программный модуль

«Температура нагревате-

ля»

Весовые

коэффициенты НС2

Правила переключе-

ния структуры НС2

Правила определения

нештатных ситуаций

Программный мо-

дуль «Нейронная

сеть 2»

Программный мо-

дуль «Нейронная

сеть 1»

Программный модуль

«Графика»

Программный мо-

дуль «Исходные

данные»

НМІТФ – 2016

- 266 -

Для реализации пакета программ системы виртуального мониторинга была выбрана мо-

дульная структура. Данная структура предусматривает наличие ряда элементов (модулей), кото-

рые составляют единый программный комплекс. Основным преимуществом модульной структу-

ры программного обеспечения по сравнению с монолитной структурой является возможность по-

строения сложных систем за счёт распределения их на множество модулей, каждый из которых

выполняет специфические функции.

Таким образом, учитывая возможность дальнейшего расширения разрабатываемого про-

граммного обеспечения, модульная структура была выбрана как более перспективная.

Список использованной литературы

1. Каханер Д. Численные методы и программное обеспечение : [уч. пособие] / Д. Каха-

нер, К. Моулер, С. Нэш. – М. : Мир, 1998.- 435 с.

2. Джордж А. Численное решение больших разреженных систем уравнений : [уч. посо-

бие] / А. Джордж, Дж. Лю. - М. : Мир, 1984. – 343 с. 3. Тихонов А. Н. Уравнения математической физики : [уч. пособие] / А. Н. Тихонов, А. А.

Самарский. – М. : Наука, 1977. – 735 с.

УДК 621.3

СИСТЕМОЛОГИЧЕСКИЙ МЕТОД АНАЛИЗА ИЗМЕНЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ РЭА

Невлюдова В.В., Жарикова И.В., Боцман А.С.

Харьковский национальный университет радиоэлектроники

61166, г. Харьков, пр. Науки, 14, каф. ТАПР

E-mail: jarrymail@mail.ru

Системный подход в проектировании РЭА приводит к комплексности решения задачи

обеспечения качества на различных уровнях в одном из основных направлений – повышении

надежности. Модель процесса отказов РЭА может быть разработана на основе системологи-

ческого подхода [1]. Выбор контролируемых параметров РЭА производится исходя из осо-

бенностей проектирования и технологии изготовления, а также условий его эксплуатации.

При анализе параметров РЭА имеем направленную систему данных, переменные в

которой разделены на входные и выходные. При этом состояния входных переменных рас-

сматриваются как условия, влияющие на выходные параметры [2].

В этой исходной системе с данными в зависимости от задачи данные могут быть по-

лучены из наблюдений или с помощью измерений (для задач моделирования системы) или

определены как желаемые состояния (в задаче проектирования).

Прогнозирование поведения исследуемой системы позволяет осуществлять функция

поведения fВ, которая определяет реально встречающиеся состояния системы, но не опреде-

ляет значение параметра, при котором они имеют место. Таким образом, эта функция явля-

ется параметрически инвариантной. Исследуемая система параметров исследуемого объекта

FВ определяется тройкой параметров

, (1)

где Н – обобщенная представляющая система;

К – маска, определенная на Н;

fВ – функция поведения, определенная через К и Н. Такая система называется систе-

мой с поведением [3].

В ходе анализа параметров модулей РЭА с использованием системологического под-

хода необходимо: определить наиболее важный параметр; выделить наиболее значимые пе-

ременные, имеющие конкретные значения в определенные моменты времени; определить

НМІТФ – 2016

- 267 -

возможный диапазон изменения переменных; перейти к условным обозначениям обрабаты-

ваемых данных согласно диапазонам, в которых они находятся; свести значения перемен-

ных, преобразованных согласно предыдущему пункту, в таблицу, отображающую их связь с

величиной параметра; определить методологический тип переменных и параметров, т. е.

комбинации таких свойств данных, как упорядоченность, расстояние, непрерывность; опре-

делить систему объекта, представляющую и исходную системы, а также канал наблюдения,

последний может быть четким или нечетким; если данные получены через нечеткий канал

наблюдения, то необходимо выполнить представление данных соответствующими четкими

данными; определить допустимые маски: в маску включать стоит те переменные, которые

получены по четкому каналу наблюдения и те, в значениях которых с течением времени

можно проследить некую закономерность, уже не зависящую от времени; определить функ-

цию поведения.

Если в качестве объекта управления выбрать гибкую печатную плату (ГПП), то в ка-

честве переменных будут выступать следующие: v1 – амплитуда колебаний ГПП;

v2 –частота колебаний платы; v3 – смещение частоты модуля РЭА на основе ГПП относи-

тельно резонансной; v4 – задержка сигнала модуля РЭА на основе ГПП. Эти диапазоны мож-

но представить состояниями 0, 1, 2, 3 множеств V1 – V4 [2].

Например, при влиянии на ГПП вибраций могут иметь место следующие значения v1:

0 – амплитуда колебаний в диапазоне низких частот; 1 – амплитуда в пределах допустимых

значений; 2 – амплитуда колебаний превышает допустимые границы; 3 – критические для

механической целостности ГПП амплитуды колебаний.

По результатам экспериментов с ГПП при воздействии на нее механических нагрузок

составлена системологическая модель отображения данных и рассчитана вероятностная

функция поведения системы, которая представлена на рис. 1.

Рисунок 1 – Графическое представление функции поведения системы

Как видно из рис. 1, функция поведения имеет гармоническую форму с локальными и

глобальными критическими вершинами, что предоставляет возможность выбора наиболее

значимых состояний системы для их изучения.

