Способ изготовления пучкового перехода, пучковый преобразователь электромагнитного излучения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПУЧКОВОГО ПЕРЕХОДА, ПУЧКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Изобретение относится к полупроводниковой технике, а более конкретно - к устройствам и конструкциям полупроводниковых переходов, образующихся при контакте двух полупроводников(р-n перехода в случае их разных проводимостей и гетероперехода при разном их химическом строении) или контакте полупроводника с металлом (переход Шотки), к способам их выполнения,а также к преобразователям электромагнитного излучения, а также другим полупроводниковым приборам, содержащим такие переходы. В способе изготовления пучкового перехода на полупроводниковой подложке выполняют N1 отдельных однотипных переходов, объединяют их в параллельную цепь посредством токовых электродов, причем объем каждого однотипного перехода выбирают меньше объема, содержащего наиболее опасный характерный доминирующий дефект в полупроводниковой базе. Полученная конструкция и структура переходов устойчива к влиянию хаотично распределенных дефектов в полупроводниковой подложке, и наличие таких дефектов не сказывается на электрических параметрах полупроводниковых приборов. Цой Броня, Шевелев Валентин Владимирович, Будишевский Юрий Дмитриевич (RU) Харченко Е.А. (RU) Изобретение относится к полупроводниковой технике, а более конкретно - к устройствам и конструкциям полупроводниковых переходов, образующихся при контакте двух полупроводников (р-n перехода в случае их разных проводимостей и гетероперехода при разном их химическом строении) или контакте полупроводника с металлом (переход Шотки), к способам их выполнения, а также к преобразователям электромагнитного излучения, а также другим полупроводниковым приборам, содержащим такие переходы. В настоящее время для изготовления полупроводниковых приборов применяется монокристаллический кремний, выращенный по методу Чохральского или методом зонной плавки. Специфика работы этих приборов, как правило - в режиме переключения при сочетании высоких смещений и плотностей токов, требует применения кремния с высокой степенью очистки (содержание примесей меньше 10-8) и низкой плотностью дислокаций, т.н. полупроводниково - чистого кремния. Известны специальные исследования (см. Фаренбрух А., Бьюб З. "Солнечные элементы: Теория и эксперимент" Москва, Энергоатомиздат, 1987 г., 280 с.) для выделения отдельной марки "солнечного" кремния, критерием качества которого является время жизни, а не требования высокой очистки и малой концентрации дефектов, предъявляемые к кремнию, идущему на изготовление полупроводниковых приборов. Содержание примесей "солнечного" кремния лежит в диапазоне 10-4-10-7, что определяет его стоимость в 10-15 раз ниже полупроводниково - чистого кремния. Внутри диапазона "солнечного" кремния стоимость, в зависимости от степени очистки и способа получения различается более чем в 5 раз. В целом, стоимость кремния от степени очистки зависит экспоненциально. Поэтому высокая стоимость кремния и операций по его обработке стимулировали развитие других методов выращивания кристалла в виде лент, а также применение поликристаллического кремния и мультикремния. Наличие различных дефектов или примесей в полупроводниковой субстанции (материале) влияет на время жизни неосновных носителей зарядов (ННЗ), генерированных под действием падающего электромагнитного излучения (ЭМИ), а также на стойкость электрофизических, в т.ч. механических характеристик фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) и других полупроводниковых приборов (ПП), выполненных на этих материалах, к воздействию различных факторов (электромагнитной радиации, температуры, токовых нагрузок и др. ). В итоге снижаются долговечность и время гарантированной работоспособности ФЭП и других ПП. К примеру, время гарантированной работоспособности и долговечность высокоэффективных ФЭП в настоящее время составляет по разным оценкам не более 30-40 лет. Увеличение долговечности и времени гарантийной работоспособности ФЭП привело бы к существенному увеличению суммарной вырабатываемой мощности и к многократному удешевлению стоимости вырабатываемой электроэнергии. В самом деле, если увеличить долговечность фотоэлектрических преобразователей, к примеру, в 10 раз, то даже при одинаковом КПД они выработают за время своего существования в 10 раз больше электроэнергии, что эквивалентно удешевлению энергии примерно в 10 раз. Эффективность преобразования энергии солнечными элементами решающим образом зависит от наличия и концентрации дефектов в полупроводниковой базе, влияющих на время жизни неосновных носителей заряда (ННЗ) в активных слоях. С ростом времени жизни увеличивается не только величина тока короткого замыкания, но и напряжение холостого хода, являющееся следствием уменьшения обратного тока насыщения. В полупроводниковой технологии дефекты условно классифицируются на две группы: структурные(дислокации, междоузельные атомы, вакансии, двойники и малоугловые границы зерен) и примеси (чужеродные атомы внедрения или замещения). Часто в результате слияния нескольких дефектов или взаимодействия слияния чужеродных примесей со структурными дефектами образуются дефектные комплексы больших размеров. Дефекты могут быть как электрически активными, так и неактивными. В общем случае полупроводниковая субстанция (материал, подложка, база), например, из кремния содержит набор (или спектр) дефектов больших и малых размеров, под которым понимаются всякого рода примеси, несовершенства структуры, разрывы сплошности (субмикротрещины, микротрещины),разрывы химических и межмолекулярных связей, неоднородности структуры и их границы, дислокации и т.д. Дефекты, как правило, имеют произвольную форму и конфигурацию, которые расположены на крае, поверхности и в объеме образца, распределенные случайно и хаотично. По масштабному фактору дефекты, имеющиеся в твердых телах, условно разделяются на три класса(см., например, Регель В.Р., Слуцкер А.И., Томашевский Э.Е. / Кинетическая природа прочности твердых тел. М.: изд. Наука, 1974, 560 с; Tsoi В., Kartashov E.M. and Shevelev V.V. The Statistical Nature of Strengthand Lifetime in Polimer Films and Fibers. Utrecht-Boston. Brill Academic Publishers.VSP. 2004. 522 p.): субмик-ротрещины (СМТ), имеющие поперечный размер 1-100 нм (0,001-0,1 мкм) микротрещины (МТ) с поперечным размером 100-1000 нм (0,1-1 мкм) и макротрещины (МакТ) с поперечным размером 100010000 нм (1-10 мкм) и более. В реальных твердых телах содержится целый набор или спектр дефектов структуры материала, которые статистически имеют дискретное распределение по размерам и степени опасности. Функция распределения дефектов носит полимодальный характер. При этом наиболее опасными типами дефектов в структуре материала являются дефекты с самыми большими характерными размерами. Эти же дефекты являются превалирующими или доминирующими в теле базы полупровод-1 018895 ника. В указанной выше полупроводниковой субстанции (материале) есть зоны не только с дефектами или примесями, но и зоны особой чистоты, где нет дефектов. Причем, чем выше будет степень очистки такой субстанции, тем больше в нем будет областей с чистыми или сверхчистыми зонами, в которых вовсе отсутствуют дефекты. В любом теле есть зоны с дефектами и зоны без дефектов. При этом, чем меньше рассматриваемая зона или кластер, тем степень ее чистоты выше. Это потому, что большие дефекты или примеси из-за большой размерности (масштаба) в них не могут поместиться. В идеальных образцах материалов дефекты отсутствуют. В целом, содержание дефектов в образце зависит от технологических особенностей формирования и предыстории его изготовления. В сравнительно больших (относительно наибольшего характерного масштаба, на котором встречается соответствующий тип дефекта структуры) по геометрическим размерам (или масштабам) образцах,которыми являются стандартные полупроводниковые пластины-подложки ФЭП имеется весь указанный набор СМТ, МТ и МакТ. Под характерным масштабом, на котором встречается имеющийся в материале соответствующий тип дефекта