Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное представление о технологии формирования тонких пленок и солнечных элементов на их основе 11
1.1. Методы осаждения 11
1.1.1. Химическое осаждение 11
1.1.1.1. Пульверизация с последующим пиролизом 11
1.1.1.2. Химическое осаждение из паровой фазы 12
1.1.2. Химическое осаждение из раствора 13
1.1.2.1. Золь-гель метод 13
1.1.2.2. Осаждение пленок из растворов 14
1.1.3. Электрохимическое осаждение 14
1.2. Методы молекулярного наслаивания 17
1.2.1. Метод молекулярного наслаивания (SILAR метод) 17
1.2.2. Формирование оксидов материалов методом молекулярного наслаивания 23
1.2.3. Полисульфиды 24
1.3. Технология формирования солнечных элементов 31
1.3.1. Теория солнечных элементов 31
1.3.1.1 Двух диодная модель 32
1.3.1.2. Основные характеристики солнечного элемента 32
1.3.2. Особенности различных солнечных элементов 34
1.3.2.1. Кристаллические и аморфные структуры 34
1.3.2.2. Пассивация 35
1.3.2.3. Тонкопленочные технологии 35
1.3.2.4. Солнечные элементы с ультратонкими поглощающими слоями 36
1.4. Выводы и постановка задачи на диссертационную работу 38
Глава 2. Методика проведения эксперимента 40
2.1. Формирование тонких слоев полупроводниковых материалов методом молекулярного наслаивания SILAR 40
2.1.1. Процесс формирования тонких слоев полупроводниковых материалов методом SILAR 43
2.2. Формирование тонких слоев полупроводниковых материалов в матрице пористого анодного оксида алюминия 44
2.2.1. Формирование матрицы пористого анодного оксида алюминия 44
2.2.2. Формирование слоев полупроводникового материала в матрице пористого анодного оксида алюминия 51
2.3. Формирование солнечных элементов со сверхтонким абсорбером 52
2.4. Методы исследования 54
2.4.1. Исследование морфологии поверхности и толщины получаемых пленок методом атомно-силовой микроскопии 54
2.4.2. Спектроскопия упруго рассеяных ионов (ERDA -Elastic Recoil Detection Analysis) 55
2.4.3. Исследование оптического поглощения наноструктур методом спектрофотометрии 59
2.4.4. Изучение оптических и фотоэлектрических характеристик тестовых структур солнечных элементов 61
2.4.4.1. Поверхностное фото-ЭДС 61
2.4.4.2. Спектроскопия фототермического отклонения 63
2.4.4.3. Вольтамперные характеристики 65
2.4.4.4. Квантовая эффективность 65
Глава 3. Исследование кинетики формирования полупроводниковых материалов методом молекулярного наслаивания 68
3.1. Исследование кинетики формирования оптическими методами 68
3.1.1. Методика определения показателя преломления мембран на основе оксида алюминия 68
3.1.2. Методика расчета толщины осажденного слоя полупроводника 69
3.2. Исследование кинетики формирования методами атомно-силовой микроскопии 72
3.2.1. Исследование морфологии поверхности методами атомно-силовой микроскопии 77
3.3 Исследование оптических свойств материалов в зависимости от количества циклов осаждения 78
3.4 Выводы по главе 3 81
Глава 4. Исследование влияния состава исходных растворов на свойства структур, сформированных методом молекулярного наслаивания 82
4.1. Влияние кислотности растворов на свойства получаемых материалов... 82
4.2. Изменение края оптического поглощения 87
4.3. ERDA анализ влияния рН растворов на состав получаемых пленок 91
4.4. Исследования содержания структурных единиц соединений индия 93
4.4.1. Структурные элементы производные In2S3 и InS 93
4.4.2. Исследования содержания различных структурных элементов соединений индия в формируемых пленках 95
4.5 Выводы по главе 4 97
Глава 5. Применение метода молекулярного наслаивания в технологии формирования полупроводниковых структур 99
5.1. Исследование стехиометрии слоев солнечных элементов 99
5.1.1. Влияние кислотности раствора на свойства солнечных элементов 100
5.2. Разделение носителей заряда на контактах 101
5.3. Влияние температуры отжига на характеристики солнечных элементов 103
5.4. Влияние толщины слоя абсорбера на свойства солнечных элементов 107
5.5. Зависимость вольтамперных характеристик от интенсивности и температуры 109
5.6. Зонная диаграмма структуры солнечного элемента со сверхтонким абсорбером 116
5.6.1. Зонная диаграмма структуры солнечного элемента 116
5.6.2. Влияние состава раствора формирования на свойства солнечных элементов 118
5.6.3. Зонная диаграмма структуры солнечного элемента с буферным слоем PbInxSy 120
5.7 Выводы по главе 5 121
Заключение 123
Список использованных источников
- Химическое осаждение из паровой фазы
- Формирование тонких слоев полупроводниковых материалов в матрице пористого анодного оксида алюминия
- Методика расчета толщины осажденного слоя полупроводника
- Исследования содержания структурных единиц соединений индия
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Особенности формирования и продвижения страховых продуктов и услуг в условиях финансового кризиса определяют необходимость качественных изменений системы управления страховым бизнесом как социально-экономической системой на основе разработки новых инструментов и технологий поддержки принятия управленческих решений. В условиях роста неопределенности экономики и обусловленными этим ограничениями динамики роста российского страхового рынка первостепенное значение для систем менеджмента страховых компаний приобретает построение таких бизнес-моделей управления, которые в условиях финансового кризиса и роста конкуренции обеспечивают финансовую устойчивость, ликвидность и эффективность работы организации на оперативном и стратегическом уровне.