Выводы

Таким образом, на основе аппарата системологии разработан новый подход к анализу

параметров исследуемой системы, применимый для оценки состояний РЭА на основе ГПП

во время проведения испытаний, например, на виброустойчивость спроектированных моду-

лей. Данный подход может быть использован для прогнозирования отказов при помощи ви-

НМІТФ – 2016

- 268 -

зуализации динамики изменения переменных системы во времени и возможности отслежи-

вания их приближения к критическим значениям.

По имеющимся теоретическим и экспериментальным данным, используя разработан-

ное ПО, реализующее алгоритм прогнозирования параметров РЭА с течением времени, лицо,

принимающее окончательное решение о варианте конструкции изделия, может проанализи-

ровать также тот временной интервал, который выходит за рамки экспериментальных ре-

зультатов, но позволяет судить о состоянии изделия на этапе его дальнейшей эксплуатации.

Спсок использованной литературы

1. Клир, Дж. Системология. Автоматизация решения системных задач / Дж. Клир. –

М. : Радио и связь, 1990. – 544 с.

2. Андрусевич, А. А. Отображение процесса изменения параметров РЭС на основе си-

стемологической модели / А. А. Андрусевич, И. В. Жарикова, В. В. Невлюдова, Н. П. Демская

// Системи обробки інформації. – 2014. – Випуск 8 (124). – С. 8-12.

3. Жарикова, И. В. Системологический подход при исследовании параметров РЭС /

И. В. Жарикова, В. В. Невлюдова // Технология приборостроения. – 2014. – 2. – С. 40-43..

УДК 681.51

MOBILE PLATFORMS CONTROL SYSTEM DEVELOPMENT ON THE

BASE OF VIRTUAL DIVE METHOD TO THE ENVIRONMENT.

prof. Nevlyudov I., prof. Yevsieiev V., assoc. prof. Miliutina S., Salieva V.

Kharkiv National University of Radioelectronics

61166, Ukraine, Kharkiv, Nauky ave. 14

E-mail: vladyslav.yevsieiev@nure.ua

Modern mobile platforms control systems are impossible without technical vision systems

(TVS) using. Wireless information transmission systems about mobile platform environment are

widely spread. They give information to operator's control panel. Depending on TVS construction a

software a lot of developers realize environment visualization solutions in one dialog box. Here not

only video stream transmitted from video device is situated but servomotors control buttons for turn

in 4 freedom degrees and mobile platform control elements are also presented here. This solution

complicates operator current information peception about mobile platform environment and it also

limitates possibility to control it. Thus mobile platform control optimization and synchronous TVS

control with modern approach to usability task appears.

For this task solution we propose virtual dive method to environment that is based on stere-

oscopy effect. This solution is used in virtual reality (VR) helmets by Google, Samsung in which

information display device (smartphone) is placed. As the video stream processing device we

choose smartphone Lеnovo S930 with 6 inches diagonal IPS matrix (1280x720). As TVS we pro-

pose to use any wireless Wi-Fi camera that is attach by metal mounts with two servomotors that

provide turns vertically and horizontally. Servomotors and mobile platform control is provided by

Arduino MEGA 256 board. This solution structure schema is represented on Figure 1.

НМІТФ – 2016

- 269 -

Figure 1 – Mobile Platform Control on Base of Virtual Dive Structure Scheme

For camera position control parallelization we use data from gyroscope situated inside

smartphone. It gives an opportunity of head movements mirror repeat and release operator

fromTVS manual control. Mobile platform is equipped by 2 sensors: supersonic that is set under

TVS and laser rangefinder that is placed on the corps. These sensors are connected with Arduino

MEGA 256. And information about environment, obstacles presence and distance to them is trans-

mitted through Bluetooth module to smartphone and is displayed over the streaming video from

camera. Mobile platform can be controlled using wireless joystick that is directly connected with

Arduino MEGA 256 platform. Sensors choice is limited by their possibility to integrate with Ar-

duino MEGA 256. The analysis showed it is sufficient to use Shields set in form of supersonic dis-

tance sensor HC-SR04 and IR distance sensor Sharp GP2Y0A02YK by Pololu, that allows to

measure distance 20-150cm. For Web-camera turn realization vertically servomotor Tower Pro 9g

SG90 is used and for horizontally Towerpro MG996R is necessary. Its choice is due to that all

Web-camera mount construction will turn on 1800. Mobile platform type has limits depending on

power supply (accumulators) weight. They provide Web-camera, Arduino MEGA 256 and platform

engines efficiency through Shield based on chips L293D that provide electric current until 0.6 А

(permissible peak value -1.2 А) and have integrated thermal protection from reverse diode break-

down. It is possible to use engines with supply voltage from 4.5 till 25 В. Software was developed

using programming environments for OS Android 4.4.2 KitKat and higher and for Arduino MEGA

256 using library AFMotor.

Conclusions

Proposed mobile platform control system realization with snap to TVS on the basis of virtu-

al dive will allow to simplify informationperception process and give a possibility to improve this

solution in future using image recognition methods and their identification through scalable data-

base about objects.

References

1. Acoustic Model Using for Mobile Robot Control / I. Nevlyudov, O. Tsimbal, S. Miliuti-

na, V. Sharkovskiy // Radiotechnics, 164/2011, Kharkiv, KNURE, 2011. - pp. 120-125.