структуры, далее понимается величина, равная корню кубическому из величины объема материала, приходящегося на этот дефект. В свою очередь объем материала, приходящийся на дефект структуры данного типа, равен величине, обратной объемной концентрации дефектов структуры данного типа в материале. Современный стандартный ФЭП представляет сплошной однопереходный диод с большой площадью металлургической границы и соответственно р-n перехода, который формируется на полупроводниковых пластинах-подложках геометрически больших размеров. При этом ширина переходного слоя (или перехода, или ОПЗ) достигает от 0 до 300 нм (0,3 мк). Ширина ОПЗ зависит от концентрации легирующей примеси, интенсивности падающего излучения или падающей нагрузки и др. факторов. Выпускаемые промышленностью стандартные диоды, фотодиоды, светодиоды и др. полупроводниковые приборы(ПП) также относятся к однопереходным со сравнительно большими геометрическими размерами по сравнению с наибольшим характерным масштабом, на котором встречаются имеющиеся в них дефекты структуры, или же большой сплошной площадью металлургической границы. В настоящее время стандартная кремниевая пластина для изготовления ФЭП имеет, к примеру, конфигурацию квадрата размером 156 мм 156 мм и толщиной 200 мкм, или круглую пластину диаметром 150 мм или псевдоквадрата,имеющего такие же большие размеры сторон и толщины. В целом, полупроводниковая подложка характеризуется хаотичным и неоднородным распределением как легирующей примеси, так и чужеродных дефектов и примесей, определяемых степенью очистки кремния. Естественно при формировании на большой по площади подложки единичного сплошного перехода весь набор дефектов (СМТ, МТ и МакТ) окажется в зоне перехода, т.е в области пространственных зарядов (ОПЗ). Наличие дефектов в структуре ОПЗ приводит к снижению стойкости и к деградации электрофизических характеристик ПП, включая вольтамперные, а также к снижению их долговечности и времени гарантированной работоспособности, а в итоге снижает эффективность преобразования ПП. Наиболее близким аналогом заявленного изобретения являются заявленные ранее авторами данного изобретения переходы в пучковых преобразователях электромагнитного излучения, в частности, конструктивные решения с разрывом сплошности однопереходного n слоя и большим количеством геометрически малых по размерам переходов (см., например, патент RU 2355066 С 2). Недостатком этих решений являлось то, что в них не принимались во внимание дефекты, которые содержатся в любом полупроводниковом материале. В этой связи основной целью настоящего изобретения является создание и выполнение такой конструкции и структуры переходов, для которой наличие хаотично распределенных дефектов в полупроводниковой подложке было бы безразлично и не сказывалось на электрических параметрах ФЭП или др. ПП. Указанная цель достигается при помощи способа изготовления пучкового перехода, в котором на полупроводниковой подложке выполняют N1 отдельных однотипных переходов, объединяют их в параллельную цепь посредством токовых электродов и в котором согласно первому аспекту изобретения объем каждого однотипного перехода выбирают меньше объема, содержащего наиболее опасный характерный доминирующий дефект в полупроводниковой базе. В частном предпочтительном случае число переходов N выбирают из соотношения NShck, где S - рабочая площадь поверхности полупроводниковой подложки, на которой формируются переходы, h - ширина р-n перехода, c - объемная концентрация дефектов или примесей, k = 2,3kт, а величина kт =1/ca, a- атомный объем материала, 1/c - объем, приходящийся на один дефект. Предпочтительно расстояние между отдельными однотипными переходами больше поперечного размера наиболее опасного характерного доминирующего типа дефекта в полупроводниковой базе. Расстояние между отдельными однотипными р-n переходами может быть выбрано менее удвоенной диффузионной длины. В частном случае число переходов N выбирают из соотношения составляет N(cV)2/3, где с объемная концентрация дефектов, а V - объем полупроводниковой базы. Предпочтительно толщину подложки выбирают менее 60 мкм. Указанная цель также достигается в пучковом преобразователе электромагнитного излучения, который содержит по крайней мере один пучковый переход, выполненный на полупроводниковой подложке в соответствии с вышеописанным способом. С учетом дефектной структуры полупроводниковой подложки новым конструктивным решением является пучковый переход, состоящий из достаточно большого количества геометрически малых, по сравнению с наибольшим характерным масштабом, на котором встречаются имеющиеся в полупроводниковой подложке дефекты структуры, размеров элементарных дискретных переходов, объединенных с помощью противоположных токовых электродов в параллельную цепь, причем меньших по размеру, чем характерный геометрический размер наиболее характерного опасного доминирующего типа дефекта в полупроводнике. Под малыми геометрическими размерами элементарного дискретного перехода далее понимается малость всех характерных геометрических размеров дискретного перехода по сравнению с наименьшим характерным масштабом, на котором встречаются имеющиеся в полупроводниковой подложке дефекты структуры. Из-за геометрически малых размеров дискретного перехода большой (больший, чем геометрический размер перехода) по размеру дефект не сможет попросту поместиться в маленьком по объему или области занимаемого переходом. Кроме того, из-за малых геометрических размеров переходов их количество в полупроводниковой базе чрезвычайно велико (см. далее). Тогда только малая их часть от их общего числа будет сформирована на дефектах структуры. Однако все они будут шунтированы достаточно большим количеством переходов, сформированных в бездефектных областях полупроводниковой базы, из-за того, что все они объединены в параллельную цепь (в пучок) с помощью противоположных токовых контактов. Это подобно тому, как в механическом тросе (канате, пучке), если один или группа составляющих элементов троса будут дефектными или слабыми и выйдут из строя, то остальные соседние, прочные, которых намного больше, возьмут на себя нагрузку и заблокируют эти слабые или дефектные элементы. Как будет ниже показано, такое конструктивное устройство пучкового перехода фактически нейтрализует в полупроводниковой базе или материале воздействие дефектов без их устранения с объема,т.е. очистки. Кроме того, пучковое строение перехода обеспечивает и существенно увеличивает стойкость к деградации электрофизических характеристик самих переходов и ПП на их основе, а также на несколько порядков увеличивает надежность, долговечность и время гарантированной работоспособности переходов и ФЭП и др. ПП к фактору внешнего воздействия - температуры, интенсивности облучения, токовых нагрузок и т.д., а также позволяет работать на материале со сверхмалыми временами жизни генерированных зарядов, что эквивалентно увеличению их времени жизни. Предлагаемый пучковый переход конструктивно прост, эффективен, технологичен и более экономичен по сравнению с аналогами в уровне техники. Переходы могут быть образованы при контакте двух полупроводников разных типов проводимости(р-n переход), при контакте полупроводников с различным химическим строением (гетеропереход) или при контакте металла с полупроводником (переход Шотки). Поэтому, в дальнейшем, для простоты изложения будет применяться термин "переход" или "р-n переход", имея в виду, что закономерности и явления, относящиеся к р-n переходам, также применимы к гетеропереходам и переходам Шотки. Применение конструкций пучковых дискретных р-n переходов с геометрически малыми размерами для формирования ФЭП или др. ПП позволяет использовать полупроводниковый материал не высокой степени очистки. Изобретение поясняется далее более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено: на фиг. 1 - принципиальная схема сплошного единичного перехода в стандартном ФЭП (а) и пучковых переходов в пучковом ФЭП (b); на фиг. 2 - схема выхода из строя стандартного сплошного перехода (а) и нейтрализации дефектов пучковым переходом (b), а также схема локализации переходов; на фиг. 3 - время гарантированной работоспособности одноэлементной (кривая 1) и многоэлементной (пучковой) структуры (кривая 2 ) образца,- долговечность в с; F - нагрузка в условных единицах; на фиг. 4 - структура мощного высоковольтного стандартного диода с толщиной базы Wb, сформированная из одного сплошного (или линейного) р-n перехода площадью А 2; на фиг. 5 - структура мощного высоковольтного пучкового диода площадью А 2 с толщиной базыWb, состоящего из N1 n+p- диодов площадью a2 каждый; на фиг. 6 - зависимость омического сопротивления базы мощного высоковольтного пучкового диода площадью А 2=1 см 2 с толщиной базы Wb = 200 мкм от числа N n+р- диодов; на фиг. 7 - структура современного стандартного гомогенного ФЭП со сплошным единичным р-n переходом на фронтальной стороне и Т-образной траекторией движения зарядов; на фиг. 8 - -образная траектория движения зарядов в пучковом ФЭП с дискретными р-n переходами; на фиг. 9 - зависимость внутреннего сопротивления солнечных элементов Rint от падающей мощно-3 018895 сти Pint (Space - стандартный космического назначения ФЭП; SP-mono - стандартный высокоэффективный ФЭП фирмы Suny Power; a414-7 - пучковый ФЭП); на фиг. 10 - Вольт-амперные характеристики пучковых и стандартных элементов (Падающая мощность 4000-4930 Вт/м 2. Температура (40-80C); 40C - начало измерения, 80C - конец замера. а 414-7 пучковые элементы, коффициент поглощения 55%, КПД = 24-30%. Space - стандартные космические,Россия, коэффициент поглощения 92%, КПД = 8,1-10%). на фиг. 11 - кривые мощности пучковых и стандартных элементов. Падающая мощности 4000-4930 Вт/м 2. (Температура (40-80C); 40C - начало измерения, 80C - конец замера. а 414-7 - пучковые элементы, коффициент поглощения 55%, КПД = 24-30%. Space - стандартные космические, Россия, коэффициент поглощения 92%, КПД = 8,1-10%); на фиг. 12 - зависимость удельной мощности p=f(U) от напряжения для стандартных однопереходных ФЭП с большими площадями переходов; падающая мощность 500 мВт/см 2. Коэффициент поглощения ФЭП составлял 98%; на фиг. 13 - зависимость удельной мощности p=f(U) от напряжения для пучковых ФЭП согласно изобретения; мощность падающего излучения 500 мВт/см 2. Позициями на чертежах обозначены: 1-, 2-, 3 - р- база, 4 - р+ база, 5 - n+ эмиттер, 6 - - n+p- переход, 7 - распространение ОПЗ в область эмиттера, 8 а - распространение ОПЗ в область базы при прямом смещении, 8b распространение ОПЗ в область базы при обратном смещении, 9 а - металлизация эмиттера 9b - металлизация базы, 10 -дефект, 11 а - линии тока в начале наработки, 11b - линии тока через дефект в момент пробоя, 12 зона проплавления после пробоя, 13 - контактные окна, 14 - изолирующий диэлектрик, 15 - полупроводниковая база р типа проводимости; 16 - фронтальный n+ слой (эмиттер) с противоположным базе типом проводимости; 17 - фронтальный р-n+ переход; 18 - тыльный высоколегированный р+ слой с однотипным базе типом проводимости; 19 - изотипный тыльный р+р переход; 20 - антирефлекторный слой; 21 - контактное окно; 22 - металлизация фронтальной стороны; 23 - металлизация тыльной стороны; 24 падающее излучение; 25 - линии тока носителей заряда (электронов); 25-а инжекционно-рекомбинационная составляющая тока в контакте металл-полупроводник; 26 а - бездефектный элемент, КПД = 14%; 27 адефектный элемент, КПД = 9,6%; 28 а - пучок (батарея) составленный из объединения в параллельную цепь двух элементов (26 а и 27 а) с большими площадями р-n переходов, КПД = 9%; 26b - бездефектный элемент, КПД = 14%; 27b - дефектный элемент, КПД = 5,2%; 28b - батарея составленная из элемента 26b и 27b, КПД = 15%. Для правильного и однозначного понимания, а также единства терминологии в данном изобретении, в соответствии с уровнем развития техники (см. PCT/RU 2007/000301, RU 2006140882/28(044652),Цой Б., Будишевский Ю.Д., Цой В.Э. /Солнечная энергетика: реальность и перспективы.//Вестник Российской Академии естественных наук. 2007, том 7, 1, С.69 - 74) под пучком или стопой понимается многоэлементная структура, образованная из числа N 1 (где N - целое число, стремящееся к бесконечно большой величине) отдельных однотипных индивидуальных элементов, расположенных параллельно друг с другом (или друг над другом) на поверхности (крае) и в объеме (или промежутке) и объединенных общим контактом. Элементами такой структуры (т.е. пучка, или стопы) могут быть монопленки, моноволокна, носители зарядов движущихся в электрическом поле, области проводимости в полупроводниках, р-n переходы и др. Если пучок или стопа составлена из N монопленок, то такая многоэлементная структура имеет плоско-параллельное расположение элементов-пленок, имеющих поверхностные (краевые) и промежуточные (внутри объемные) слои. А если пучок составлен объединением N моноволокон,то такая многоэлементная структура имеет линейно-параллельное расположение элементов-волокон(аналогично механическому тросу), находящихся на поверхности (крае) и в объеме (промежутке). При выполнении многоэлементной структуры объединением (любым известным способом) носителей зарядов, движущихся в электрическом поле, с N источников мы получаем более общий суммарный поток(пучок) носителей зарядов. Изделия выполненные параллельным объединением элементов в многоэлементную структуру двумя (или более) противоположными контактами названы пучковыми: пучковый переход (полученный параллельным соединением N 1 переходов), пучковый резистор (полученный параллельным объединением из числа N 1 резистивных пленочных или волоконных элементов), пучковый диод (полученный объединением в параллельную электрическую цепь N 1 р-n переходов с областями пространственного заряда (ОПЗ, пучковый транзистор (полученный объединением N 1 р-n переходов на коллекторе, эмиттере, базе в биполярных транзисторах) и стоке, истоке, затворе (в полевых транзисторах), подчеркивая этим самым способ их изготовления. Пучковые полупроводниковые приборы (диоды, транзисторы, тиристоры, светодиоды, солнечные элементы и т.п.) названы как "пучковый диод", или"пучковый транзистор", или "пучковый тиристор", или "пучковый светодиод", или "пучковый лазер",или "пучковый солнечный элемент", или "пучковый преобразователь" и т.д.), а сама технология изготовления названа пучковой или- технологией, а материалы и устройства названы- материалами или устройствами. Элементы в пучке могут быть органического и неорганического происхождения, или носителями зарядов, или областями проводимости, или р-n переходами и т.п. Пленки или волокна могут быть ди-4 018895 электриками или проводниками, или полупроводниками. При этом основополагающим и фундаментальным для достижения эффекта пучка является требование большого количества составляющих элементов пучка (N) и их малый размер, вплоть до микроразмеров, а в идеальном случае составляющие элементы должны быть наноразмерными, т.е. должны быть от 1 до 100 нм. Признаки однотипный и отдельный (вместе с требованием множества N и объединения в параллельную цепь между противоположными контактами являются основополагающими и фундаментальными, в предлагаемом изобретении, без которых эффект нейтрализации или шунтирования дефектов или примесей в материале не реализуется. Под однотипными (или одинаковыми) элементами следует понимать такие, которые получены из одного и того же вида и строения субстанции (материи) одинаковым способом, имеющие одинаковые геометрические размеры, форму и конфигурацию, а также одинаковые структурно-чувствительные физические (механические, электромагнитные и др.) характеристики и свойства. Под признаком "отдельный" или не связанный друг с другом подразумевается наличие границы между элементами и его обособленность. Отделителем может быть воздух, любая нейтральная среда,диэлектрик и т.д. В уровне техники, как отмечено выше, переход (контакт или переходный слой между двумя полупроводниками или металла с полупроводником), т.