Мировой финансовый кризис изменил основные тренды выявления и оценки рисков, оказал негативное влияние на развитие рынка страховых услуг, сократив платежеспособный спрос со стороны клиентов, а также определил необходимость перехода к новой модели управления страховыми компаниями. Глобальные и национальные страховые компании, испытавшие на себе риски финансового кризиса, изменяют планы и инструменты развития, исходя из сокращения объема поступлений, разрабатывают меры управления ликвидностью, которые позволят сохранить бизнес.
Степень разработанности проблемы. В последние десятилетия в рамках проблематики управления социально-экономическими системами в отечественной и зарубежной научной литературе исследуются вопросы построения эффективной бизнес-модели управления организациями, и, в частности, страховыми компаниями.
Вопросы разработки процессно-ориентированных бизнес-моделей управления организацией исследовались такими зарубежными учеными как М. Браун, А. Бьерн, М. Робсон, Ф.Уиллах, М. Ротр, Д. Шук, М. Хаммер, Дж.Чампи, Т.Питерс, Р.Уотерман, Р.Каплан, Д. Нортон, А.-В. Шер и др.
Исследования этих и других ученых являются, по сути, фундаментальными и направленными на анализ бизнес-моделей управления организацией «как есть» и формирование эффективных технологий менеджмента на основе реинжиниринга, совершенствования и оптимизации бизнес-процессов.
В отечественной экономической литературе такие исследования проводили ученые Н.М. Абдикеев, В.Г. Баринов, Т.П. Данько,
В.А. Елиферов, М.А. Иванова, С.В. Ильдеменов, Г.Н. Калянов, Г.Б. Клейнер, А.Д. Киселев, В.В. Репин, Ю.Ф.Тельнов, С.В.Черемных, П.В.Шингарев, Г.В.Широкова.
Исследования в области построения системной бизнес-модели управления организацией проводили такие зарубежные и отечественные ученые как В.Н. Бурков, В.Н. Гришин, В.А.Гоберман, Л.А. Гоберман,
С.К. Китрар, М.А. Краплин, С.В. Крюков, А.В. Кузнецов, Н.Н. Лябах,
Л.Г. Матвеева, Е.Е. Панфилова, Д.В.Сироткин, О. Фюрст, Н.И. Холод,
С.Л. Чернышев и др.
Исследования вопросов функционирования и развития национального института страхования представлены в работах Л.Ю. Андреевой,
К. В. Балдина, А.А. Гвозденко, В.В. Глущенко, О.В. Губарь, Е.А. Кургина, И.О. Крюгер, Ю. Н. Тронина, Г.В. Черновой, В.В. Шахова, Р.Т. Юлдашева.
Анализ проблем и особенностей функционирования национальной бизнес-модели управления страховыми компаниями локальных рынков представлены в работах Н.Г. Адамчук, А.В. Диваева, Ю.С. Зарубина,
С.Г. Журавина, Е.Ю. Интинина, А.А. Ищенко, А.М. Качановой, Е.В. Коломина, Д.С. Кошкина, А.Ю. Лайкова, Н.П. Николенко, Е.В. Рузанова, М.М. Сухорукова.
Однако комплексные исследования в данной предметной области остаются в настоящее время недостаточно проработанными, что не позволяет реализовывать стратегии разработки и адаптации процессно-ориентированной бизнес-модели управления в отечественных страховых организациях. В этой связи, представляется важным проведение подобных исследований с учетом специфики функционирования национального страхового рынка и новых императивов управления.
Цель и задачи исследования. Цель исследования состоит в разработке комплекса методических экономико-организационных мероприятий, направленных на построение и адаптацию процессно-ориентированной бизнес-модели управления страховой компанией, поиска инновационных технологий решения задач управления посредством мониторинга результативности функционирования страхового бизнес-процесса.