НМІТФ – 2016

- 270 -

РОЗРОБКА АПАРАТУ ГЕНЕРАЦІЇ ІМПУЛЬСНОГО МАГНІТНОГО

ПОЛЯ ВИСОКОЇ ІНТЕНСИВНОСТІ "мАк - 1"

Оксанич А.П., Притчин С.Е., Когдась М.Г., Мащенко М.А.

Кременчуцький національний університет ім. Михайла Остроградського

м. Кременчук, вул. Першотравнева 20, 39600,Україна. E-mail: miha_2009free@mail.ru

Вступ. Магнітотерапія (МТ) є методом альтернативної медицини, відноситься до чис-

ла найбільш сучасних і перспективних методів фізіотерапії. МТ передбачає застосування в

лікувальних і профілактичних цілях змінних (ЗМП) і постійних (ПМП) імпульсних магніт-

них полів низької частоти, а також постійних безперервних магнітних полів різної потужнос-

ті і конфігурації. Набуває актуальності створення апарату високої імпульсної магнітної тера-

пії (ВІМТ).

Мета роботи. Дослідження залежності впливу глибини та апарату імпульсного магні-

тного поля високої інтенсивності на біологічний об’єкт.

Матеріал та результати досліджень. В основі фізіологічного та лікувальної дії маг-

нітних полів лежить ефект наведення індукційних струмів в струмопровідних середовищах

організму, а також магнітомеханічний вплив на біоелектричні процеси, переважно в нерво-

вих і м'язових клітинах [1]. У результаті впливу магнітного поля (МП) посилюються гальмі-

вні процеси в центральній нервовій системі. Вплив МП на систему кровообігу призводить до

поліпшення реологічних властивостей крові, знижує тонус судин, покращує периферичний

кровообіг, знижує підвищений артеріальний тиск.

Одним з найбільш ефективних сучасних методів лікувального застосування (ВІМТ).

Особливістю цього методу є висока амплітудна магнітна індукція імпульсів (до 1-2 Тл) при

їх короткої тривалості і високої шпаруватості. Незважаючи на високі значення магнітної ін-

дукції, мала тривалість імпульсу і висока шпаруватість імпульсного впливу призводять до

дисипації енергії, що виділяється в тканинах в результаті дії кожного окремого імпульсу.

Тому загальний характер фізичного впливу можна визначити як низько-енергетичний, бли-

зький до традиційної магнітотерапії.

Особливістю ВІМТ є активна збуджуюча дія на стан нервових і м'язових волокон. Ви-

соко-амплітудні імпульси магнітного поля викликають короткочасні над порогові зміни кон-

центрації основних неорганічних іонів на напівпроникних мембранах нервових і м'язових

клітин, ініціюють процеси деполяризації. Відповідь ефективних нервів і моторних структур

варіює від слабких міофібриляцій, суб'єктивно сприйманих пацієнтом як легка вібрація, до

одиничних м'язових скорочень.

Широке застосування МТ при захворюваннях периферичної нервової системи обумо-

влено переважним поглинанням енергії магнітного поля нервовою тканиною, що супрово-

джується виразним знеболенням периферичного походження, зняттям периневрального на-

бряку, стимуляцією внутрішньоклітинної енергетики.

МТ при дії на організм має знеболюючу, протизапальну, противоотічну, седативну,

гіпотензивну і трофіко-регенеративну дію.

У медичній практиці частіше використовується частота 50 Гц, так як саме на цій час-

тоті працює більшість серійно випускаються вітчизняних апаратів для магнітної терапії [2].

У той же час дослідниками триває пошук оптимальних частот для проведення магнітотерапії.

Тому було б бажаним виробляти розробку і випуск апаратів з можливістю налаштовувати

частоту магнітного поля.

Тимчасові характеристики магнітного поля наведено на рис. 1.

НМІТФ – 2016

- 271 -

Робота апарату заснована на створенні коротких імпульсів сильного магнітного поля в

індукторі. Пристрій повинен формувати посилки імпульсів по два імпульси в одній посилці.

Тривалість імпульсів: співвідношення амплітуд першого і другого імпульсів, частота прохо-

дження посилок визначаються параметрами ланцюгів апарату. Амплітуда першого імпульсу

в посилці, часовий інтервал між імпульсами, а також тривалість лікувальної процедури регу-

люються за допомогою органів управління.

Прилад ВІМТ "мАк-1"- складається з керуючого мік-

роконтролера, до якого підключений пульт управління, що до-

зволяє формувати режим потужності індуктора (50, 75 і 100%),

режим роботи апарату (дискретний і безперервний), встанов-

лювати час між двома імпульсами, частоту і час процедури. До

мікроконтролера підключений індикатор, на якому відобража-

ється час до закінчення процедури, та відображається значення

заданих параметрів.

Модуль живлячої напруги формує напруга для заряду

накопичувального конденсатора (1000В) і напруга для жив-

лення решти модулів апарату (+ 5В, + 12В).

Заряд накопичувального конденсатора контролюється

модулем контролю заряду накопичувального конденсатора ,

при досягненні 50 , 75 або 100 % в залежності від встановлено-

го режиму потужності індуктора відбувається подача сигналу

від мікроконтролера на модуль комутації та формування маг-

нітного імпульсу індуктором.

Апарат готовий до роботи через 7 секунд після вклю-

чення в мережу . Час безперервної роботи апарату не менше 8

год .

Під роботою апарату мається на увазі цикл « відпустку процедури - перерва між про-

цедурами , рівний встановленого часу процедури » .

Живленя апарату здійснюється від однофазної мережі змінного струму напругою 220

± 22 В , частотою 50 Гц.