е. область пространственного заряда (ОПЗ) в ФЭП или ПП конструктивно имеет большой объем и большую площадь, в которую попадает весь набор дефектов субмикротрещин (СМТ), микротрещин (МТ) и макротрещин (МакТ). Для того, чтобы только малая часть всех сформированных переходов приходилась на дефектные области материала, необходимо и достаточно, чтобы в области, содержащей только один, наиболее часто встречающийся дефект структуры материала, было сформировано большое число переходов, расстояние между которыми должно быть больше геометрического размера дефекта. Выбор геометрических размеров переходов и расстояния между ними указанным выше способом гарантирует выполнение этого условия. Это в общем случае, означает, что объем, приходящийся на один переход должен быть меньше того объема, который содержит один наиболее часто встречающийся в теле базы тип дефекта. Таким образом, для нейтрализации воздействия дефектов структуры полупроводниковой базы на электрофизические, в частности, вольтамперные характеристики ПП в предлагаемом изобретении уменьшаются геометрические размеры переходов (в общем случае объем, приходящийся на один переход, а в частности, площадь, занимаемая переходом), а число самих переходов существенно увеличивается. Полупроводниковая подложка, представляющая собой базу ПП, наполняется любым известным способом (например, легированием примесей) множеством дискретных малых по геометрическим размерам переходов из числа N1000 (возможно N1,N10, N100, N1000, однако предпочтительно, чтобы N1000), которые однотипны и отдельны и не связаны между собой в области базы. Эти переходы объединяются в пучок, т.е. в параллельную цепь посредством противоположных токовых электродов в один или несколько токовых узлов, причем каждый из этих дискретных геометрически малых по размеру элементов (переходов), имеющих одинаковое функциональное назначение, расположены между противоположными токовыми контактами из числа М 2. Причем, чем больше будет число N составляющих элементов-переходов и меньше его геометрический размер, тем выше будет степень нейтрализации дефектов и поэтому предпочтительно, чтобы число N (подобно механическому тросу) в пучковом переходе было достаточно большим (N= 2k, 3k, 4k, 5k m, где m и k - целые числа; число N). Кроме того, составляющие такую многоэлементную (пучковую) структуру индивидуальные отдельные однотипные (или одинаковые) элементы-переходы имеют произвольную конфигурацию и геометрически малые размеры, определяемые указанным выше способом. Описанная выше пучковая структура, выполненная легированием примесей в полупроводниковой базе является диодной структурой, т.е. пучковым диодом, состоящим из числа N1 однопереходных элементарных дискретных диодов, геометрически малых размеров. Эти элементарные и геометрически малые по размерам дискретные диоды соединены параллельно во внутренней электрической цепи. Геометрический размер перехода должен быть снижен до достижения в них высоких значений требуемой физической характеристики. Возможны варианты с геометрическими (линейными поперечными и продольными) размерами областей, приходящихся на один элемент (один р-n переход с ОПЗ) менее 100 000 нм или 10 000 нм, или 1000 нм. Предпочтительно, чтобы характерный поперечный размер области, приходящийся на один р-n переход были менее 100 нм и имел размеры в пределах 1-100 нм. При этом характерный поперечный размер области, приходящийся на один переход должен составлять более 1-го нм, так как при масштабе менее 1 нм элемент как физическое тело прекратит существовать. В целом, чем меньше геометрический размер элемента (р-n перехода), тем больше вероятность того, что при его формировании в полупроводниковой подложке он попадет в сверхчистую зону. Число дискретных N переходов в ФЭП или в др. 1111 должно быть таким, чтобы объем, приходящийся на один р-n переход с областями пространственного заряда (ОПЗ) был меньше объема, предпочтительно много меньше объема, приходящегося на один тип, наиболее часто встречающийся опасный доминирующий и характерный тип дефекта структуры полупроводникового материала подложки. Если c - объемная концентрация таких дефектов или примесей, то по порядку величины число N создаваемых р-n переходов, обеспечивающих наличие большого числа свободных от дефектов р-n переходов должно быть не менее N(cV)2/3, где V - объем полупроводниковой базы (т.е. предпочтительно,чтобы N (cV)2/3). В этом случае отдельные маленькие по геометрическим размерам р-n переходы с ОПЗ располагаются в геометрически малых по размерам областях полупроводниковой субстанции (базы или подложки), подавляющая часть которых представляет собой чистые или сверхчистые зоны или кластеры. С другой стороны, возможно выполнение более точного расчета наиболее оптимальной величины N исходя из количества дефектов или примесей в полупроводниковой субстанции. Если с - объемная концентрация таких дефектов или примесей, то объем, приходящийся на один дефект, будет равен 1/c. ЕслиS - рабочая площадь поверхности полупроводниковой подложки, на которой формируются дискретные переходы, (в случае выполнения ФЭП эта величина представляет площадь поверхности его фотоприемной части), h - ширина р-n перехода, то число р-n переходов на его поверхности должно быть не меньше величины N = Np = Shck, где k = 2,3km. Величина km - 1/cva, va - атомный объем материала. В этом случае отдельные, маленькие по геометрическим размерам р-n переходы располагаются в геометрически малых по размерам областях полупроводниковой субстанции, подавляющая часть которых Shc(k-1) представляет собой чистые или сверхчистые зоны или кластеры. Например, если в качестве дефектов структуры имеются только примеси, то при степени чистоты 0,99 и атомном объеме va = 10-28 м 3 имеем 1/c= 10-26 м 3. Тогда при S = 10-2 м 2, h = 10-6 м имеем N = Np= Shck = 1018k. Кроме того, из-за большого числа созданных р-n переходов N (N1) остальная, значительно меньшая часть из созданных р-n переходов, будет дефектной (отношение числа дефектных р-n переходов к числу бездефектных равно 1/(k-1. Однако в процессе эксплуатации они будут шунтированы работоспособными р-n переходами в силу их параллельного соединения в электрическую цепь. Такой многоэлементный ФЭП пучковой структуры представляет собой систему с большим числом параллельно работающих отдельных предпочтительно однотипных элементов, отдельные группы которых имеют одинаковые рабочие характеристики. В соответствии с законом больших чисел суммарные рабочие характеристики такого ФЭП обладают большой устойчивостью. Если в такой пучковой (многоэлементной) структуре часть р-n переходов с ОПЗ окажутся в силу технологической предыстории не работоспособными или выйдут из строя в результате воздействия какого-либо фактора, например, токовой или радиационной нагрузки, то токи в структуре перераспределятся и остальная в количественном отношении, большая часть р-n переходов возьмет на себя нагрузку и изделие в целом останется работоспособным. Сила тока i, получаемая в такой мчогоэлементной пучковой структуре ФЭП равна, в силу параллельного соединения р-n переходов, сумме всех токов, т.е. i = i1 + i2 iNp (Np1). Каждое слагаемое в этой сумме есть случайная величина, имеющая одинаковую со всеми остальными функцию распределения токов, с математическим ожиданием i0 и дисперсией 2. В соответствии с центральной предельной теоремой случайная величина i имеет нормальное распределение. Поэтому с доверительной вероятностью 0,99 значения величины i находятся в следующем доверительном интервале Таким образом, при достаточно большом числе работающих р-n переходов Np (Np 1) получаемая сила тока будет равна iNpi0, т.е. статистически устойчива. И поскольку в пучковом ФЭП или диоде число отдельных дискретных р-n переходов N представляет очень большую величину, то общий ток i в таком преобразователе из-за параллельности электрической цепи перераспределится (делокализуется) по отдельным однотипным геометрически малым по размерам переходов. Таким образом, большое число локализованных отдельных однотипных р-n переходов приводит к возникновению неожиданного явления в структуре ФЭП: к возникновению эффекта делокализации или"эффекта веника", т.