Данная цель обусловила решение комплекса взаимосвязанных задач:
исследовать понятие «бизнес-модель управления организацией» и осуществить ее экономическую, математическую и графическую интерпретацию, что позволить провести интегральный анализ существующей модели управления;
представить эволюцию процессно-ориентированного подхода к управлению организацией и становление его как новой парадигмы управления социально-экономическими системами микроуровня. Все это необходимо для разработки технологии построения и внедрения процессно-ориентированной бизнес-модели управления организацией, в том числе, страховой;
выявить основные тенденции развития отечественного страхового рынка как внешней среды формирования управленческих решений на микроуровне, определить особенности построения бизнес-модели управления страховой компанией как социально-экономической системой и идентифицировать проблемы функционирования бизнес-модели управления страховыми компаниями национального рынка, что необходимо для разработки модели сквозного бизнес-процесса страховой компании, обеспечивающей эффективность управления;
разработать инструментарий ранжирования управленческих решений в области процессно-ориентированного управления бизнес-процессами страховой организации, что необходимо для создания комплексной методики определения деформационных разрывов в бизнес-модели управления страховой компанией;
разработать регламент управления страховым бизнес-процессом, позволяющим осуществить сертификацию системы менеджмента качества согласно действующим национальным стандартам;
предложить систему показателей мониторинга результативности управления страховым бизнес-процессом, обеспечивающих управление рисками трансакций, продвижение страховых продуктов с помощью реализации конкурентных технологий менеджмента.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования в диссертационной работе выступает бизнес-модель управления страховой компанией с учетом специфики развития национального рынка и особенностей функционирования страхового бизнеса в условиях кризиса ликвидности, роста глобальной конкуренции. Предметом исследования является совокупность методов и инструментов принятия управленческих решений в страховых компаниях как социально-экономических системах.
Область исследования соответствует следующим пунктам паспорта специальности: 05.13.10 – управление в социальных и экономических системах: п. 3 – Разработка моделей описания и оценок эффективности решения задач управления и принятия решений в социальных и экономических системах; п. 9. – Разработка проблемно-ориентированных систем управления, принятия решений и оптимизации экономических и социальных систем.
Теоретико-методологической основой диссертационного исследования послужили фундаментальные выводы, положения, концепции и гипотезы, изложенные в трудах зарубежных и отечественных ученых в рамках теории управления социальными и экономическими системами по вопросам построения бизнес-моделей управления организациями на основе процессного подхода, концепций функционирования и развития бизнес-модели управления страховой организацией. В качестве методического инструментария была использована совокупность методов экономического моделирования, системологии, статистики, информатики, прикладных экономических дисциплины.
Информационно-эмпирическую базу исследования составляют официальные данные Росстата и его региональных отделений, Федеральной службы страхового надзора, Всероссийского союза страховщиков, фактологические сведения российских страховых компаний, информационно-аналитические материалы, содержащиеся в трудах российских и зарубежных исследований по проблемам регулирования страхового рынка, материалы конференций, экспертные оценки, авторские материалы обследования функционирования и развития региональной бизнес-модели управления страховой компанией.
Нормативно-правовую базу исследования составляют Гражданский кодекс РФ, федеральные законы, указы Президента РФ, постановления Правительства РФ, материалы Федеральной службы страхового надзора (ФССН), государственные стандарты Российской Федерации в области систем менеджмента качества.
Инструментально-методический аппарат. Исследование проводилось методами системного анализа, экспертно-аналитического и графического моделирования. При изучении бизнес-модели управления страховой организацией использованы методы теоретического исследования, (анализа и синтеза, индукции и дедукции), эмпирического наблюдения и сравнения, экономической статистики. При разработке методики ранжирования бизнес-процессов страховых компаний, регламента управления страховым бизнес-процессом и оценки результативности функционирования процессно-ориентированной бизнес-модели управления страховой компанией использовались методы финансового анализа, инструментальные технологии и методы графического и табличного отображения моделей.
Рабочая гипотеза диссертационного исследования состоит в том, что результативность деятельности страховой компании в части выполняемых ею функций по удовлетворению потребности клиентов в обеспечении качественной экономической защиты может быть обеспечена путем разработки и дальнейшей адаптация процессно-ориентированной бизнес-модели управления страховой организацией в условиях кризиса ликвидности на глобальном финансовом рынке; механизм построения процессно-ориентированной бизнес-модели управления страховой компанией должен быть основан на выявленных закономерностях развития организационного капитала, обеспечивающего управление рисками трансакций, продвижении страховых продуктов с помощью реализации конкурентных технологий менеджмента.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
В условиях нестабильности финансового рынка разработка стратегии управления развитием страховой компании на основе использования информационно-финансовых инструментов, нацеленных на поддержку и принятие управленческих решений, требует построения эффективной бизнес-модели с целью оценки возможных деформаций развития бизнеса; современным концептуальным подходом к построению эффективной системы управления страховой компанией с развитой филиальной сетью выступает процессно-ориентированный подход.
-
Основой построения модели управления страховыми компаниями является сетевой принцип, основанный на том, что их филиальные сети развиваются на базе единой интегрированной бизнес-модели. Структурно-функциональный анализ оценки систем управления страховых компаний позволил сделать вывод, что их организационно-штатная структура является линейно-функциональной. Объединение сетевой и линейно-функциональной структур построения бизнес-модели управления страховой организацией приводит к информационной асимметрии и стагнации информационного пространства локального страхового рынка.