Висновки. Дослідження показало:

1. Магнітна індукція залежить від активного опору індуктора.

2. Дослідження магнітного поля дозволило створити спеціальний прилад ВІМТ.

3. Було отримано результати при використанні апарату ВІМТ, котрі пройшло біля 300

чоловік протягом двох місяців. Середній позитивний ефект, при використанні, 77%, перші

ознаки покращення відчуваються за 2-3 дні, при цьому негативних ефектів при використанні

не виявлено. На даний момент відстежується наскільки довго протримається результат після

проходження процедур.

4. При використанні апарату ВІМТ спостерігається полегшення від таких захворю-

вань як:

- остеохондроз поперекового відділу хребта;

- артрит колінних суглобів;

- артрит і артрози тазостегнового суглобів;

Рисунок 1 – Тимчасові характеристики магнітного поля

НМІТФ – 2016

- 272 -

- остеохондроз грудного відділу хребта;

- неврити сідничного нерву;

- запальні захворювання м'язів (міозит, забій м'яких тканин), та ін.

Список використаної літератури

1. Зубкова C. М. Современные аспекты магнитотерапии / C. М. Зубкова // Физиоте-

рапия, бальнеология и реабилитация. – 2004. – 2. – С. 3–10.

2. Каплан М. А. Клиническое применение импульсного магнитного поля высокой ин-

тенсивности / М. А. Каплан, Ю. И. Казанцев, В. В. Попучиев. – Москва: нпцентр, 2006. –

57 с.

УДК 655.41:004](477):655.535.28

ЕЛЕКТРОННІ ВИДАННЯ В ВИДАВНИЧІЙ СПРАВІ

Шаповал І.С., Петросян М.С.

Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського

м. Кременчук, вул. Першотравнева 20, 39600,Україна. E-mail: xmazya@gmail.com

Комп’ютеризація суспільства докорінно змінила свідомість людства. Друковані ви-

дання наразі ще залишилися, однак їх електронні аналоги з кожним роком стають все дедалі

рентабельнішими. Спочатку для людства справжнім відкриттям була поява електронної кни-

гу, а зараз все більше й більше зявляється електронних інформаційних ресурсів, використан-

ня яких є досить зручним для суспільства. Велика кількість такого виду інформаційних ресу-

рсів вже замінила однотипні друковані версії

Серед переваг можна виділити такі риси як мобільність, економність та глобальність.

Дійсно, адже оновлення ресурсу може відбуватися цілодобово та охоплювати значно більше

читачів, аніж друковане інформаційне видання. Щодо економічного аспекту, то тут витрати

мінімальні: придбання домену, знаходження кількох кореспондентів та системного адмініст-

ратора. Вагомим недоліком є те, що саме читач повинен витрачати великі кошти на придбан-

ня певних гаджетів без яких перегляд електронних видань неможливий.

Що стосується електронних книг, то насьогодні найбільшими постачальниками в Ук-

раїні є компанія PocketBook International S.A. (портал ліцензійної літератури BookLand.net.ua

та новий контент-майданчик Obreey Store), з іноземними інвестиціями “Книжковий клуб

“Клуб Сімейного Дозвілля”. Нещодавно розпочав роботу перший агрегатор електронних ви-

дань в Україні (проект “Кассіопея” ініційовано УАВК, ГО “Електронна бібліотека України”,

УБА, НУ “Києво-Могилянська академія”), що має на меті забезпечити нашим видавцям ре-

презентування їхніх електронних видань на світовому книжковому ринку [1].

Загалом ринок електронних видань в Україні перебуває на початковій стадії, однак

прогрес є очевидним. Основним національним стандартом, який мають використовувати ви-

давці, офо- рмлюючи вихідні відомості у виданнях, є ДСТУ 4861:2007 “Інформація та доку-

ментація. Видання. Вихідні відомості”. З 01.07.2010 р. набув чинності й ДСТУ 7157 “Інфор-

мація та документація. Видання електронні. Основні види та вихідні відомості” розроблений

Книжковою палатою України. Стандарт установлює основні види електронних видань, склад

і розміщення в них вихідних відомостей [2].

Слід розуміти, що для створення власного електронного інформаційного ресурсу пот-

рібно лише бажання. Це стало можливим завдяки безкоштовній системі CMS з відкритим

кодом – WordPress. Ця платформа широко використовується для створення багатьох видів

веб-сторінок від простих блогів до надзвичайно складних веб-сайтів. Все більше і більше ко-

ристувачів мігрують з інших платформ на WordPress. Однак, якщо базовий набір безкоштов-

них послуг користувача не влаштовує, він має змогу придбати преміум доступ. Згідно з да-

НМІТФ – 2016

- 273 -

ними компанії iTrack, CMS WordPress є однією з найпоширеніших систем у зоні .ru, займаю-

чи долю понад 29% ринку [3].

Отже, цілком очевидно, що настала ера нового інформаційного суспільства. Українсь-

кі видавці працюючи в умова «жорсткої конкуренції» вже усвідомили цю аксіому, пропону-

ючи споживачу в будь який час та в будь якому місці широкий репертуар електронних ви-

дань, які окрім якісного змісту, також містять гарне видавниче оформлення.

Список використаної літератури

1. Вісник Книжкової палати. 2012. 4 / ISSN 2076-9326

2. ДСТУ 7157:2010. Електронні видання. Основні види та вихідні відомості. – Чинний

від 2010 –07–01. – К. : Держспоживстандарт України, 2010. – Беспалова А. Г. История ми-

ровой журналистики / А. Г. Беспалова.

