Барьер Шоттки в структурах Si-M твердотельных литий-ионных аккумуляторов

Abstract

The results of measuring the charge-discharge characteristics of solid-state thin-film lithium-ion batteries with a nanocomposite anode based on a-Si(Al) solid solution are presented. The charging characteristics of batteries have a feature in the form of a step on the gentle branch of the curve. It has been suggested and substantiated that the appearance of the step is related to the gradual compensation and change of the a-Si(Al) hole conductivity to electronic one as the lithium concentration increases. As a result, the a-Si(Al)|Ti ohmic contact becomes rectifying, and the electrons participating in the Faraday process are forced to overcome the Schottky barrier. The potential growth required to maintain the galvanostatic charge regime appears as a step on the charge curve.

Особенности вольт-амперной характеристики перехода Ti-Si@O@Al

“…Как нанокомпозит Si@O@Al обладает рядом новых свойств, которые проявляются при его работе в составе тонкопленочных твердотельных литий-ионных аккумуляторов. Так, в [3] описан эффект появления хайка (горки) на зарядной кривой, который объясняется сменой типа проводимости a-Si(Al), составляющего проводящую основу нанокомпозита Si@O@Al. В [3] высказано предположение, что в нелитированном состоянии a-Si(Al), где Al -растворенный компонент твердого раствора внедрения, является полупроводником p-типа.…”

“…Так, в [3] описан эффект появления хайка (горки) на зарядной кривой, который объясняется сменой типа проводимости a-Si(Al), составляющего проводящую основу нанокомпозита Si@O@Al. В [3] высказано предположение, что в нелитированном состоянии a-Si(Al), где Al -растворенный компонент твердого раствора внедрения, является полупроводником p-типа. В процессе литирования a-Si(Al) переходит в a-Si(Li) и происходит компенсация полупроводника, а затем и смена типа проводимости.…”

“…Отсюда следует, что нелитированный Si@O@Al имеет p-тип проводимости и является нелинейным материалом. Подгоночный параметр I s позволяет найти высоту барьера Шоттки ϕ B = ln(AT 2 /I s )(k B T /q), которая в данном случае составляет 1.0 V. В [3] эта величина была оценена на основании результатов работ [6,7] как 2.0 V. Причины расхождений довольно очевидны. Перваянеопределенность работы выхода титана, которая в зависимости от чистоты поверхности может изменяться в пределах 0.4 eV.…”

“…Поскольку атомы Al ввиду своей электронной конфигурации могут насыщать оборванные связи единственным способом -образуя твердый раствор замещения a-Si(Al) [3], это должно приводить и к одновременному увеличению кристалличности Si@O@Al. Однако по данным рентгенофазового анализа упорядоченность аморфного кремния в основном определяется скоростью осаждения, и заметить на этом фоне какие-то изменения степени кристалличности, вызванные добавкой Al, довольно трудно.…”