-
Особенностью страхового бизнес-процесса является двойственный характер его выходов: первым выходом является заключение договора страхования и осуществление выплаты страховой премии страхователем; вторым выходом страхового бизнес-процесса являются оказанные страховые услуги по оценке нанесенного ущерба и выплата страховой суммы, которые осуществляются только при наступлении страхового случая. Это позволило выделить особенности модели управления бизнес-процессами страховой компании, которые отличаются дихотомией функций: на этапе продажи страховых продуктов и на этапе риск-менеджмента страховой организации, к основному бизнес-процессу начинают подключаться элементы управления финансовыми ресурсами (административный бизнес-процесс). Дихотомия функций управления вызвана взаимозависимостью показателей финансовой устойчивости, платежеспособности компании и эффективности инвестирования, как средств страховых резервов, так и собственного капитала страховщика.
-
Переход сетевой формы построения организации на процессно-ориентированную сопровождается определенными деформациями системы управления и способствует возникновению институциональных разрывов в сетевых структурах управления бизнесом, при этом в качестве методического инструментария выявления слабого звена сетевой структуры используется ранжирование бизнес-процессов на основе экспертных оценок как внешними, так и внутренними экспертами. Проводимая оценка осуществляется экспертами страховой компании по двум ключевым факторам: важность процесса для достижения стратегически приоритетных целей и задач организации посредством выделения критически важных факторов успеха (КФУ); проблемность работы бизнес-процессов. Результатом работы является матрица ранжирования управленческих решений относительно бизнес-процессов компании, позволяющая оценить необходимость реинжиниринга, оптимизации или постоянного совершенствования существующей бизнес-модели управления страховой компанией.
-
Инструментом гибкой трансформации бизнес-модели страховой организацией в систему процессно-ориентированного управления выступает документирование страхового бизнес-процесса; универсальный регламент управления страховым бизнес-процессом является общим для всех структурных единиц страховой компании, при этом в филиалах страховой компании на основе универсального регламента проектируется собственный типовой регламент, содержащий следующие разделы: область применения и нормативная база; определения терминов, обозначений и сокращений; входы процесса и поставщики; выходы процесса и потребители; ресурсы процесса; схему выполнения процесса; показатели оценки процесса; документирование и архивирование; порядок внесения изменений; рассылку по сетевым отделам, вовлеченным в осуществление процесса.
-
Построение и адаптация процессно-ориентированной бизнес-модели управления страховой организацией требует оценки результативности внедряемых изменений. С целью постоянного аудита и оценивания бизнес-процессов необходимо разработать показатели результативности регламентированного бизнес-процесса, обеспечивающие мониторинг степени его выполнения, эффективность принятия управленческих решений для улучшения функционирования. Проектирование и развитие информационной системы управления бизнес-процессами позволяет обеспечить внутренний аудит управленческой деятельности филиальной сети силами специалистов головной компании, отвечающими за систему менеджмента качества во всей организации.
Научная новизна диссертационного исследования. Новизна состоит в разработке механизма построения и адаптации процессно-ориентированной бизнес-модели управления страховой организацией на основе сетевой модели бизнес-процесса, отличающейся от существующих бизнес-моделей двойственным выходом в виде страхового продукта и страховой услуги, а также в моделировании типового регламента управления страховым бизнес-процессом и механизма его мониторинга, что в совокупности позволяет принимать эффективные управленческие решения.
Элементы научной новизны характеризуются следующими положениями:
- расширено определение «бизнес-модель управления организацией», предложена его экономическая, математическая и графическая интерпретация, позволяющая тестировать существующую бизнес-модель управления национальных операторов страхового рынка, действующих на территории Ростовской области, а также построить новую модель управления страховой организацией;
представлена технология построения процессно-ориентированной бизнес-модели управления страховой организацией, которая позволяет повысить эффективность горизонтальных связей между функциональными подразделениями, оптимизировать проведение комплексной диагностики организации для выявления необходимых изменений в ее деятельности;
предложена модель сквозного бизнес-процесса страховой компании, как базовой платформы принятия управленческих решений, отличающейся двойственным характером выходов страхового бизнеса, выраженным в продаже страховщиком страховых продуктов и оказании при наступлении страхового случая страховых услуг;
обоснована комплексная методика определения деформационных разрывов в бизнес-модели управления страховой компанией «как есть», отличающаяся ранжированием управленческих решений в отношении функционирующих бизнес-процессов филиальной сети, а также базированием на экспертной оценке работы страхового бизнес-процесса и построении матрицы взаимовлияний оценок важности и проблемности;
разработан шаблон универсального регламента управления страховым бизнес-процессом, отличающийся высокой степенью интегрированности управленческих решений и инвариативностью данного метода по отношению к размеру и видам реализуемых страховых продуктов; применение универсального регламента управления страховым бизнес-процессом обеспечивает внедрение системы менеджмента качества согласно действующим национальным стандартам;
предложена система показателей результативности работы сквозного страхового бизнес-процесса, отличающаяся возможностью эффективного мониторинга и аудита страхового бизнес-процесса всей страховой организации, что позволяет принимать управленческие решения, связанные с постоянным улучшением и совершенствованием страхового бизнес-процесса, а также, при необходимости, внедрять корректирующие и предупреждающие меры превентивного характера.
