Monikiteisen piin sähköiset ominaisuudet ja kasvatuksen simulointi

Abstract

Monikiteinen pii on materiaalina monipuolinen ja laajalti käytössä erinäisissä puolijohdesovelluksissa. Varsinkin mikropiireissä ja aurinkokennoissa monikiteinen pii on tärkeä materiaali. Monikiteistä piitä hyödyntävät sovellukset ovat edelleen vahvasti kehittyvä ala. Tämän johdosta monikiteisen piin ominaisuuksien ymmärtäminen ja ymmärryksen kehittäminen on oleellista. Monikiteisen piin sähköiset ominaisuudet vaihtelevat laajalti riippuen erinäisistä tekijöistä kuten rakeiden koosta, raerajatyypeistä sekä piristyksestä. Tämän johdosta on oleellista ymmärtää monikiteisen rakenteen sähköisiä ominaisuuksia määrittäviä tekijöitä. Toisaalta kasvuprosessilla ja sen parametreilla on suuri vaikutus saatuun rakenteeseen, joten on oleellista myös ymmärtää kasvuun vaikuttavat tekijät, jolloin voidaan kontrolloida rakennetta ja täten myös monikiteisen piin sähköisiä ominaisuuksia. Monikiteisen piin sähköisiä ominaisuuksia ja niihin vaikuttavia tekijöitä tarkasteltiin kirjallisuustarkastelulla ja varauksenkuljettajien kulkuun raeraja-alueella esitettiin malli, jonka pohjalta voidaan laskea esimerkiksi raerajan ominaisvastus. Kasvun parametrien vaikutusta puolestaan tutkittiin semiklassisilla molekyylidynaamisilla simulaatioilla käyttäen LAMMPS-ohjelmistoa. Ohjelmistolla luotiin fysikaalista kasvuprosessia mallintava simulaatio, jolla tarkasteltiin eri parametrien kuten lämpötilan, atomivuon ja sen atomien nopeuden vaikutusta kasvuun. Simulaatiotuloksista arvioitiin rakeiden ja raerajojen keskimääräisiä paksuuksia. Näiden pohjalta arvioitiin esitetyllä mallilla simuloitujen rakenteiden ominaisvastuksia.