Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
------!__f 109^_ lui) Йамамота и др.
1015 965
920
870 850
838
827
aj^(S)---°Ir4Is)(1010cM-'— fl(F2)-(s)___av??
_ > - a(F2 )2 (s)--V2 ,F3 (S)(930)---a, S(J; ^ ^ ^ C[ "
•T (I72)2 C>)--------a,s(v , , ,
_____ O-jJ/jis)--¦ I-,
¦t"F(s) •4—rI-,(s)
---F(.s)- (828)—--F(s)-
hF,
54
обусловлен асимметричной колебательной модой атомной конфигурации Si-F3, в то время как в работе [109] пик 1010 см"1 приписывается колебательной моде молекулы SiF4. В работе [111] пик 1015 см"' отнесен к асимметричным колебательным модам многоатомных колец (Si F2).
Показано [ПО], что при термообработках относительная высота пика поглощения 1015 см~ увеличивается; одновременно растет содержание молекул SiF4 в экстрагируемых из термообработанных образцов газах. Все это позволяет утверждать, что наиболее вероятной атомной конфигурацией, ответственной в a-Si : F за полосу поглощения 1015 см"1, является конфигурация SiF4.
В последние годы предпринимались попытки подтвердить природу полос поглощения в ИК-спектрах. Наиболее перспективными среди них являются, по-видимому, работы по ИК-комбинационному (рамановско-му) рассеянию света, так как эта экспериментальная методика, в отличие от ИК-спектроскопии поглощения, чувствительна и к симметричным модам колебаний SiF4. В то же время исследования с помощью РФЭС [106, 109] подтверждают содержание в a-Si : F фрагментов SiF3. Таким образом, на сегодняшний день наиболее корректным выводом из экспериментальных работ следует считать то, что полоса ИК-логлощения 1015 см-1 обусловлена фрагментами SiF4 и SiF3.
Авторы [85, 86, 112-114] с помощью методов электронно-парамагнитного резонанса (ЭПР), ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и ИК-спектроскопии поглощения исследовали природу связи атомов H и F в аморфных сетках гидрогенизированных и/или фторизованных соединений A1VB1V. Эти работы подробно обсуждаются ниже, поэтому здесь будут рассмотрены лишь основные установленные в них локальные особенности структуры связей. В спектрах ЯМР авторы [85, 86, 112-114] наблюдали широкую и узкую линии магнитного резонанса. Узкая линия была приписана связям атомов H (или F) с аморфной сеткой матрицы. С ростом интенсивности узкой линии в образцах падает концентрация свободных связей, что приводит к ослаблению сигнала ЭПР. Широкая линия магнитного резонанса обусловлена, по мнению авторов [85, 86, 112-114], атомными конфигурациями с близким расположением атомов H и/или F. Итак, было показано [85, 86, 112-114], что только одна часть введенных в a-Si атомов H и F действует как пассиваторы свободных связей, другая часть атомов встраивается в структуру связей аморфной сетки иным путем.
Химическое состояние введенных атомов инертных газов
Хорошо известно, что пленки a-Si:H, полученные методом реактивного распыления, могут содержать атомы инертных газов. (Последние входят в состав газовой смеси при распылении). Концентрация этих атомов может достигать нескольких процентов [115-116]; это в свою оче-
55
5
Ас Ід її
In vi\ /11 і V/
-200
340 11 У і У/ /і А
480 / і Л
"570 /і *— J \)\
640Ч_ і 1 1
<W0 830 820 810 800840 850 820 810 800 Е,3в
Рис. 2.3.5. Влияние от условий термообработки на изменение фотоэлектронных спектров a-Si в области энергий KLL - перехода в атоме Ne [ 117]: а - гидрогенизированный образец a-Si:H(Ne); б - негидрогенизированный образец a-Si(Ne), легированный Ne; / - интенсивность фотоэлектронной эмиссии; 0 - состояние после выращивания
редь означает, что следующими за ближайшими соседями атома Si в а-Si: Н, могут быть атомы инертных газов.
Авторы [117] исследовали химическое состояние атомов Ne в a-Si: Н. Исследования проводились на термообработанных образцах методом модифицированной РФЭС в области энергий, соответствующих KLL Оже-переходам для атома Ne. Параллельно выполнялись эксперименты по термической эффузии. На рис. 2.3.5 показаны РФЭС-спектры в области АХ/,-Оже-переходов Ne для термообрабатываемых in situ гидрогенизи-рованных и негидрогенизированных образцов a-Si, полученных методом реактивного распыления в газовой смеси, содержащей Ne. В спектрах РФЭС, полученных для пленок негидрогенизированного a-Si (Ne) в выращенном состоянии, наблюдаются два максимума А а С вблизи значений энергий фотонов 819 и 814 эВ соответственно. Спектр водородсо-держащих пленок a-Si: Н (Ne) имеет только один С — максимум (816 эВ). Анализ изменений РФЭС-спектров, происходящих в результате термообработки, свидетельствует о том, что три различных максимума соответствуют трем структурным состояниям атомов Ne в сетке a-Si. В частности, максимум В наблюдается только в спектрах гидрогенизированных образцов. В то же время РФС-спектры lx-, 2х- и 2р-оболочек Ne содержат по одному максимуму. Энергетическое положение этих максимумов в точности соответствует положению пиков в спектрах обоих образцов (с водородом и без).
Результаты эффузионных экспериментов выявили в процессе выде-
56
ления Ne из материала две стадии, соответствующие температурам 400 и 800 °С. Процесс выделения Ne при 400 °С сопровождается выделением водорода, а при 800 °С происходит кристаллизация пленок a-Si. В негидрогенизированных образцах наблюдается только высокотемпературная стадия эффузии Ne.. Следует заметить, что выше температуры экстракции водорода из a-Si максимум В в спектрах РФЭС исчезает. ^