Теоретическая и практическая значимость исследования.
1. Выводы и предложения развивают ряд аспектов теории управления социально-экономическими системами и могут служить теоретико-методологической основой для реализации проектов разработки и адаптации процессно-ориентированной бизнес-модели управления страховой компанией.
2. Положения и рекомендации диссертационного исследования могут применяться в системе подготовки специалистов по страховому делу, в высшей школе при чтении учебных курсов «Менеджмент страховых организаций», «Современные методы управления: контроллинг, реинжиниринг», «Инструментарные средства управления» для студентов и магистрантов.
3. Отдельные результаты исследования могут быть использованы операторами национального рынка для построения и адаптации процессно-ориентированной бизнес-модели управления страховой компании с целью повышения эффективности ее функционирования и прозрачности протекающих в ней бизнес-процессов. Ряд положений работы реализован в практической деятельности страховых компаний Ростовской области, что подтверждается соответствующими документами о внедрении.
Апробация результатов исследования. Методологические и научные положения и рекомендации, полученные в ходе исследования, были апробированы автором в ходе докладов и выступлений: на научно-практических конференциях молодых ученых Южного федерального университета (г. Ростов-на-Дону, РГУ (ЮФУ) 2005-2007); на 1 Летней школе Российского журнала менеджмента (факультет менеджмента СПбГУ, г. Санкт-Петербург, 2006); на XIII международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2006» (г. Москва, МГУ, 2006); на международной научно-практической конференции (г. Ростов-на-Дону, РГУ, 2006); на методических семинарах, проводимых ООО СК «Ингосстрах-ЛМТ» (г. Ростов-на-Дону, 2006); на научно-практической конференции «Инновационная деятельность в условиях глобализации» (Ростов-на-Дону, Южный федеральный университет, 2007); на научно-практической конференции «Актуальные проблемы современного управления: теория и практика» (г. Москва, 2007); на научно-практической конференции «Современные тенденции развития теории и практики управления отечественными предприятиями» (г. Ставрополь, 2007); на международной научно-практической конференции «Развитие России в глобализирующейся мировой экономике» (г. Ростов-на-Дону, 2008)
Основные выводы диссертационного исследования опубликованы в 15 печатных работах, общим объемом 5,85 п.л., в том числе 3 статьи в научных журналах, рекомендованных ВАК для публикации основных результатов диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук.
Структура диссертации. Диссертационная работа (200 страниц) состоит из введения, трех разделов, 9 параграфов, заключения, списка используемой литературы, включающего 161 наименование, и 5 приложений.
Химическое осаждение из паровой фазы
С кинетической точки зрения процесс роста тонкой пленки состоит в последовательном осаждении ионов на те участки погруженной в раствор поверхности, которые содержат зародышевые центры [7]. На начальной стадии осаждения скорость роста пленки очень мала, так как существует скрытый, так называемый инкубационный период, в течении которого в гомогенной системе происходит формирование критических зародышей на чистой поверхности. При наличии зародышевых центров скорость осаждения пленки резко возрастает и продолжает увеличиваться до тех пор, пока не станет равной скорости растворения вещества, другими словами пока ионное произведение раствора не достигнет произведения растворимости. Если поверхность подложки предварительно активировать, то инкубационный период зародышеобразования отсутствует, так как подложка уже содержит зародышевые центры. Скорость осаждения и конечная толщина пленки зависят от количества зародышевых центров, степени пресыщения раствора (определяемой отношением ионного произведения к произведению растворимости) и степени его однородности, которую повышают перемешиванием раствора. Особенности кинетики осаждения пленки определяются концентрацией ионов в растворе, а также параметрами процессов формирования и роста зародышевых центров на поверхности погруженной в раствор подложки. При повторном погружении в свежий раствор подложки с уже нанесенной пленкой происходит дальнейшее осаждение материала. Таким образом, при многократном повторении процесса могут быть получены толстые и многослойные пленки.
Электрохимическое осаждение полупроводников наиболее широко применяется для синтеза халькогенидов металлов. Процесс обладает всеми преимуществами, характерными для ЭХ методов: низкой температурой, высокой скоростью, дешевизной реагентов, низкими энергозатратами, возможностью обработки больших площадей и сложных профилей [8-9].