е. явления обратного известному эффекту пучка (см. эффект пучка ниже по тексту описания). При этом в результате возникновения "эффекта веника" через каждый отдельный однотипный геометрически малый дискретный р-n переход будет проходить существенно меньший по величине фототок iN, чем i (iiN) и причем при N ток на р-n переходе iN, где- бесконечно малая величина. В результате, если маленький по геометрическим размерам р-n переход или группа переходов попадут в зону опасного дефекта, то этот дефект будет не только шунтированным, но и не будет опасным (см. фиг. 1 и 2). При этом, поскольку р-n переход снижается до геометрически малых размеров, то обратный темновой ток насыщения, из-за снижения площади перехода также существенно снижается. В целом расчеты пучковой структуры авторов (см. фиг. 3) показали, что пучковые ФЭП существенно более надежны и долговечны, а их время гарантированной работоспособности как минимум на 2 порядка превышает по величине стандартные однопереходные ФЭП. Это связано с тем, что каждый рабо-6 018895 тающий р-n переход имеет большую долговечность i, и так как функционирует либо в бездефектной зоне, либо в зоне электрически неактивных дефектов, а вышедшие из строя р-n переходы составляют только малую, определенную часть от общего числа переходов Np и не нарушают существенно работоспособность всей конструкции. При этом средняя долговечность г многоэлементного ФЭП ckс, где с средняя долговечность отдельного р-n перехода многоэлементного ФЭП, ск = Nk/Np, a Nk - число вышедших из строя р-n переходов, приводящих к потере работоспособности многоэлементного ФЭП (NkNi). Величина c определяется условием,Среднеквадратичное отклонение при этом где pi - доля р-n переходов с долговечностью i,a nT - число групп р-n переходов с долговечностью i. Так как c 0, где 0 - средняя долговечность однопереходного ФЭП, то средняя долговечностьмногоэлементного ФЭП будет много больше средней долговечности од однопереходного ФЭП, т.е. 0. Если многоэлементный ФЭП используется вплоть до выхода из строя всех p-n переходов, то в этом случае его средняя долговечность с Ln Np, a Таким образом, в рассматриваемом случае средняя долговечность многоэлементного (пучкового) ФЭП много больше средней долговечности каждого из составляющих его р-n переходов, а разброс значений долговечности многоэлементного ФЭП тем меньше, чем из большего числа элементов он состоит. Это и приводит к неожиданному и к существенному увеличению времени гарантированной работоспособности многоэлементных пучковых ФЭП по сравнению с одноэлементными (см. фиг. 3). Описанный выше способ нейтрализации дефектов в полупроводниковой субстанции (подложке, базе) путем наполнения е дискретными и геометрически малыми по размеру р-n переходами эквивалентен повышению ее степени чистоты в уровне техники, но без процесса их очистки (устранения) из объема субстанции (материала). Известные в уровне техники методы, к примеру, способ очистки полупроводникового материала путем захвата в нем чужеродных примесей структурными дефектами (так называемое внутреннее гетерирование) и перевода дефектных комплексов из электрически активного состояния в электрически пассивное состояние, является по сравнению с предлагаемым авторами существенно более дорогим. Таким образом, если теперь учесть, что стоимость кремния от степени очистки зависит экспоненциально и вместо, например, кремния чистотой 99,9999 использовать кремний чистотой 99,99, то можно удешевить стоимость подложки ФЭП на два порядка. Другим вариантом, эквивалентным очистке используемой полупроводниковой субстанции, является снижение геометрического масштаба образца, например, толщины подложки, на которой формируется преобразователь. Для того чтобы нейтрализовать или устранить в полупроводниковой подложке наиболее характерные опасные дефекты, которыми являются макродефекты, снижающие физикомеханические и электрофизические характеристики материала, необходимо выполнить подложку толщиной менее определенного поперечного размера макродефекта. В этом случае в полупроводниковой подложке отсекается третья группа дефектов, относящихся к наиболее опасным характерным дефектам макротрещинам, имеющим размерность 1000-10000 нм (и более). Экспериментальные статистические исследования авторов показали, что при толщинах менее 50000-60000 нм (50-60 мкм) материал, из-за перехода дефектов на высокие уровни свойств, переходит в особое физическое состояние. В таком состоянии материал характеризуется высокими физическими характеристиками, в частности, высокой долговечностью и прочностью механических и электрических характеристик. Обычный монокристаллический кремний в этом состоянии (при толщинах менее 50-60 мк) становится эластичным и высокопрочным. Наполнение такой тонкопленочной полупроводниковой базы N (где N(cV)2/3 и предпочтительно N) геометрически малыми отдельными и однотипными дискретными р-n переходами с ОПЗ, размеры которых меньше СМТ или МТ и их последующее объединение в параллельную цепь будет эквивалентно его очистке. Формирование на такой полупроводниковой тонкопленочной базе ФЭП позволит увеличить их долговечность минимум на один порядок. В целом, предлагаемый авторами конструкция пучкового перехода позволяет использовать для изготовления ФЭП и других ПП большой площади (например, силовых диодов, транзисторов, тиристоров и др.) базовый материал с повышенным содержанием дефектов. Ниже рассмотрим это на конкретном примере. Пример 1. Рассмотрим структуру и работу мощного кремниевого высоковольтного стандартного диода одной и той же площади А 2 с одним большим сплошным, т.н. линейным р-n переходом и пучковый диод, состоящий из N1 дискретных диодов, объединенных в токовый узел, сформированных на подложках с одинаковой плотностью дефектов. В структуре сплошного диода, представленной на фиг. 4, сопротивление базы R зависит от ее удельного сопротивления р, толщины Wb и площади А 2 и определяется выражением Rb =pWb/А 2 (см. Крутякова М.Г., Чарыков Н.А., Юдин В.В. / Полупроводниковые приборы и основы их проектирования. М.: Радио и связь. 1983, с. 39-41). Толщина Wb базы и степень легирования выбирается из того условия,чтобы максимальное пробивное напряжение в 1,5-2 раза превышало напряжение пробоя, обусловленное максимальным значением напряженности в запирающем слое, при превышении которого происходит разрыв валентных связей материала, т.е. необратимое разрушение прибора. Например, для выпрямительного диода с пробивным напряжением 100 В удельное сопротивление базы должно быть не ниже 2,5 Омсм, ОПЗ составляет 8,6 мкм, однако, исходя из условий механической прочности подложки ее толщина составляет 200-250 мкм. Для обеспечения удовлетворительных падений напряжения в области базы при прямых смещениях проводят глубокую 20-30 мкм высокотемпературную диффузию донорной и акцепторной примесей, так что толщина нелегированного тела базы W выпрямительного диода составляет порядка 150-200 мкм. При площади диода А 2 = 1 см 2 омическое сопротивление базы составит RБО = 0,5 Ом. С учетом модуляции проводимости базы с ростом тока до предельно допустимого 100 А в условии высокого уровня инжекции ее сопротивление составляет 0,014 Ом. При этом мощность, выделяемая на диоде, на нагрев в статическом режиме при прямом смещении составит 140 Вт. В момент переключения происходит переход диода из открытого в закрытое состояние, т.е. от модулированного сопротивления к немодулированному при одновременном воздействии, как высокого напряжения, так и тока. При этом, импульсная мощность в несколько раз превосходит статическую, что вызывает локальный перегрев в области дефекта. В забытом состоянии дефект, являясь центром генерации тока и областью пониженной максимально допустимой напряженности поля, также является центром повышенной опасности. Во всех рассмотренных случаях плотность тока (линии 11 а фиг. 4) в области дефекта выше, чем в остальных областях диода. В результате цикличного многократного воздействия, т.