Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
Последние исследования показали, что любые пленки a-Si:H, полученные даже в тщательно соблюдаемых стабильных условиях тлеющего разряда, никогда не бывают однородными по составу; они всегда гетеро-генны по составу и структуре. Оказывается, что пленки а-Si.H состоят из трехмерных сеток чистого Si (или зернообразных участков Si) и сильно разулорядоченных областей Si:H меньшей размерности. При обсуждении свойств пленок a-Si:H такие флуктуации состава и структурного порядка, безусловно, должны учитываться.
Согласно теоретическим расчетам, основанным на теории химической связи, предложенной в [148], энергетическое положение дна зоны проводимости почти не зависит от содержания в материале водорода. Положение же потолка валентной зоны с увеличением концентрации водорода изменяется, так что запрещенная зона становится шире. Отсюда естественной предположить, что в сильно разуло рядоченных областях Si:H имеют место большие пространственные флуктуации ширины запрещенной зоны, вызванные неоднородностью состава. Такие флуктуации создают в свою очередь высокую концентрацию локализованных состояний, которые могут быть эффективными ловушками дырок [148].
Принимая все это во внимание, можно нарисовать гипотетическую зонную структуру, показанную на рис. 2.4.7. Зонная структура представлена в грубом приближении, согласно которому средняя ширина запрещенной зоны сильно разуло рядоченных участков Si: Н равна 1,8 эВ, а чистого Si—1,1 эВ. На рис. 2.4.8, а изображена схема возможной структуры пленок a-Si:H. На этом же рисунке показано обусловленное флук-туациями концентрации водорода локальное изменение ширины запрещенной зоны в сильно разупорядоченной области Si:H с размерностью, меньше трех. Во избежание загромождения рисунка хвосты плотности состояний, обусловленные отсутствием дальнего порядка (т.е. так называемой локализацией Андерсона), показаны пунктиром. Как следует из измерений термо-э.д.с. [149], в пленках и-типа уровень Ферми в областях чистого a-Si лежит в верхней части запрещенной зоны, а в силь-
76
6 в
Рис --4 8. Схема (а), иллюстрирующая флуктуации состава в а-51:Н и возможные типы энергетической зонной структуры в нелегированных пленках а-БгН (б), в пленках л-типа (в) и в пленках п-типа (г) проводимости:
/облает™, аналогичная границам зерен; // - область Я:Н, размерность меньше трех; /// - трехмерная сетка чистого Б!
но разупорядоченных областях расположен близко к середине запрещенной зоны. В нелегированных пленках a-Si:H «-типа (рис. 2.4.8, в) (в областях сеток чистого a-Si) электроны двигаются более свободно и менее подвержены захвату ловушками, что проявляется в недисперсионном характере электронного переноса и в высокой подвижности носителей заряда. Дырки же, претерпевая со стороны ловушек частый захват, оказываются локализованными в сильно разупорядоченных областях Si:H аморфного полупроводника, что проявляется в дисперсионное™ переноса дырок. Как было показано выше, этот случай реализуется в пленках обоих типов: TP-a-Si:H и PP-a-Si.H. Изложенную модель можно распространить и на а-Si.H р-типа, легированный бором, в котором уровень Ферми лежит вблизи валентной зоны (рис. 2.4.8, г). В этом случае дырки, расположенные преимущественно в областях сеток чистого a-Si, обладают подвижностью, большей, чем электроны, которые дрейфуют в сильно разупорядоченных областях Si:H, что хорошо согласуется с экспериментальными наблюдениями [150].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
l.Ziman J.M. Models of Disorder (Cembridge University Press, London, 1979). Займет Дж. Модели беспорядка. М.: Мир, 1982. 591 с. с ил.
2. Yonezawa F., Morigaki К. Prog. Theor. Phys. Suppl. 53 (1973) 1.
3. Yonezawa F. Proc. 5tli Int. Conf. on Amorphous and Liquid Semiconductors, cds. J. Stuke and W. Brenig, Vol. I & 11 (Garmish-Partenkirchen, 1973) (Taylor and [-'rands, London, 1974). p. 829.
77
4. WeareD., Thorpe M.F. - Phys. Rev., B4 ,(1971) 3518.
5. Thorpe M.F., WeaireD. - Phys. Rev. B4 (1971) 3518.
6. ThorpeM.F., WeaireD. - Phys. Rev. Lett., 23 (1971) 1581.
7. Tsujino K. et al. - Proc. 9th Int. Conf. Amorphous and Liquid Semiconductors-J.de Physique, 42 (1981), C4.
8. Lifshitz J.M. - Advan. Phys. 13 (1964)483.
9. Ley L. etal. - Phys. Rev. Lett. 29 (1972) 1088.
10. ThorpeM.F., WeaireD., Albert R. - Phys. Rev., B7 (1973) 3777.
11. Joannopoulos J.D. - Phys. Rev., B16 (1977) 5488.
12. Наша Т., Yonezawa F. - Solid State Commun., 29 (1979) 371.
13. BrodskyM.H. - Solid State Cimmun., 36 (1980) 55.
14. Brodsky M.H. Fundametal Physics of Amorphous Semiconductors ed F Yonezawa (Springer, Berlin, 1981), p. 56.
\5.PapaconsyantopoulosDA.,Econoeu E.N. - Phys. Rev. D24 (1981) 7233
16. Abe S. - J.Phys. Soc. Japan, 49 (1980) 1179.
ll.Abe S., Toyozawa Y. - J. Phys. Soc. Japan, 50 (1981) 2185.
18. Abe S., Toyozawa Y. - The present volume.
19. Singh J. - Phys. Rev. В (1981).
20.KphneM.H. etal. - J. Phys. Soc. Japan, 49 (1980) 1124.
21. Yonezawa F., Cohen M.H. Fundamental Physics of Armorphous Semiconductors ed F. Yonezawa (Springer, Berlin, 1981), p. 119.
