Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
Микрокристаллические пленки mk-Si:H и пленки смесей mk-Si':H + + a-Si:H (= cm-Si:H) привлекают все большее внимание специалистов. Ожидается, что подвижность носителей заряда и эффективность легирования в таких пленках будут выше, чем в a-Si:H, а коэффициент оптического поглощения выше, чем в кристаллическом кремнии.
Все пленки на основе mk-Si:H и см-Si.H можно классифицировать на три группы: 1) мк-Si :Н, полученный методом плазменного осаждения газовых смесей, обогащенных водородом, на относительно холодную подложку и проявляющий резкий максимум ИК-спектра поглощения, обусловленный преимущественно колебаниями связи Si-H2;
2) мк-SkH или смесь аморфного и микрокристаллического кремния (см. Si.H), полученные плазменным осаждением газовой смеси SiH4+H2 на горячую подложку и проявляющие в ИК-спектрах поглощения широкие максимумы, соответствующие колебаниям связей Si-H и Si-H2;
3) мк-Si, осажденный в условиях сверхглубокого вакуума и затем гид-рогенизированный, характеризующийся по ИК-спектрам поглощения и слабыми максимумами средней ширины.
Модель структуры mk-Si:H, полученного методом осаждения из плазмы, обогащенной водородом, предложенная в работах [98, 118], описывается в следующем разделе. Фундаментальные свойства mk-Si:H и/или см-Si.H будут рассмотрены в гл. 4. Ниже будут рассмотрены свойства mk-Si:H, полученного осаждением в сверхглубоком вакууме и лишь затем гидрогенизированного.
Авторы [99] получили пленки мк-Si.H методом молекулярно-луче-вого осаждения при относительно низких температурах и исследовали их атомное строение методами рентгеноструктурного анализа. Обнаружено, что при повышении температуры подложки Гподл растет интенсивность отражения (220), интенсивность других дифракционных максимумов падает с одновременным уменьшением их полуширины. Отсюда следует, что размер зерен в мк-Si:Н, полученном молекулярно-
Рис. 2.3.11. Спектральная зависимость коэффициента оптического поглощения: 1-3 мк-8і, полученного методом молекулярно-лучевого осаждения (температура подложки, °С:
1 - 100; 2 - 430; 3 - 600); 4 - ТР-а-8і:Н: 5 - к-Бі
10і
10'
10і
1,0
7,5
2,0 hv,3B 63
лучевым осаждением, с повышением температуры подложки увеличивается. Это не согласуется с результатами для mk-Si:H, полученного плазменным осаждением, для которого размер зерен остается практически постоянным. На рис. 2.3.11 показаны спектральные зависимости коэффициента оптического поглощения, типичные для пленок mk-Si, полученных методом молекулярно-лучевого осаждения [99]. Из рис. 2.3.11 следует, что с повышением TnojlJl коэффициент поглощения падает, свидетельствуя об увеличении оптической ширины запрещенной зоны. Приведенные кривые существенным образом отличаются от аналогичных кривых для к-Si или a-Si:H, что обусловлено, по-видимому, различием структур их связей.
2.4. ДИСПЕРСИОННЫЙ ПЕРЕНОС В a-Si:H
Дж.Ширафуджи, Й.Инуиши (Junji Shirafuji, Yoshio Inuishi. Departament of 1 lect-rical Engineering Faulty of Engineering, Osaka University)
Дан обзор современного состояния исследований дисперсионного переноса в аморфном гидрогенизированном кремнии (a-Si:H). Показано, что перенос носителей заряда в a-Si:H носит дисперсионный характер. Исключение составляет электронный перенос в пленках TP-a-Si:H и в пленках, полученных с тщательным соблюдением условий реактивного распыления. При температурах выше комнатной теория, основанная на предположении об экспоненциальном спаде хвостов плотности состояний и энергетически независимом сечении захвата, согласуется с экспериментальными данными плохо.
Опубликованные значения подвижности носителей заряда оказываются зависимыми от условий, в которых был получен материал. Это обусловливает необходимость пересмотра существующих теорий, наряду с учетом морфологии структуры пленок a-Si:H. Подчеркивается, что теоретический анализ переноса электронов в пленках a-Si:H должен учитывать влияние флуктуации состава и структурного порядка.
2.4.1. Общая характеристика явлений переноса в аморфных полупроводниках
Обычно электронный перенос в аморфных полупроводниках носит дисперсионный характер [120]. С феноменологической точки зрения перенос называется дисперсионным, если нестационарный ток при измерении времени пролета электронов даже без переходных процессов спадает постепенно. С физической точки зрения перенос будет дисперсионным, если статистическое распределение значений дрейфовой подвижности электронов становится широким. Дисперсионный перенос обычно наблюдается в тех материалах, где значения времен отрыва носителей от ловушек или времен перескока их между ловушками, энергетические уровни которых расположены в запрещенной зоне, распределены с большой дисперсией. При оптической или зондовой инжекции в аморфный материал избыточные носители очень быстро захватываются ловушками вблизи поверхности. Время релаксации может быть меньше 10"1 °с. Затем захваченные носители термически высвобождаются из ловушек и забрасываются в соответствующие зоны. Распределение времен этого процесса очень широкое. При повторных инжекциях, когда процессы захвата и освобождения ловушками носителей заряда неоднократно повторяются, в образце формируется такое пространственное распределение носителей заря-