е. прохождения ОПЗ (линии границы ОПЗ 8b8 а фиг. 4) через область дефекта и дефект "расшатывается", что внешне выражается повышением,причем нелинейным, обратного тока с увеличением времени наработки и деградацией других, в частности, тепловых характеристик. Затем наступает пробой по дефекту 10. Не ограниченный высокой проводимостью сплошного эмитгера 3 ток локализуется в области дефекта (линии 11b фиг. 4) разрушая его вплоть до проплавления кремния в области 12. В структуре состоящего из N1 дискретных диодов 5, представленной на фиг. 5, при соблюдении условия растекания тока эмиттера наступающего, когда его линейные размеры в 3 раза меньше толщины базы Wb, сопротивление базы становится независимым от ее толщины, определяется только площадью перехода и удельным сопротивлением базы согласно выражению R=p/2 A1/2. При размере элемента эмитгера 5 а= 1010 мкм 2 (10-6 см 2) для заданной омности кремния омическое сопротивление растекания тока в базу составляет rБО = 1250 Ом. Параллельное объединение N элементов в токовый узел ведет к снижению общего сопротивления так, как показано на фиг. 6. Если отдельные элементы диода размером 1010 мкм расположить в матрицу с зазором 90 мкм, то число их в матрице площадью 11 см составит порядка 14400 шт. Объединенные параллельным соединением в токовый узел они образуют пучковый диод с омическим сопротивлением Rдо 0,085 Ом, что в более чем 5,5 раз ниже омического сопротивления базы сплошного диода. При той же степени модуляции проводимости базы ее сопротивление составит 0,0024 Ом. Понятно, что разогрев пучкового диода, как в статическом, так и динамическом режиме работы за счет снижения омического сопротивления базы даже при тех же временах переключения будет в несколько раз меньше, чем диода со сплошным эмиттером. Как при прямом включении диода, так и в момент переключения, плотность тока в области дефекта ограничивается высоким сопротивлением растекания, а при обратном смещении ОПЗ пространственно разнесенных диодов лишь частично затрагивает диод. Барьерная емкость линейного перехода пропорциональна его площади СбарSpn=Sд. Барьерная емкость пучкового диода определяется донной и латеральной составляющими эмиттера, но в предельном случае формированием меза - эмиттера может быть сведена только к донной части. В рассматриваемом случае это означает, что соотношение емкостей составит отношение площадей Spn/Sд = 0,0144. Связанное с барьерной емкостью время переключения из закрытого состояния в открытое, определяемое RC - цепью в силу меньших значений обеих составляющих обеспечит резкий фронт переключения, а следовательно, и более кратковременное воздействие импульса на дефект. Фронт переключения диода из открытого состояния в закрытое определяется скоростью рекомбинации накопленного в базе заряда. Время его релаксации определяется временем жизни неосновных носителей заряда: чем меньше время жизни, тем ниже время релаксации и круче фронт запирания. Управление временем жизни осуществляется различными методами, например, диффузией золота или облучением. В обоих случаях это ведет к потере диффузионной длины неосновных носителей, т.е. потере доли инжектированных в прямом режиме работы носителей, а следовательно - к увеличению динамического сопротивления и выделяемой на диоде мощности в момент включения. В линейном диоде со сплошным переходом воздействию факторов, обуславливающих уменьшение времени жизни, подвергается вся поверхность и весь объем базы. Такое воздействие, генерируя рекомбинационные центры, также активирует и дефекты. Учитывая механизм не протекания, растекания тока в пучковом диоде, введение рекомбинационных центров может быть осуществлено вне активных областей. Релаксация заряда, накопленного в базе произойдет в узкой области, ограниченной величиной диффузионной длины неосновных носителей в ней. Учитывая, что в подавляющем случае пробой диода наступает в момент его переключения, когда через него одновременно протекает большой ток при высоком смещении, можно ввести временной фактор. Суть его заключается в следующем. Каждый дефект обладает запасом прочности, характеризующийся произведением IUt, где IU минимальная импульсная мощность, t - минимальный промежуток времени в течении которого единичный импульс разрушит дефект. Тогда m=t/t, где t=ton+toff сумма времен включения и выключения определит количество циклов пересечения дефекта областью пространственного заряда, которое способен выдержать дефект до его разрушения. Чем больше IUt и меньше t, тем больше время жизни дефекта, а следовательно, и долговечность диода. Как следует из приведенного рассмотрения, в пучковом диоде выполняются все условия. Локализация р-n переходов и линий тока снижает вероятность попадания дефекта в активные области, а высокое сопротивление растекания отдельного элемента выравнивает токи через совокупность элементов, составляющих параллельный токовый узел, т.е. ограничивает ток и через дефектный участок. При этом,даже пробой отдельного элемента по дефекту не приведет к разрушению области, окружающей дефект поскольку ток через локальный элемент ограничен его сопротивлением, а сам элемент по базе не связан с остальными. С этой точки зрения следует равномерно распределить токи и потенциалы между элементами, т.е. элементы должны быть одинаковыми - фактор однотипности. Этот фактор не всегда выполним на практике, но крайне желателен, его существенное нарушение (существенное расхождение параметров каждого элемента со средними значениями по всей совокупности) приведет к снижению надежности и долговечности прибора. Например, если элементы имеют различные площади, то временной фактор будет определяться совокупностью элементов с большей площадью и чем площадь больше, тем ниже временной фактор. То, что динамические свойства пучкового элемента выше динамических свойств линейного означает, что отношение m=t/t для него будет больше. Следовательно, надежность и долговечность пучкового диода больше, чем линейного однопереходного диода. Таким образом, если в не высокой степени очистки от дефектов или примесей подложку наполнить любым известным способом геометрически малыми (размером D, где- бесконечно малая величина,предпочтительно наноразмерная) дискретными р-n переходами в достаточно большом количестве(N), то дефекты из-за малого размера р-n переходов будут блокироваться или они будут неопасными. Из-за малого размера р-n переходов вероятность встречи их с дефектами снижается. С другой стороны, поскольку р-n переходы малы, дискретны и отдельны и расстояния между ними больше поперечных размеров наиболее характерных доминирующих дефектов, то эти дефекты не могут оказаться в зоне или областях пространственного заряда (ОПЗ) р-n переходов или прилегающих областях проводимости они там не могут разместиться из-за большой величины дефектов. Поэтому, чем больше будет число р-n переходов, а их геометрический размер будет меньше (предпочтительно меньше геометрического размера характерного доминирующего дефекта), тем эффективнее и надежнее они будут блокировать дефекты. С другой стороны, если даже часть переходов будут блокированы дефектами или примесями, то остальная часть переходов в силу пучковой структуры преобразователя будет работоспособной и возьмет на себя всю нагрузку. Конструкция пучкового перехода с числом NcV2/3 элементарных переходов размером меньше характерного доминирующего в в полупроводнике типа дефекта, объединенных в параллельную цепь посредством противоположных токовых электродов во внутренней цепи полупроводникового прибора,использована не только для нейтрализации дефектов и увеличения надежности и времени гарантированной работоспособности, переходов и ФЭП на их основе, но и для увеличения стойкости к деградации их электрофизических параметров к факторам внешнего воздействия - интенсивности облучения, токовой нагрузки, температуры и др. Как оказалось, эффекты, возникающие при снижении геометрических размеров переходов и объединении их в пучковую структуру приводят к проявлению в ФЭП и др. ПП еще к ряду неожиданных эффектов - к увеличению температурной стойкости параметров ФЭП, стойкости к воздействию концентрированного излучения и стойкости к деградации вольт амперных характеристик (ВАХ), включая сюда повышение величины тока короткого замыкания, напряжения холостого хода и др. Конструктивно пучковый переход - это статистическая выборка из числа N геометрически малых элементарных р-n переходов. Статистическая выборка или пучок подчиняется математическому закону больших чисел, согласно которого разброс и дисперсия любой физической характеристики в таком ста-9 018895 тистическом пучке снижаются, причем, чем число элементов N будет больше в пучке, тем меньше будет дисперсия и тем выше будет стабильность физической величины и наоборот. При этом, чем меньше в пучке геометрический размер составляющего элемента, т.