3. Рейтинг CMS / http://www.itrack.ru/research/cmsrate/

УДК 004.89

СИСТЕМНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ

АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ РАБОЧИХ МЕСТ Шевченко И.В., Федорунько Д.А.

Кременчугский национальный университет имени Михаила Остроградского

ius.shevchenko@gmail.com

Эффективность информационной управляющей системы (ИУС) – понятие комплекс-

ное. Оно складывается из множества критериев и множества влияющих факторов, среди ко-

торых не последнее место занимает эффективность отдельных автоматизированных рабочих

мест (АРМ) как элементов ИУС. Поэтому, рассматривая эффективность отдельных АРМ,

необходимо использовать системный подход. В известных литературных источниках авто-

рам не удалось найти полного освещения данной темы. С другой стороны – вопросы совер-

шенствования существующих ИУС всегда актуальны, так как влияние ИТ на бизнес стано-

вится все сильнее.

Цель данной работы – разработка достаточно универсального метода определения ка-

чества АРМ как в составе ИУС, так и самостоятельных АРМ, использующихся в отдельных

подразделениях без привязки к ИУС предприятия.

Наука о качестве изучает три сферы: технологическую, управленческую и человече-

ский фактор. С технологической точки зрения нас будет интересовать функциональность

АРМ, решающего определенный комплекс задач и производительность АРМ, то есть успеш-

ность решения этих задач за отпущенное время. С управленческой точки зрения интересен

вопрос о полноте множества решаемых задач и эффективности процесса выполнения задач.

Для решения этого вопроса необходимо привлекать метод функционально-стоимостного

анализа (ФСА). С точки зрения человеческого фактора интересен вопрос эргономичности, –

насколько эффективно программа помогает пользователю решать его задачи, насколько удо-

бен для пользователя интерфейс АРМ. Человек и его квалификация является важным факто-

ром в обеспечении качества и эффективности деятельности системы, элементом которой он

является. Кроме того, необходимо учесть влияние избыточной информации на время реше-

ния функциональных задач. Рассмотрим указанные критерии более подробно и построим ме-

тод определения эффективности АРМ.

На первом этапе необходимо провести ФСА и ранжировать АРМ про степени эф-

фективности с точки зрения конкретных бизнес-процессов подразделения. На этом этапе

может возникнуть необходимость изменения структуры соответствующей подсистемы

ИУС, удаления некоторых АРМ и распределения их задач по другим АРМ. Лишь после

работ по реинжинирингу подсистемы можно переходить к следующему этапу анализа

эффективности имеющихся АРМ. На данном этапе целесообразно определить отношение:

НМІТФ – 2016

- 274 -

R FTFR, то есть отображение множества функций АРМ-передатчика FT на множество

функций АРМ – приемников информации FR. Чем шире, полнее отображение, тем эффек-

тивнее АРМ. Таким образом, мощность отображения является первым локальным крите-

рием эффективности АРМ.

На втором этапе следует определить параметры информационного потока через

АРМ в контексте бизнес-процесса. Фактически речь идет об обслуживании множества

заявок разных приоритетов системой массового обслуживания (СМО). Следовательно,

необходимо определить приоритетность поступающих документов и частоту заявок каж-

дого уровня приоритета. Математический анализ работы СМО очень облегчается, если

случайный процесс, протекающий в системе, является марковским. Тогда удается сравни-

тельно просто описать работу СМО с помощью аппарата обыкновенных дифференциаль-

ннх (в предельном случае – линейных алгебраических) уравнений и выразить в явном ви-

де основные характеристики зффективности обслуживания через параметри СМО и пото-

ка заявок. Для того, чтобы процесс, протекающий в системе, был марковским, нужно,

чтобы все потоки событий, переводящие систему из состояния в состояние, были пуассо-

новскими (потоками без последействия). Для АРМ это можно выполнить, если рассмат-

ривать заявки как независимые события.

Если на одноканальную СМО с неограниченной очередью поступает простейший по-

ток заявок с интенсивностью , а время обслуживания имеет произвольное распределение с

математическим ожиданием

1tm и коэффициентом вариации , то среднее число заявок

в очереди равно [1]:

)(

vLq

12

1 22

, (1)

где =, а среднее число заявок в системе определяется согласно:

)(

vLs

12

1 22

(2)

Величину LqLs можно использовать как локальный критерий эффективности АРМ.

При этом можно определить скорость переработки информации по сравнению с другими

АРМ в системе и выяснить, не является ли данное АРМ узким местом.

На третьем этапе производится оценка эргономичности интерфейса. Необходимо, во

первых, провести объективный опрос пользователей при помощи специальной анкеты. В

простейшем случае можно использовать анкету, предложенную организацией Microsoft

Usability Laboratory как способ очень быстро, пускай и заведомо ненадежно, оценить удовле-

творенность [2]. Анкета очень проста. Респонденту предъявляется лист бумаги с набором

случайно подобранных прилагательных, одна половина которых скорее позитивна, вторая –

негативна. Респонденту предлагается подчеркнуть слова, которые, на его взгляд, применимы

к продукту. После того, как анкета заполнена, подсчитывается разница между числом нега-

тивных и позитивных терминов. Набор прилагательных может иметь такой вид: Устаревший

– Эффективный – Нечеткий – Неудобный – Замусоренный – Тусклый – Яркий – Чистый –

Прямой – Ясный – Непоследовательный – Неуправляемый – Привлекательный – Стандарт-

ный – Управляемый – Хороший – Интуитивный – Веселый – Любительский – Неэффектив-

ный и т.д.

