Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
Эффект Холла. Результаты измерений эффекта Холла существенно отличаются от результатов, ожидаемых для модели свободных носителей. Наблюдаемый "потенциал Холла" не меняет знака, когда направление магнитного поля или направление тока меняется на противоположное. Следовательно, невозможно определить тип проводимости и концентрацию носителей обычным методом. Это наводит на мысль, что механизм переноса носителей в этом сплаве отличается от механизма переноса носителей в легированном аморфном кремнии, осажденном в TP, где основная масса носителей течет через делокализованные состояния. Это свидетельствует в пользу механизма прыжковой проводимости.
Термоэлектрический эффект. Были проведены измерения коэффициента Зеебека в зависимости от температуры. Знак коэффициента Зеебе-ка положительный, т.е. потенциал при высоких температурах ниже, чем при низких. Он возрастает пропорционально квадратному корню из
Рис. 6.3.4. Зависимость проводимости аморфного сплава 51-Се-В от температуры. Условия осаждения: СеН4/(8Ш„ + 0еН4) = 2,5 • 10'2 и В,Н6/(81Н4 +СеН4) = = 5-10-2[341
Рис. 6.3.5. Приращение проводимости в зависимости от частоты измерения V переменного тока [ 34]. Условия осаждения:
1 ~ В2Н6/(8Ш4 +СеН4) = 5 • 10"2 и СеН4/(8пЧ4 +СеН4) = 5 • 10"2; 2 - соответственно 5 • 10"2 и 1 • 10"2
309
температуры, т.е. по обратному закону, если сравнивать со случаем легированного аморфного кремния, осажденного в ТР [36].
ЭПР. Сигналы ЭПР измерялись при комнатной температуре с использованием микроволн рентгеновского диапазона и магнитного поля, модулированного при 100 Гц. Ни о каких исследованиях ЭПР для таких высокопроводящих аморфных материалов ранее не сообщалось.
На аморфном сплаве Si—В сигналы ЭПР лоренцевой формы наблюдались при? = 2,005 - 2,006. Ширина сигнала составляла ~ 20 G и сильно зависела от отношения B2H6/SiH4. Другой сигнал ЭПР лоренцевой формы появлялся при g = 2,008 для пленок, полученных при отношении B2H6/SiH4 > 5 • 10~2. Этот сигнал шире, чем сигнал при# = 2,005f-2,006. Его ширина уменьшается при увеличении отношения B2H6/SiH4. Однако для аморфного сплава Si-Ge-B эти сигналы очень слабые. Спиновая плотность, оцененная из сигнала при g = 2,005f 2,006, составляет порядка 1017 см""3 для аморфного сплава Si—В и намного меньше для аморфного сплава Si Ge-В. Это значение мало и сравнимо с соответствующим значением для TP-a-Si: Н [37].
Оптическое поглощение. Оптическое поглощение необычно велико в широком диапазоне энергий фотонов. Ни для одной из пленок коэффициент поглощения не падал ниже 103 см-' даже при 0,5 эВ. Из-за такого сильного поглощения при малых энергиях невозможно определить оптическую ширину запрещенной зоны обычными методами. Наблюдаемое поглощение выше, чем у пленок на основе кремния, о которых сообщалось до сих пор, в том числе и пленок, полученных в ТР. Коэффициент оптического поглощения возрастает с увеличением содержания бора.
На рис. 6.3.6 показана зависимость коэффициента оптического поглощения сплава Si—В, нанесенного при B2H6/SiH„ = 1 • Ю-1, от квадрата энергии фотонов. Наблюдавшаяся линейная зависимость означает, что поглощение обусловлено переходами электронов в плотных локализованных межзонных состояниях в соответствии с теорией Мотта [ 38]. Плотность локализованных состояний вблизи уровня Фермн, оцененная из коэффициента оптического поглощения, составляет величину порядка 10го см"3 • эВ"'.
Работа выхода. Аморфный сплав Si-Ge-B наносился непосредственно на пластину монокристаллического кремния л-типа с сопротивлением 5 Ом • см при условиях: GeH„/(SiH4 +GeH4) = 2 • 10"2 и B2H6/(SiH4 + GeH4) - 1 • 10"2.
Между аморфным сплавом и кремнием л-типа образуется эффективный барьер Шоттки. Диффузионный потенциал; составляющий 0,56 В, получен из вольт-фарад-ной характеристики, представляющей собой линейную зависимость между 1/С2 и V. С учетом положения уровня Ферми в кремниевой подложке л-типа расчетная
/ z
(hv)1, эВ-
Рис. 6.3.6. Изменение коэффициента оптического поглощения аморфного сплава 5І-В, осажденного при В2Н6/8іН4 = 1 • 10'2 в зависимости от квадрата энергии фотона [35]
310
высота барьера Шоттки для электронов составляет примерно 0,8 эВ. При использовании эмпирической зависимости межДу работой выхода ф и высотой барьера для электронов фп [39] фп = 0,235 ф - 0,352 эффективная работа выхода для аморфного сплава оценивается в 4,9 эВ. Эта величина согласуется со значениями для благородных металлов, таких как платина, и означает, что электроотрицательность этого сплава выше, чем у обычных полуметаллов и металлов. Такая большая работа выхода объясняется большим электронным сродством элементов с ковалент-ной связью, входящих в состав сплава. Это, возможно, обусловливает и химическую стабильность, т.е. -данный аморфный сплав может быть использован в качестве затворного электрода с низким пороговым напряжением прн производстве приборов по МОП-технологии.
Физическая природа аморфного сплава
При температуре выше комнатной наблюдается линейная зависимость логарифма проводимости от Г-1/4. Такая температурная зависимость проводимости была подсказана [40, 41] для перескока электронов с переменной длиной прыжка через локализованные состояния вблизи уровня Ферми и, как указывали Поллак и др. [42], должна наблюдаться даже при высоких температурах, пока локализованные состояния расположены с широким разбросом в зазоре подвижности. Помимо зависимости проводимости от Г-1/4, о переносе носителей по прыжковому механизму с переменной длиной прыжка свидетельствуют проводимость на переменном токе [43] и температурная зависимость коэффициента Зеебека [1,44].
