Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
Измерения спектра оптического поглощения проводились для получения сведений как об электронной структуре, так и о свойствах материала, зависящих от атомной структуры. Примеры спектров поглощения показаны на рис. 6.2.1. Для сравнения там же показаны спектры поглощения кристаллического к-81 и гидрогенизированного аморфного (ТР-а-81 : Н) кремния. С увеличением 7'подл край поглощения смещается в область более высоких энергий. Спектр поглощения для поликристаллического кремния, полученного МЛО, существенно отличает -
298
ся от спектров для аморфного гидрогенизированного и кристаллического кремния. По сравнению с кристаллическим кремнием у поликрис-. таллическйх пленок, нанесенных МЛО, отмечается более высокий коэффициент поглощения в области высоких энергий. Как полагают, увеличение коэффициента поглощения есть следствие того, что размер зерен поликристаллической пленки чрезвычайно мал (менее 2000 А), а структура решетки в кристаллической части искажена. Хвост поглощения для поликристаллических пленок, полученных МЛО, очень мал и напоминает хвост поглощения в a-Si : Н, а не в кристаллическом кремнии. Спектр поглощения поликристаллического кремния нельзя объяснить наложением спектров поглощения кристаллического и аморфного кремния. Следовательно, поликристаллический кремний, полученный 10* МЛО, можно рассматривать как новый материал с промежуточными свойствами между кристаллическим и аморфным кремнием.
Рис. 6.2.1. Спектры оптического поглощения для пленок поли кристаллического кремния, осажденных при различных температурах [31] подложки
Г-г00;с2 - 430;5-600.
_i_і_і_1—1—і—і—і—і—i—і—і—1-
1,0
%5
2,0 hv,3B
Влияние толщины
На электронограммах от более тонких пленок поликристаллического кремния [26] отмечаются дифракционные пятна и гало, что указывает на совместное присутствие кристаллических и аморфных областей. С увеличением толщины пленки гало слабеют и на более толстых пленках исчезают. Кроме того, в более толстых пленках преобладает ориентация <100> вместо < 111 > в тонких пленках. Это обусловлено тем, что в процессе осаждения имеет место рост кристаллитов по механизму, подобному твердофазной эпитаксии, и кристаллические участки внедряются в аморфную область. Как известно, при твердофазной эпитаксии имеется связь между кристаллографической ориентацией и скоростью роста [27]. Скорость роста в направлении <100> примерно в 3 и в 25 раз выше скорости роста в направлениях <110> или (111> соответственно. Изменение ориентации с изменением толщины поликристаллических пленок кремния, полученных МЛО, видимо, отражает отмеченную выше зависимость скорости роста от кристаллографичес-
299
ких ориентации; вследствие этого с увеличением толщины пленки области, ориентированные по <100>, становятся крупнее у ее поверхности.
Такая зависимость структуры от толщины поликристаллических пленок кремния, полученных МЛО, влияет на характеристики транзисторов, когда они изготавливаются на основе этих пленок.
Электрические свойства
Сопротивление нелегированного поликристаллического кремния, полученного МЛО при 600 °С обычно составляет величину порядка 106 Ом • см. Холловская подвижность электронов находится в диапа-.зоне 1-10 см2/(В с).
Подвижность электронов, как представлено в табл. 6.2.1, может быть увеличена путем обработки в гидрогенизирующей плазме. Из таблицы также следует, что такая обработка увеличивает концентрацию носителей в материале «-типа и уменьшает концентрацию носителей и подвижность в образцах р-типа. Эти результаты можно объяснить следующим образом. Гидрогенизация не только снижает количество оборванных связей, но и изменяет потенциальные барьеры на границах зерен. Так, в случае материала и-типа высота потенциального барьера снижается, следовательно, концентрация и подвижность электронов увеличиваются. Для материала р-типа высота потенциального барьера в результате гидрогенизации, по-видимому, возрастает, следовательно, концентрация и подвижность дырок уменьшаются. Зависимость электропроводности от температуры подтверждает это предположение. Так, холловс-кие измерения показывают, что изменение проводимости при температурах выше 20 °С обусловлено изменением подвижности, а при температурах ниже 20 °С - изменением концентрации носителей. Другими словами, изменение проводимости при высоких температурах является результатом "прыжка" носителей через потенциальные барьеры, а при низких температурах — высвобождения носителей из ионизованных центров. Оценка по наклону кривых показала, что при тем-
Таблица 6.2.1. Электрические свойства пленок кремния, полученных МЛО
т °с подл' Легирующая Обработка Тип С, см"3 м,
добавка см2 /(В
450 Са Отж. Р 9,6 10'7 10,8
Гидр. Р 7,8 10" 4,1
500 Отж. п 5,8- 10'7 11,3
Гидр. п 1,2- 10" 27,6
600 - Отж. р 7,8 • 10" 15,6
Гидр. п 4,1 • 10" 5,1
715 Отж. п 1,8 • 10" 6,5-
Гидр. " 1 1,6 • 10" 25,7
Примечание. 1. Отж. - отжиг, Гидр. - гидрогенизация. 2. С - концентрация носителей, Ц - подвижность.
300
пературах выше 20 °С высота барьера для отожженных (негидрогени-зированных) образцов составляет 23 мэВ, а для гидрогенизированных 7 мэВ. Эти данные подтверждают, что гидрогенизация уменьшает высоту барьеров.