Возможность осаждения халькогенидов металлов обусловлена тем, что ионы халькогенов образуют осадки практически со всеми ионами металлов, за исключением s-элементов IA и ПА подгрупп периодической таблицы Д.И.Менделеева. При этом произведения растворимостей соответствующих ионов характеризуются чрезвычайно низкими значениями (табл. 1.1). Благодаря этому свойству совместное присутствие халькогенид-иона и иона металла всегда сопровождается самопроизвольным выпадением осадка соответствующего халькогенида металла согласно реакции А+Х+В_у - A;Bj , где A = Cd, Си, Zn, Pb и т.д., В = S, Se, Те, х и у - заряды соответствующих ионов, і и j - стехиометрические коэффициенты.
Катодное осаждение халькогенидов металлов широко известно и применяется для формирования оптически активных структур для различных спектральных диапазонов. Метод позволяет синтезировать широкий спектр соединений АхВб (х=1-5) и твердых растворов на их основе. Известны также варианты катодного осаждения полупроводников типа А3В5. В табл. 1.2 представлены технологические режимы электроосаждения некоторых полупроводниковых пленок.
Общим для всех предлагаемых растворов является то, что в качестве источника элемента VI группы служат всего три типа анионов: 820з 2, SeO 2 и ТеОд2 Несмотря на безусловную аналогию перечисленных реагентов, разные авторы по-разному интерпретируют механизмы катодного осаждения полупроводниковых соединений. Указанная аналогия следует из известных результатов исследования структуры и состава получаемых пленок. Так в кислой среде формируется осадок, обогащенный элементом VI группы, который часто присутствует в пленке в виде фазы элементарного вещества. В щелочной среде образуются практически стехиометрические бинарные соединения. Избыток катионов металлов в растворе или слишком высокие задаваемые катодные потенциалы приводят к появлению в пленке соответствующих металлических включений. Еще одной важной особенностью процесса катодного осаждения соединений является то, что для большинства систем полупроводник формируется при более положительных потенциалах, чем потенциал восстановления катиона металла. Для объяснения указанных особенностей многие авторы применяют понятие "сверхпотенциал осаждения" (underpotential deposition) и связывают это явление с реакцией типа Ме + Х_2=МеХ + 2е-Бинарные соединения типа А2В6 и А4В6 (халькогениды цинка, кадмия, ртути, олова, свинца) и твердые растворы на их основе представляют большой научный и практический интерес, так как они наряду с полупроводниками группы А3В5 относятся к важнейшим материалам полупроводниковой оптоэлектроники.
Формирование тонких слоев полупроводниковых материалов в матрице пористого анодного оксида алюминия
Для исследования оптических свойств получаемых слоев использовали пористый анодный оксид алюминия, так как он прозрачен в видимой области спектра и имеет большую удельную поверхность, что позволяет исследовать спектры поглощения даже нанометровых пленок. Для формирования пористого анодного оксида алюминия используют алюминиевые подлолски, которые могут представлять собой алюминиевую фольгу от АО и выше чистоты, нанесенные пленки и т.д. Для снижения влияния на процесс и его результат таких факторов как загрязнение поверхности, дефектность, шероховатость, а так же для улучшения характеристик исходного материала проводят предварительную обработку подлолски.
Для первичной очистки поверхности осуществляют отмывку в ацетоне, в парах изопропилового, этилового спирта, кипящем растворе диметилформамида для удаления ясирных частиц сорбированных на поверхности.
Далее с целью уменьшения числа дефектов и увеличению размеров зерен алюминиевые образцы отжигают. Отжиг проводят в высоком вакууме или в атмосфере инертных газов, чаще всего в атмосфере азота N2. Процесс проводят при температуре 400-500С. Время отжига варьируется от 30 минут до 14 часов в зависимости исходного качества поверхности. Чаще всего отжиг проводят в течении 3-4 часов.
Если полировка не производилась или до полировки проводилась процедура удаления естественного оксида, покрывающего поверхность алюминиевой фольги, образцы выдерживали в растворе 1,5 М NaOH при температуре 50-60С в течении 30-60 секунд с обязательной последующей промывкой в воде [37, 39].
Для выравнивания поверхности фольги и уменьшения шероховатости проводят различного вида полировку. Первичная обработка производится с помощью механической полировки (используется не часто). Для более тщательной обработки поверхности проводят химическую электрополировку.
При химической полировке используют растворы [40, 41]: HF : HN03 : НСЮ4 : Н20 в соотношении 1:10:20:69; HF:HN03:HC1. При электрохимической обработке используют следующие растворы и режимы [40-44]: С2Н2ОН : НСЮ4 в соотношении 5 : 1 или 75 : 25 в течение 3 минут при постоянном напряжении 20В; С2Н2ОН : HCIO4 в соотношении 1 : 4 при температуре 10С в течение 4 минут при постоянной плотности тока 100 мА/см2; С2Н2ОН : глицерин : НСЮ4 в соотношении 70:10:20 при температуре 10-12С в течение 180 секунд при плотности тока j = 12,5 А/дм или в течение 90-120 секунд при постоянной плотности тока 150мА/см2; Н3РО4: H2S04: Н20 в соотношении 4:4:2; Н3Р04 : С2Н2ОН в соотношении 1 : 5 в течение Зх минут при постоянном напряжении 18В; Н3Р04 : С2Н2ОН в соотношении 20 : 80 при постоянной плотности тока 150 мА/см2; Н3Р04 (85%) : H2S04 (97%) : Сг03 в соотношении 95об% : 5об% : 20 г/л при температуре 84±2С в течение 20 секунд при постоянном напряжении 20В; Н3Р04 - ЮОг, H2S04 56г и Сг03 8г при температуре 80-90С при постоянной плотности тока 200 мА/см2. Продукты полирования удаляют травлением в 0,24 моль/см2 Na2C03 при температуре 80С в течение 60 секунд.
