Local optical and electrical characteristics of optoelectronic devices

摘要

Konverze solární energie a miniaturizace polovodičových součástek a s tím spojená životnost, spolehlivost a účinnost zařízení jsou základní premisy této práce. Práce je zaměřena na studium a nedestruktivní diagnostiku optoelektronických součástek, především solárních článků. Ty jsou výhodné pro studium především proto, že mají přístupný pn přechod blízko povrchu a obsahují značné množství nehomogenit. Vzhledem k rozměrům nehomogenit bylo ještě donedávna obtížné zkoumat jejich lokální fyzikální (tj. elektrické a optické) charakteristiky, které by umožnily lépe pochopit jejich chování. Vybudování vlastního měřicí pracoviště, které splňuje specifické požadavky pro oblast měření lokálního optického vyzařování a lokálně indukovaného proudu, umožnilo dosáhnout lokalizaci a detekci nehomogenit s rozlišením přibližně 100 nm. Jádrem práce je charakterizace nedokonalostí s využitím nedestruktivních technik, a to nejen z makroskopického hlediska, ale především v mikroskopickém měřítku s využitím sondové mikroskopie. Nedílnou součást práce tedy tvoří studium problematiky charakterizačních technik pro optoelektronické součástky, studium mikroskopických technik, především sondových a problematika zpracování naměřených dat. Pro účely mikroskopické charakterizace je použit mikroskop se skenující sondou v blízkém optickém poli, který kromě morfologie povrchu umožňuje zkoumat také lokální optické, optoelektrické a elektrooptické vlastnosti struktur ve vysokém prostorovém rozlišení. Z makroskopického hlediska jsou v rámci práce zkoumány vzorky s využitím techniky lokálně indukovaného proudu, voltampérových charakteristik vzorků, emise ze závěrně polarizovaných vzorků ale i jejich teplotních závislostí. Společným využitím těchto technik je možné lokalizovat defekty a nehomogenity struktury, které byly následně podrobeny kompozitní analýze a dále zobrazeny s využitím elektronové mikroskopie. Mezi konkrétní výstupy práce patří specifikace možností využití nedestruktivních charakterizačních technik pro studium optoelektronických součástek a zvláště pak pro klasifikaci jejich defektů. Dále jsou formou metodiky popsány experimentální charakterizační techniky a postupy charakterizace defektů. Klíčovým výstupem je katalog objevených typů defektů, ve kterém jsou ukázány konkrétní defekty vzorků a jejich lokální vlastnosti v mikroskopickém měřítku společně s popisem jejich vlivu na celý vzorek.