Кроме того, отдельные элементы интерфейса классифицируются по сложности, и

каждый класс подвергается оценке на юзабилити (удобство использования) [3].

Отдельно следует определить, насколько квалификация работника влияет на произво-

дительность, количество и сложность необходимых манипуляций. Для этого работники

классифицируются по полу, стажу, образованию. Для каждого класса анкетирование прово-

дится отдельно.

НМІТФ – 2016

- 275 -

На последнем этапе нужно определить, нет ли избыточной информации, отвлекающей

работника и снижающей эффективность АРМ. Доля избыточной информации является ло-

кальным критерием.

Для свертки указанных критериев каждый из них необходимо представить в виде

формальной записи и определить способ его вычисления. Каждому из критериев необходимо

присвоить весовой коэффициент, зависящий от специфики решаемых задач и профиля АРМ.

Значения этих коэффициентов определяются экспертами методом парных сравнений.

Список використаної літератури

1. Бочаров П.П., Печинкин А.В. Теория Массового Обслуживания. -М.: Издательство

Российского Университета Дружбы Народов, 1995. – 246 с.

2. Stickel С., Ebner M., Holzinger A. The XAOS Metric – Understanding Visual Complex-

ityas measure of usability.– Work&Learning, Life & Leisure, Springer, 2010, pp. 278-290.

3. Bevan N. Measuring usability as quality of use // Journal of Software Quality Issue.–

1995. – 4, pp. 115-140.