После анодной электрохимической полировки (последние 2 состава) необходимо удалить тонкий слой оксида, образовавшегося во время полировки. Удаление производится в растворе 3,5об% Н3Р04 с добавлением 45 г/л СгОз в течение нескольких минут [42].
На заключительном этапе предварительной обработки образцы тщательно промываются в деионизованной воде и сушатся. Сушку производят на воздухе и при помощи инертного газа, чаще всего азота N2. не редко образцы нейтрализуют в растворе 1,5 М HN03 в течение 1-2 минут [39, 43]. Формирование оксида
Для проведения процесса формирования пористого оксида алюминия необходима установка, состоящая из специальной электрохимической ячейки, источника питания, обеспечивающего поддержание заданного постоянного тока или постоянного напряжения, вольтметра и частотомера, с помощью которого ведется контроль за временем. При окислении алюминия используют электролиты на основе кислот (серная, щавелевая, фосфорная, винная и др.).
Анодное окисление позволяет формировать оксид как с обеих сторон подложки, так и с одной стороны, в зависимости от формы электролитической ячейки. Но схема подключения электролитической ячейки является общей.
При электрохимическом формировании пористого оксида алюминия потенциал анода прикладывается к алюминиевой подложке, а в качестве катода используют электроды из различных материалов, инертных к среде, в которой происходит формирование оксида. В качестве таких материалов используют платину, графит, свинец, никель и др.
Существуют два метода формирования анодного оксида: при постоянном токе и при постоянном напряжении. Гальваностатический режим позволяет с высокой точностью контролировать толщину получаемой пленки. Кинетическая зависимость напряжения процесса гальваностатического окисления представлена на рис. 2.3.
Методика расчета толщины осажденного слоя полупроводника
Одним из важнейших оптических свойств материалов, применяемых в качестве абсорбирующих поверхностей, является оптическая ширина запрещенной зоны. Получить данные о значении края оптической зоны поглощения позволяют данные спектроскопии. На рисунке 3.9 представлены графики спектральной зависимости поглощения структур ПАОА - 1пг8з.Однако из зависимостей такого рода можно получить информацию о ширине запрещенной зоны всей структуры. Для получения достоверных данных о значениях ширины запрещенной зоны осаждаемого материала полученные спектры нормировали относительно исходной матрицы.
Ширина запрещенной зоны полученной пленки In2S3 равна 1,97 эВ. На рис. 3.9 (б) представлен спектр пропускания пленки In2S3, сформированной за 20 циклов осаждения при кислотности раствора сульфида натрия рН=7 в растворе сульфида индия In2(S04)3. На рис. 3.10 представлена зависимость ширины запрещенной зоны от количества циклов осаждения, установлено, что ширина запрещенной зоны уменьшается до стационарного значения с увеличением толщины пленки.
1. Предложена методика расчета толщины тонких пленок, сформированных в матрице пористого анодного оксида алюминия, по данным спектрофотометрии.
2. Экспериментально установлено, что формирование тонких пленок методом SILAR происходит послойно и за один цикл формируется один монослой вещества.
3. Экспериментально установлено, что ширина запрещенной зоны In2S3 изменяется с увеличением количества циклов осаждения и достигает значения ширины запрещенной зоны объемного материала уже после 20 циклов осаждения.
4. Установлено, что слои сульфида индия, сформированные из раствора сульфата индия In2(S04)3 обладают большей шириной запрещенной зоны, по сравнению с пленками, образованными из раствора хлорида индия 1пС13, что объясняется включением SO- групп в состав пленок при формировании из раствора сульфата индия.
Включение в состав полупроводниковых пленок различных примесей, таких как кислород или сера, оказывает сильное влияние на их характеристики, а следовательно на характеристики формируемых приборов. Использование водных растворов в процессе формирования неизбежно приведет к большой концентрации ОН-групп не только на поверхности формируемых пленок, но и в их объеме, что приведет к увеличению ширины запрещенной зоны. Очевидно, что концентрация кислорода в пленках зависит не только от состава катионного раствора, что было отмечено ранее, но и от кислотности растворов, содержащих анионы серы.