е. выше степень локализации р-n перехода, тем более четко будет в нем проявляться эффект пучка (или многоэлементный масштабный фактор физических характеристик, заключающийся в том, что в пучке малых элементов с противоположными контактами физические характеристики тела переходят в состояние сверхвысоких значений или в состояние сверхусиления (см. Цой Б.,Э.М. Карташов, В.В. Шевелев. /Закономерность изменения физических характеристик многоэлементных структур полимеров и твердых тел при изменении числа элементов. Москва. Диплом 207 на открытие от 18.06. 2002 г., per.245. /Явление многоэлементного масштабного эффекта характеристик физических объектов (эффект Цоя-Карташова-Шевелева). Москва. Диплом на открытие 243 от 16 декабря 2003 г. Per.287). В статистическом пучке дефектные элементы пучка нейтрализованы или зашун-тированы большим числом N в пучке бездефектных элементов. Геометрически малые размеры элементов пучка в силу масштабного фактора бездефектны и потому они имеют высокие значения физических характеристик. Поэтому геометрически малые элементы (например, натуральные тонкие волокна шелкопряда), объединенные в пучок (веревку, прядь или канат) имеют высокую и сверхвысокую долговечность и прочность, что и используется человеком на практике уже тысячалетиями. В случае ФЭП мы имеем сверхвысокие значения тока короткого замыкания, потенциала холостого хода, долговечности, надежности, стойкости к температуре и к высоким интенсивностям освещения, тока и т.п. В целом, в статистическом пучке тонких элементов в силу многоэлементного масштабного фактора происходит эффект сверхвысокого усиления физических характеристик. В пучке массивных по своим геометрическим размерам переходов эффект пучка (усиления) не возникает и не происходит (см. ниже описание фотоэлектрического преобразователя и батареи). В целом, при переходе от стандартного ФЭП с большим сплошным единичным р-n переходом к дискретному пучковому ФЭП, происходит, с одной стороны, локализация р-n переходов и контактов,ведущая к увеличению фотопотенциала, а с другой -делокализация (перераспределение) тока i и тепла Q(Q - величина, включающая тепловыделение и теплоотвод) на геометрически малых р-n переходах. Эффект делокализации (или иначе "эффект веника") токовых или иных силовых или энергетических нагрузок позволяет пропускать через ФЭП или 1111 токи (или другие энергетические или силовые нагрузки) со сверхвысокими удельными значениями плотностей. Причем, чем больше число переходов N и меньше его геометрический размер, тем выше степень делокализации и тем выше будет стойкость преобразователя к токовым, световым, температурным или иным механическим или энергетическим перегрузкам. Таким образом, процессы делокализации тока, тепловыделения и теплоотвода на отдельных однотипных дискретных малых по геометрическим размерам р-n переходах обусловливают высокую температурную устойчивость ФЭП и устойчивость к высоким уровням освещенности, т.е. к концентрированному падающему излучению и другим факторам внешнего воздействия. Фактически, получается, что при стремлении числа переходов N, ток и тепловые эффекты, приходящиеся на один отдельный геометрически малый по размеру р-n переход будут стремится к нулевой величине (iN0, QN 0). Поэтому локализованные в "точку" переходы и точечные контакты из-за дело-кализации тока i и тепла Q позволяют пропускать через пучковую структуру удельные значения токов и тепла в десятки и сотни раз превосходящих плотности токов стандартных ФЭП или других ПП. Кроме того, при переходе от сплошной однопереходной структуры к дискретной пучковой (многопереходной) структуре из-за эффекта веника, т.е. процессов делокализации и перераспределения токов и энергии происходит открытие "оптических окон" и для коротковолнового ЭМИ и изменение траектории движения генерированных зарядов от т-образной (присущей сплошным стандартным ФЭП) к -образной форме, т.е. ведет к устранению слоевого сопротивления, представляющего собой последовательное внутреннее сопротивление ФЭП (см. фиг. 7 и 8). Переход к -образной траектории и коснтрукция пучкового перехода позволяет использовать полупроводниковый материал со и сверхкороткими временами жизни зарядов. Результаты измерения удельных сопротивлений стандартных образцов и экспериментального пучкового ФЭП при различных падающих мощностях излучения подтверждают доказательную базу предлагаемого изобретения (см. фиг. 9). Как видно из фиг. 9, внутреннее сопротивление пучкового ФЭП, изготовленного в серийных промышленных условиях, существенно ниже, чем у стандартных - космического назначения (Россия) и высокоэффективного ФЭП фирмы Suny Power (США). При этом вместе с устранением слоевого сопротивления существенно снижается (из-за большого количества р-n переходов и их малой площади) ток насыщения, а выходной фототок и мощностные характеристики в результате существенно увеличивается (фиг. 10 и 11). Эффекты делокализации токов и тепла (эффект веника), а также низкое внутреннее сопротивление пучковых ФЭП позволяет реализовать их эксплуатацию при высоких уровнях освещенности (в концентрированном падающем излучении), когда ВАХ стандартных ФЭП со сплошным единичным р-n переходом спрямляются (см. фиг. 10). Ключевым в изобретении пучкового ФЭП является эффект пучка или эффект усиления физических характеристик в пучковой структуре. Он реализуется при соединении в параллельную электрическую цепь геометрически малых по размерам отдельных однотипных индивидуальных составляющих переходов с объемом (или областью), приходящимся на один р-n переход меньше (предпочтительно много меньше) объема или области приходящимся на один тип, наиболее опасного и доминирующего типа дефекта структуры подложки с числом NcV2/3. Если р-n переход, к примеру, в плоскостном диоде имеет круговую конфигурацию, то его линейный поперечный размер ln должен быть меньше поперечного размера макротрещины bMaкТ (nbMaкТ), или как вариант, чтобы ln был меньше поперечного размера микротрещины LMT (lnLMT), а предпочтительней всего, чтобы линейный размер ln был равен или был меньше поперечного размера субмикротрещины LCMT(l LCMT). Возможны варианты, когда ln = bМакТ или ln = LMT. При этом конфигурация однотипных элементовпереходов может быть произвольной: прямоугольной, многоугольной, круговой и т.д. При этом условие неравенства lnL для геометрических размеров р-n переходов ставится в зависимости от чистоты полупроводникового материала. Чем степень очистки материала выше; тем геометрический размер р-n перехода может быть большим, т.е. в этом случае можно применить неравенство lnLМакT, т.е. линейный размер перехода можно выполнить меньше поперечного размера макротрещины или дефектного комплекса. Число N р-n переходов, обеспечивающих наличие большого числа свободных от дефектов р-n переходов, должно быть много больше величины (cV)2/3, т.е. N (cV)2/3, где V - объем полупроводникового материала, а с - концентрация дефектов нем. В целом, снижение геометрических размеров (области или объема, приходящегося на один переход) и рост числа составляющих элементов-переходов пучка ведет к эффекту нейтрализации дефектов,содержащихся в полупроводниковом материале и усилению всех физических характеристик пучкового ФЭП (увеличению времени жизни генерированных зарядов, стойкости к токовой, тепловой, световой нагрузке, надежности, долговечности, прочности, и т.д.). Поэтому предпочтительно, чтобы геометрические размеры р-n переходов были размером меньше объема (или поперечного размера области) СМТ или были бы равны объему (или поперечному размеру области) СМТ, т.