Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
Обобщая результаты, полученные описанными выше методами, следует признать, что для достижения высоких скоростей осаждения при массовом производстве дешевых a-Si : Н-пленок желательно пользовать ся обычным SiH4, разбавленным Н2. нежели высшими силанами.
Характеристика монослойного фотоприемника
Как известно, темновое удельное сопротивление пленки a-Si, изготовленной методом разложения в ТР, не превышает 10'0 Ом • см. Этого недостаточно для накопления поверхностного заряда. Монослойно-
500
1000
1500
2000 V, СМ'
Рис. 7.4.4. Типичные спектры ИК-поглощения на пленках a-Si : Н для фоторецепторов и солнечных элементов (СЭ) [43]
363
му a-Si : Н-фотоприемнику, используемому в методе Карлсона, Необходимо иметь темновое удельное сопротивление более 10'3 Ом • см. Поэтому интенсивные усилия были направлены на получение "собствен ных" пленок с использованием сложных методов легирования.
Аморфные пленки кремния, изготовленные разложением в ТР, содержат сравнительно большое количество водорода, условия связи которого сильно влияют на электрические и оптические свойства пленки. На рис. 7.4.4 сравниваются типичные спектры ИК-поглощения на двух ' типах пленок. Одна из них предназначена для использования в солнечных элементах, а вторая — в электрофотографическом фотоприемнике [43]. На первой (штриховая кривая) наблюдается резкий пик поглощения при 2000 см"1, соответствующий типу связей моногидрида (SiU), тогда как на второй (сплошная кривая) имеются два пика поглощения со сравнимыми интенсивностями при 2090 и 890 см"1, причем оба относятся к типу связей дигидрида (SiII2). Обычно дигидридная связь приводит к получению высокоомной пленки и по этой причине такие пленки не используются в солнечных элементах. Однако это явление широко используется в фотоприемниках.
В системе ТР с индуктивной связью [43] можно получить a-Si : Н-пленки, содержащие высокую плотность дигидридных связей, в условиях высоких мощности ВЧ разряда и концентрации плазмы. На рис. 7.4.5 показаны зависимости электрофотографической чувствительности ?"50 и накопления заряда от отношения числа дигидридных и моно-гидридных связей, которое можно оценить из данных по ИК-поглощению. При увеличении числа дигидридных связей в пленке фоточувствитель-
0,5
\ °<1
0,05 0,01
Р.ч, кВт 0,4 0,8 1,5 3,0 1
•
/ \о ?7/7/77.\
1 • °\
Л=632,8нм т _ \
0,5 1,0 1,5 2,0 а(2090)/а(2000)
0,01 0005
2,5
0,02 0,04 0,06 0г, % (по пассе)
Рис. 7.4.5. Фоточувствитсльность и накопление заряда в зависимости от отношения дигидридных и моногидридных связей в пленках a-Si : Н с 0,01 % (по массе) кислорода 143)
Рис. 7.4.6. Заиисимость фоточувствительности и накопления заряда от концентрации кислорода в a-Si : Н-пленках, легированных бором при В2Н6 : SiH4 = Ю-4 [ 441: 1 положительный заряд; 2 - отрицательный заряд
364
ность медленно падает, в то время как накопление заряда довольно быстро возрастает. Учитывая эти противоположные тенденции, был выбран оптимальный диапазон (0,7-1,3) отношения связей SiH2/SiH, обеспечивающий a-Si : Н-пленки с хорошими электрографическими характеристиками (см. Опт. в поле рис.'7.4.5).
Следует отметить, что одновременное легирование бором (B2H6/Sill4 = = 10"4) и небольшим количеством кислорода Приводит к получению высокоомной "собственной" пленки a-Si : Н без снижения высокой фоточувствительности. На рис. 7.4.6 показаны зависимости фоточувствительности и накопления заряда от концентрации кислорода. При концентрации последнего > 0,02 % (по массе) чувствительность падает, тогда как накопление заряда возрастает как при отрицательной, так и при положительной полярностях. Для использования пленки a-Si : Н в качестве бизарядного фотоприемника с минимальной потерей фоточувствительности уровень легирования бором должен составлят B2H6/SiH4 = 10"3 -г Ю-4, а кислорода должно быть 0,01-0,02 % (по массе).
Измерялась дрейфовая подвижность пленки a-Si : Н, при различных концентрациях бора и фосфора [43], когда образцы содержали, ~ 0,01 %(по массе) остаточного кислорода. Как показано на рис. 7.4.7, при уровне легирования B2H6/SiH4 = 5 • 10"4 подвижности электронов и дырок становятся почти одинаковыми.
В этой пленке, несомненно, достигнут оптимальный бизарядный режим работы фотоприемника. Спектральная чувствительность для обеих полярностей показана на рис. 7.4.8 [45]. Максимум фоточувствительности наблюдается вблизи 650 нм. При увеличении длины волны она
PHj/SlHi,
400
500
600
700 А,нм
Рис. 7.4.7. Зависимость дрейфовой подвижности электронов (Г) и дырок (II) от степени легирования [43]
Рис. 7.4.8. Кривые спектральной чувствительности барабана из а-51
365
снижается за счет ограниченного поглощения света, энергия которого находится за пределами оптической ширины запрещенной зоны (1,9 эВ). Однако фоточувствителыюсть остается в допустимых пределах даже в диапазоне 750-780 им, когда в качестве источника света применяется инжекционный лазер.
Разновидности и модернизация многослойного фотоприемника
В общем случае конструкция многослойного фотоприемника состоит из слоев верхнего ПС, СГЗ, СПЗ и нижнего БС. Каждый слой выполняет предназначенную ему функцию, поэтому степень их легирования бором и фосфором разная. Кроме того, вместо обычного гидро-генизированного a-Si : Н применялись пленки a-SiN : Н или a-SiC : Н.