В первую очередь значение кислотности раствора источника ионов серы влияет на растворимость сульфида металла и формирование оксида. На рис. 4.1 представлены диаграммы растворимости In2S3 и ІП2О3 в 10 мМ растворе Na2S. Значения термодинамических констант в активных областях были взяты из [67]. Обе диаграммы растворимости имеют минимум при значении кислотности 7, и растворимость оксида индия Іп20з в десятки раз превышает растворимость сульфида индия In2S3.
Для этой концентрации Na2S, оксид индия ІП2О3 менее стабилен, чем сульфид индия In2S3 во всей области значений рН. Однако различия между растворимостями уменьшаются с увеличением рН от 7 и исчезают при значении кислотности раствора 14, а при более высоких значениях рН оксид индия становится более стабильным по сравнению с сульфидом. Значение рН, при котором оксид индия становится более стабильным по сравнению с сульфидом, уменьшается при уменьшении концентрации Na2S.
При уменьшении или увеличении концентрации раствора сульфида натрия растворимость сульфида индия In2S3 будет увеличиваться или уменьшаться пропорционально логарифму концентрации. При увеличении концентрации раствора с увеличением кислотности раствора различия между растворимостями увеличиваются по сравнению с различиями при концентрации Na2S 10 мМ (рис.4.2. кривая 1). При уменьшении концентрации сульфида натрия в растворе точка равновесной растворимости сдвигается в область меньших рН (рис. 4.2. кривые 3, 4).
Исследования содержания структурных единиц соединений индия
Среди возможных применений метода SILAR для формирования различных структур для сенсорики, лазерной техники, солнечной энергетики не последнюю роль играет формирование сверхтонких слоев абсорберов в солнечных элементах нового поколения. Для этих целей чаще всего используют халькогениды металлов In, Pb, Cd, которые являются прямозонными полупроводниками. Рассмотрим структурные особенности формирования материалов на примере сульфида индия.
Обе фазы и P-In2S3 и InS являются полупроводниковыми. Их структурные элементы описываются стехиометриями InSi.5 и InS (рис. 4.8 (а) и (г) соответственно). Беря за исходные эти две модели и варьируя замещения атомов структуры на атомы кислорода и водорода, присутствующие в растворах формирования, можно рассчитать возможные структурные элементы формируемого соединения.
Одна оборванная связь в группе =In-S- может быть пассивирована следующим образом =In-SH, что приводит к появлению молекул следующего состава: InS2H (б) и InSL5H (д). С другой стороны, структурный элемент может быть представлен как наложение других единиц. Например, Уг InS + Уі InSi.5H соответствует InS, в котором только один из двух соседствующих атомов индия пассивирован (не имеет оборванных связей, находится в соединении). В этом случае, возможно, что полисульфидные группы -SnH (в) будут замещать группы -SH, где количество п берется только из расчета среднего числа полисульфидов, но не из расчета их положения в структурном элементе (например, возможна конфигурация =In-S-S-In=). Во-вторых, атом серы может быть заменен атомом кислорода в случае частичного окисления, что приводит к появлению структурного элемента
InSOo.5 (e). Образование еще одного возможного элемента InSo.sO маловероятно, так как в системе происходят только реакции с преобладанием формирования серы. Однако атом кислорода может быть заменен группой -SH, что приводит к формированию единицы InS2OH (ж). Замена -ОН группами исключается, так как выбранные оптимальные условия формирования не допускают образования гидрооксидов.
Соотношения концентраций атомов [S]/[In], [0]/[1п] и [H]/[In] позволяют получить, полные данные о стехиометрии осаждаемых пленок InSxOyHz. Цель анализа стехиометрии - найти число основных структурных элементов в осажденных слоях InSxOyHz. Структурные элементы описываются как химические соединения с различной стехиометрией. Для каждого значения рН необходимо продумать ограниченное количество соединений. Из результатов анализа ERDA был получен состав пленки в виде псевдо соединения с относительными коэффициентами bj (1пы8ьгОЬзНь4 с Ы = 1, Ь2 = х, ЬЗ = у и b4=z). Каждое соединение, вносящее вклад в структуру слоя, может быть записано как InajіSaj2Oaj3Haj4- Таким образом, получили систему линейных уравнений: =2 /; (4-3) которые так же могут быть записаны как Ах = b с векторами х и Ъ и матричным коэффициентом А. эта система имеет единственное решение, если ранг матриц [А] и [А/Ь] будет равен числу структурных единиц в исследуемых пленках.
Доминирующими структурными единицами при формировании в растворах с рН = 3 являются InSj.5, InS and I11S1.5H (количеством атомов кислорода можно пренебречь); при рН = 4.5 - InSi.5, InS, InSt.5H and InSOo.5; InSi.5, InSOo.5 and InSi+nH при рН = 7 и InSi.5, InS2H, InSOo.5, and InS2OH при рН = 11. Структурный элемент InSn+iH будет представлена в виде InSH + n-S для удобства в расчетах. В результате получили следующие матрицы АрН=3, 4.5, 7 и 11 в которых столбцы описывают стехиометрию различных структурных элементов для различных значений рН:
