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실리콘 결정체에서 틈새 Fe

전문가 제언: ○ IC 레벨의 실리콘이나 실리콘 기반의 광전소자에 유입되는 전이금속 불순물은 원치 않는 오염의 하나다. 철의 고용도는 냉각 중에 급격하게 감소되므로 실리콘 내에서 철의 과포화 상태로 되기 쉽다. 또 결정 내에서 틈새입자로 확산된 철 원자는 수 시간 내에 얕은 억셉터준위에 포착되고 산화물 혹은 실리사이드를 만들어 전기적 혹은 자기적으로 활성화되므로 심각한 결함을 유발하기도 한다. 지금까지 여러 실험방법으로 30개 이상의 Fe 관련 복합체들이 보고되고 확인되었으나 이들 결함의 구조가 확실하게 밝혀진 것은 거의 없다.

○ 이 논문은 이제까지 밝혀진 틈새 Fe 원자의 성질을 정리하고 64~216개의 원자로 구성된 슈퍼 셀에 제일원리에 기초한 범함수 페기지 VASP와 SIESTA를 사용하여 틈새 Fe와 관련된 결함구조와 불순물 준위를 계산하고 분석한 것이다. 여기서는 완전한 셀을 marker로 사용하여 두 페기지 계산의 수렴결과를 확인함으로서 실험값을 도입하는 일을 생략하는 방법을 택했다.

○ 실리콘 결정체의 사면체 틈새 사이트에 Fe 원자가 존재하고 이 틈새 원자는 혹은 두 상태로 eV의 주개 준위를 유발하였다. 또 틈새원자 는 수소를 포획하여 육방정 틈새에 있는 Fe와 결합하여 삼방정 쌍을 만들고 와는 달리 쌍은 깊은 도너 준위(eV)와 깊은 억셉터 준위(eV)를 만들었다.

○ 쌍은 삼방구조에서 안정된 반면,쌍과 쌍은 직방구조로 안정되었다. 과 쌍은 두 구조의 축퇴현상을 나타내었다. 결정질 실리콘 격자에서 틈새원자 Fe와 관련된 결함구조를 해석하고 규명하는 일은 실리콘 제조공정과 전기적 활성화 연구에 매우 유용한 지식이 될 것이다. 태양전지의 주 원료가 결정질, 다결정질, 비정질 실리콘인 점을 고려하면, 지금이 태양광 발전을 위한 실리콘 제조기술에 대한 좀 더 적극적인 전략과 정책이 절실한 때라고 생각한다.

저자: Sanati, M; Szwacki, NG; Estreicher, SK; AF Sanati, M.; Szwacki, N. Gonzalez; Estreicher, S. K.
자료유형: 학술정보