НМІТФ – 2016

- 276 -

A

Abashkin V., 123

Achimova E., 123

B

Babichuk I., 216

Bacherikov Yu., 181

Baran N., 181

Bendak A.V., 188

Bobyk V.V., 159

Bogoslovskaya A.B., 159

Bratus’ V.Ya., 174, 219

Budzulyak S.I., 22, 23

C

Cserháti C., 186

D

Daróci L., 186

Demchyna L.A., 23

Dmytrenko O.P., 88, 91, 93

Dusheiko M.G., 37, 39

E

Ermakov V.M., 22, 23

F

Frigeri P., 207

G

Ganus V., 216

Gombia E., 207

Gorbachuk N.T., 112

Gorbulik V.I., 219

Guc M., 131

Gule E. G., 159

H

Haliuk S.D., 234

Holovin V.V., 214

Hong-Bo Sun, 103

I

Ierokhova O., 33

Ihara M., 171

Ilchuk H.A., 22

Ishchenko S., 181

Ivanchikov S.О., 43

Izai V.Yu., 188

J

Jing Feng, 103

K

Kavetskyy T.S., 218

Khrypunov G.S., 83, 85

Kirichenko M.V., 83, 85

Klyui A., 216

Klyui N.I., 37, 39, 174, 219

Kökényesi S., 186

Kolendo A.Y., 88, 91, 93

Kondratenko S.V., 214

Korbutyak D.V., 22

Kovalenko S.A., 159

Krikunov K., 169, 171, 216

Krulikovskyi O.V., 234

Kryskov Ts, 123

Kulish M.P., 88, 91, 93

Kuryk A.O., 23

Kúš P., 188

Kutsevol N.V., 88, 91, 93

L

Lukianov A., 169, 171

Lytvyn P., 123

M

M.Ihara, 169

Maglysh M.A., 44

Meshalkin A., 123

Mikula M., 188

- 277 -

Miliutina S., 268

Molnar Z.R., 186

Mulenko S.А., 112

N

Nevlyudov I., 268

Neymet Yu.Yu., 186

Nikonova Z.А., 43

Nikonova А.О., 43

Nosenko V., 181

Nyebesnyuk О.Y., 43, 44

O

Olefirenko S.V., 226

Oleksenko P., 123

Onanko A.P., 88, 91, 93

Onanko Y.A., 88, 91, 93

P

Paiuk O., 123

Pawlowski М., 160

Petrus R.Yu., 22

Politanskyi L.F., 234

Prisacar A., 123

Prodayvoda G.T., 88, 91, 93

Prokopenko D.S., 85

Prokopets V.M., 214

R

Red’ko R.A., 56

Romanyuk Yu.A., 173

Rudko G.Yu., 159

Rybak O.V., 138

Rybak S.O., 188

Rylova N.V., 226

S

Sadovnikova M.L., 112

Salieva V., 268

Samoilov A.N., 260

Savkina R.K., 112

Selishchev A., 181

Semenenko M.O., 37, 39, 56, 216

Seravali L., 207

Shekhovtsov L.V., 151

Shevchuk O.M., 22

Sizov F.F., 112

Skryshevsky V.A., 26

Smirnov A.B., 112

Solomakha V.M., 159

Stefan N, 112

Stogniy K.A., 44

Stronski A., 123

Studenyak I.P., 186

Studenyak I.P., 188

Sukach A., 20, 24

T

TemchenkoV.P., 174, 219

Tetyorkin V., 20, 24

Tkachuk A., 20, 24

Tokarev V.S., 22

Trevisi G., 207

Triduh G., 123

Trocenko S., 20, 24

V

Vakhnyak N.D, 23

Venger E.F., 151

Vorona I., 181

Vyzhva S.A., 88, 91, 93

W

Wisz G., 150

Y

Yan-Gang Bi, 103

Yaremko A.M., 173

Yerokhov V., 33

Yevsieiev V, 268

Yukhymchuk V.O., 173

Z

Zahoda O.O., 44

Zaitsev R.V., 83, 85

Zakharchenko J.R., 226

Zhuk A., 181

- 278 -

А

Алексієв В.О., 238

Андросюк М.С., 223

Антонюк В.Г., 148

Б

Бабіч Д.П., 206

Бабічук І.С., 131

Беляев С.В., 73, 125, 185

Березовська Н.І., 16

Біляев С.В., 18

Боpковська Л.В., 137

Бовгира О.В., 176

Богданов Е.И., 118

Богданов С.Е., 118

Богорош А.Т., 108

Боднар І.В., 131

Бойчук В.М., 144

Бордун Б.О., 147

Бордун І.О., 148

Бордун О.М., 147

Борук С.Д., 182

Боцман А.С., 266

Братусь В.Я., 62

Братусь Т.І., 6, 104

Брезвін Р.С., 176

Будзуляк С.І., 16

Бушма А.В., 256

В

Валах М.Я., 131

Василик Я.В., 118

Васильєв А.Г., 196

Васін А.В., 161

Вахняк Н.Д., 16

Вей Хан, 71, 99

Велещук В.П., 17, 18

Вельченко А.А., 63

Венгер Є.Ф., 137

Власенко З.К., 17, 18

Власенко О.І., 17

Власюк В.М., 161

Возний А.А., 121

Воронцова Л.А., 97

Г

Гавриков Д. С., 6, 71, 104

Гаврилюк Є.О., 131

Галій П.В., 139

Гарькуша Д.В., 190

Генцарь П.О., 30

Гетьман А.В., 65

Глушко, К.Е., 196

Гнатюк В.А., 19, 73, 185

Гнатюк Д.В., 125

Гожий В.О., 254

Головинський С.Л., 207, 208

Головко О.К., 41

Гончаров О.А., 212

Горбач T.Я., 150

Горбулик В.І., 47, 49

Горічок І.В., 164

Гранкин В.П., 32

Гранкин Д.В., 32, 124

Гранкин М.В., 124

Губа С.К., 133

Гуменюк Д.В., 133

Д

Данько В.А., 192

Даулетмуратов Б.К., 18

Даценко О.І., 193, 207, 208

Дверніков Б.Ф., 51, 52

Демиденко М.Г., 78

Демчина Л.А., 16

Джаган В.М., 131

Дзябенко О.В., 258

Дикуша В.М., 47

Дідик Р.І., 80

Дійчук В.В., 60

Дмитрієв В.С., 119, 120

Дмитрієва Л.Б., 119, 120

Дремлюженко К.С., 182

Дремлюженко С.Г., 183, 184

Дробков М.Є., 212

Душейко М.Г., 65, 67, 69, 150

Е

Ерёменко Ю.С., 78

- 279 -

Ж

Жарикова И.В., 266

Жарких Ю.С., 196, 198

Журавлёв В.Н., 109

Жураковська О.С., 230

З

Зайцев Р.В., 14

Зайцева Л.В., 14

Затовський І.В., 141, 146

Захарук З.І., 143, 183

Змійовська Е.О., 59

И

Ивон А.И., 127, 129, 232

Изотов В.Ю., 99

Истушкин В.Ф., 232

І

Іванчиков С.О., 45

Іващук А.В., 65, 67, 69

Ізай В.Ю., 187

Ізотов В. Ю., 6, 71, 104

Ільчук Г.А., 59, 160

Індутний І.З., 192

Ісипов П.С., 208

К

Калиниченко Д.В., 97

Каменщиков В.М., 29

Капуш О.А., 182

Карась М.І., 153, 199

Карась Н.И., 200, 201, 202

Кашуба А.І., 176

Киселюк М.П., 17, 18

Кислый В.П., 95

Кіріченко М.В., 14

Клето Г.І., 190

Климов О.В., 121

Клюй М.І., 47, 71, 104

Кобаса І.М., 60

Кобзарь Ю.Л., 97

Кобилінський І.А., 252

Ковтун Г.П., 57

Когдась М.Г., 101, 270

Козак О.О., 207

Козинець О.В., 240

Колбунов В.Р., 127

Коломис О.Ф., 62

Комаревич О.М., 242

Конакова Р.В., 16

Кондратенко С.В., 207

Корбутяк Д.В., 16

Коркішко P.М., , 5152, 54

Корсунська Н.О., 137

Костильов В.П., 51, 52, 54, 150, 161

Кохан О.П., 187

Кравець В.Г., 87

Краковний А.О., 167

Крит А.Н., 97

Критская Т.В., 109, 110

Кропотов О.Ю., 204

Крыжановский В.Б., 135

Кудрик Я.Я., 17

Куліш М.Р., 54

Курбатов Д.И., 78

Курилюк А.Н., 97

Кусьнеж В.В., 59, 160

Кухаренко О.Г., 196, 198

Кухарський І.Й., 148

Куцаченко Є.Р., 248

Л

Лавренова Т.І., 76, 77

Лавров Р.И., 129

Левицкий С.Н., 73, 125, 185

Левінзон Д.І., 45, 109, 116

Легка Н.М., 149

Лемішко І.С., 131

Леоненко Е.В., 149

Лепіх Я.І., 76, 77

Линник А.О., 150

Липтуга А.И., 95

Лис Р.М., 80

Лисоченко C.В., 196

Литвин П.М., 135

Лищенко А.А., 232

- 280 -

Ліптуга А.І., 47

Лозінський В.Б., 47

Лопатинська О.Г., 87

Лоцько О.П., 16

Луканюк М.В., 192

М

Мазанко В.Ф., 118

Мазур П., 139

Макаров А.В., 49

Малик О.П., 162

Малярська І.В., 144

Манжос О.П., 121

Мартинова К.В., 82

Матеїк Г.Д., 164

Мащенко М.А., 258, 270

Медвідь І.І., 147

Мелах В.Г., 51

Мельник В.В., 165

Мельник В.П., 2, 206

Мельник Р.С., 62

Мельничук Л.Ю., 137

Мельничук О.В., 137

Минько В.І., 192

Мирончук В.И., 63

Мілєнін В.В., 16

Молодкин В.Б., 118

Моргун А.В., 237

Морозовська Д.В., 153

Москвин П.П., 135

Н

Назаров О.М., 161

Науменко С. Н., 97

Небеснюк О.Ю., 45

Невлюдова В.В., 266

Негруб М.М., 87

Неділько С.Г., 62

Неймаш В.Б., 74, 165

Ненчук Т.М., 139

Нестеров О.О., 62

Низкова А.И., 118

Никонюк Є.С., 143

О

Обедзинський Ю.К., 190

Одинець Є.В., 141

Окрепка Г.М., 195

Оксанич А.П., 101, 221, 223, 270

Оксанич И.Г., 264

Онищенко В.Ф., 153, 155, 156, 157,

158, 199

Опанасюк А.С., 78, 121

Оселедчик Ю.С., 41

Остриковская Д.А., 210

Охріменко О.Б., 16

П

Павлик Б.В., 80

Паршин К.А., 153

Пелещак Р.М., 63, 133

Петросян М.С., 272

Петрусь Р.Ю., 160, 162

Пилипонюк М.А., 164

Пипа И., 95

Погодін А.І., 187

Подолян А.А., 97

Половинко І.І., 148

Поперенко Л.В., 62, 87, 149, 193, 207

Поцілуйко Р.Л., 134

Притчин О.С., 264

Притчин С.Е., 101, 221, 270

Приходько А.В., 27

Прокопенко Д.С., 14

Прокопів В.В., 144, 164

Р

Раренко Г.І., 143

Рашковецкий Л.В.1, 135

Редько Р.А., 16

Рибак Я.О., 62

Рибальченко О.В., 230

Рогачова О.І., 82

Родич В.М., 162

Родіонов В.М., 62

Рощина Н., 150

Руденко Е.М., 167

Рудницкий В.А., 135

- 281 -

Русавський А.В., 161

С

Савкіна Р.К., 114

Савчук М.І., 167

Салам Алайк М., 45

Салогуб А.О., 78, 121

Саченко А.В., 54

Свєженцова К.В., 192

Северінова І.Д., 6, 104

Селіхова А. В., 6, 104

Селіхова А.В., 71

Сема О.В., 60

Семенюк В.Ф., 212

Семків І.В., 59, 160

Серба О.А., 52

Серёжкин Ю.Г., 95

Сидор О.А., 177

Сидор О.М., 177

Сидоренко В.М., 262

Скрипчук А.І., 196

Скришевський В.А., 240

Слабченко О.О., 262

Слюсаренко А.А., 228

Смертенко П.С., 150

Смірнов А.Б., 114

Соколовський І.О., 54

Соломон А.М., 187

Стащук В.С., 206

Стебленко Л.П., 97

Сторожук В.І., 47

Стребежев В.В., 190

Стрельчук В.В., 62

Стронський О.В., 149

Студеняк І.П., 187

Сусліков Л.М., 29

Т

Тельбіз Г.М., 149

Терещенко В.В., 244, 246

Терещенко В.Л., 244, 246

Терещенко Л.П., 246

Тєлєга В.В., 242

Ткачук І.Г., 134

Толмачов Н.Г., 196

Точковий В.О., 69

Третяк О.В., 196

Трубіцин М.П., 62

Туровська Л.В., 144

У

Удовицька Р.С., 114

Удовицький В.Г., 179, 204

Ф

Фадєєв М.С., 67

Федін І.С., 248

Федорунько Д.А., 273

Філоненко С., 195

Флюнт О.Є., 202

Фочук П.М., 143, 183, 184

Франів А.В., 176

Франів В.А., 176

Х

Халавка Ю.Б., 195

Хансаа А. Гази Алькасра, 228

Холод А.Г., 221

Хоменкова Л.Ю., 137

Хрипко С.Л., 116

Хрипунов Г.С., 14

Ц

Цалий В.З., 182

Цибуленко Ю.М., 136

Цимбаленко О.М., 35

Ціжевський А., 139

Цюк Б.А., 62

Цюпко Ф.І., 59

Ч

Чекайло М.В., 160

Черненко В.В., 52, 54, 161

Чернышов Н.Н., 228

Четверик В.В., 212

Ш

Шапарь В.Н., 250

- 282 -

Шаповал І.С., 272

Шварцман Л.Я., 110

Шевченко И.В., 12, 273

Шевченко І.О., 236

Шепелявий П.Є., 192

Шепелявий П.Є., 165

Ши Лун Лю, 99

Шикоряк Й.А., 80

Шинкаренко В.В., 17

Ші Лун Лю, 71

Шматко І.О., 167

Шматко О.А., 167

Ю

Юргелевич І.В., 62, 87, 149

Юрійчук І.М., 182, 190

Юхимчук В.О., 131

Я

Ямненко Ю.С., 237

Ямпольський А.Л., 206

Яровець І.Р., 139