е. поперечный геометрический размер области, приходящийся на один p-n переход должен быть в пределах 1-100 нм. Расстояния между дискретными р-n переходами в пучковом ФЭП должны быть соизмеримыми с диффузионной длиной генерированных неосновных носителей заряда (ННЗ), но по крайней мере больше(предпочтительно много больше) поперечного геометрического размера области, приходящегося на наиболее опасный характерный доминирующий тип дефекта, для того, чтобы снизить вероятность встречи р-n перехода с дефектом или примесью. При соединении больших (массивных) по геометрическим размерам элементов эффект усиления(пучка) не реализуется из-за наличия в структуре материала ФЭП больших по размерам дефектов. Доказательство справедливости заявленного эффекта далее покажем на конкретном примере реализации эффекта в экспериментально выполненных пучковых ФЭП. Образцы пучковых ФЭП были изготовлены в серийных промышленных условиях на полированных кремниевых пластинах КДБ-12 (100) толщиной 440 мкм с ориентацией 100 +/- 0,5, с удельным сопротивлением 9,6-14,4 Омсм. Коэффициент поглощения у изготовленных ФЭП составлял 45%. Пример 2. Для примера на фиг. 13 представлены данные параллельного соединения двух сплошных стандартных однопереходных ФЭП с большой площадью р-n переходов (4 см 2). Из этих данных видно, что при объединении в пучок (в параллельную цепь) стандартных элементов суммарная удельная мощность снизилась с 70 и 48 мВт/см 2 до 45 мВт/см 2; КПД для этих двух элементов составляло соответственно 14% и 9,6%, а КПД после объединения этих элементов стало 9%. Следовательно, суммарное значение удельной мощности при сборке в батарею или модуль двух солнечных элементов с большой площадью p-n перехода, при параллельном соединении, получается значение мощности меньше значения мощности составляющих элементов, а КПД понизилось до 9%. Это очень важный для практики факт, свидетельствующий о том, что на практике в батарею (если не хочешь потерять эффективность) необходимо собирать при параллельном соединении строго однотипные (одинаковые) элементы. Для пучковых ФЭП согласно изобретению получаются совсем иные результаты. Согласно изобретению пучковый ФЭП состоит из Nl геометрически малых по размеру отдельных однотипных (одинаковых) р-n переходов, соединенных во внутренней цепи параллельно и образующих с помощью противоположных токовых контактов-проводников один или несколько токовых узлов. При этом согласно закону больших чисел количество переходов N (где N - целое число, равное много больше 1 и предпочтительно, чтобы N1000 или, 10 000, 100 0000, 1 000 000, 1000 000 000, , m, т.е. чем больше будет число N, тем лучше будет возникать эффект усиления в пучке и тем выше будут характеристики ФЭП), а геометрически малые по размерам отдельные однотипные р-n переходы с ОПЗ должны быть меньше геометрического размера или объема (или поперечных размеров) доминирующего в полупроводниковой базе характерного типа макротрещины (МакТ), предпочтительно, чтобы они были меньше объема (или поперечного размера) микротрещины МТ, или субмикротрещины СМТ и должны располагаться между противоположными токовыми контактами из числа М 2, образуя один или несколько токовых узлов. На практике, чем больше число N р-n переходов в ФЭП и меньше их размер (в идеале от 1-100 нм),тем лучше будет проявляться эффект пучка и тем выше будут электрические, в частности, мощностные характеристики ФЭП. Заявленный эффект усиления электрических характеристик в предлагаемых ФЭП наглядно представлен на фиг. 14, где приведены мощностные характеристики кремниевого пучкового ФЭП с числом переходов N = 300000 с площадью одного р-n перехода прямоугольной формы, равном 16 мк 2. Данные представлены по отдельности и собранные в виде батареи из двух отдельных пучковых элементов, соединенных параллельно между противоположными токовыми контактами. На практике при сборке элементов в батарею или модуль используется как последовательное, так и параллельное соединение. На фиг. 13 представлены данные на бездефектный и дефектный элементы и данные этих двух элементов, объединенных в батарею через параллельную цепь. Как видно из этих чертежей, дефектный образец нейтрализован в батарее. В батарее наблюдается неожиданный эффект: общая удельная мощность и КПД стала выше мощности каждого отдельного элемента. Если мощность отдельных элементов составляла 26 и 70 мВт/см 2, а КПД соответственно составляло 5,2 и 14%, то после объединения в батарею удельная мощность стала 75 мВт/см 2, а КПД повысилось до 15%. Следовательно, удельная суммарная мощность элементов, объединенных в батарею суммируется и становится даже выше лучшего бездефектного элемента. Суммарная удельная мощность у пучковых батарей становится по значению больше удельной мощности бездефектного элемента, имеющего наибольшее значение. В целом в батарее из пучковых ФЭП суммарное КПД увеличивается по сравнению со значениями КПД отдельных составляющих элементов. Это существенно важный для практики результат. Такое поведение дефектных и бездефектных элементов в батарее свидетельствует о том, что в пучковых ФЭП дефекты, как уже было выше отмечено, в силу большого количества N р-n переходов, их малого размера (т.е. локализации перехода) и процессов делокализации фототока и тепла, становятся не опасными, либо шунтируются. Кроме того, в батарее из пучковых ФЭП полное внутреннее сопротивление снижается и поэтому в нем меньше потерь на сопротивлении и КПД пучковой батареи увеличивается. Снижение внутреннего сопротивления происходит как за счет параллельного соединения большого количества малых отдельных однотипных р-n переходов и снижения суммарного сопротивления в параллельной цепи (см. фиг. 6), так и за счет большого разброса сопротивления. Проведенные экспериментальные исследования показывают, что тем меньше геометрический размер перехода, тем больше наблюдается статистический разброс сопротивлений р-n переходов. Как показывает эксперимент, в статистической выборке из большого количества малых переходов хоть одно из значений находится близко к нулевому. Если теперь эти переходы объединить в пучок или параллельных) цепь, то общее сопротивление такого пучка будет иметь значение меньше наименьшего, т.е. оно будет близким к нулю значением. Поэтому потери на внутреннем сопротивлении р-n переходов снижаются, а эффективность батареи состоящей из множества пучковых элементов увеличивается. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ изготовления пучкового перехода, в котором на полупроводниковой подложке выполняют N1 отдельных однотипных переходов, объединяют их в параллельную цепь посредством токовых электродов, характеризующийся тем, что объем каждого однотипного перехода выполняют меньше объема 1/с, где с - объемная концентрация дефектов, содержащего наиболее опасный характерный доминирующий дефект в полупроводниковой базе и площадью поверхности на поверхности полупроводниковой базы меньше чем 1/с 2/3. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что число переходов N выбирают из соотношения NShck,где S - рабочая площадь поверхности полупроводниковой подложки, на которой формируются переходы,h - ширина перехода, с - объемная концентрация дефектов или примесей, k = 2,3km, а величина km = 1/ca, a - атомный объем материала, 1/с - объем, приходящийся на один дефект. 3. Способ по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что расстояние между отдельными однотипными переходами больше поперечного размера наиболее опасного характерного доминирующего типа дефекта в полупроводниковой базе. 4. Способ по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что расстояние между отдельными однотипными переходами выбирают менее удвоенной диффузионной длины. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что число переходов N выбирают из соотношения N(cV)2/3,где с - объемная концентрация дефектов, а V - объем полупроводниковой базы. 6. Способ по любому из пп.1, 2, 5, отличающийся тем, что толщину подложки выбирают менее 60 мкм. 7. Пучковый преобразователь электромагнитного излучения, содержащий по крайней мере один пучковый переход, выполненный на полупроводниковой подложке в соответствии со способом по лю- 12018895 бому из пп.1-6, в котором объем каждого однотипного перехода меньше объема 1/с, где с - объемная концентрация дефектов, содержащего наиболее опасный характерный доминирующий дефект в полупроводниковой базе и площадью поверхности на поверхности полупроводниковой базы меньше чем 1/с 2/3.