Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
В разделе 3.1.4 будет показано, что плотность ЭПР-центров быстро растет с увеличением содержания С, несмотря на резкое увеличение содержания Н. Однако прирост количества Н связан с ассоциированными Н-атомами, которые, как считают, не способствуют уменьшению плотности свободных связей.
Совокупность результатов по ЯМР и ИК-спектрам поглощения подтверждает наличие пропорциональной зависимости между числом атомов Н, связанных с С, и интенсивностью ИК-поглощения на колебаниях С—Н растягивающего типа, причем коэффициент пропорциональности равен .4 = 1,7 • 1021 см-2 [18]. Параметра определяется из соотношения /У(С-Н'.)= АЦа1и)йр, где Л^С-Н) - число атомов Н, связанных
0 0,5 1,0 О 0,5 1,0
х, доли ед. к, доли ед.
Рис. 3.1.7. Содержания водорода, вносящие вклад в широкую (2) и узкую (i) составляющие ЯМР-спектра в a-Si, _ХСХ [ 17] (1 - общее содержание водорода)
Рис. 3.1.8. Полуширина максимума широкой (/) и узкой (2) составляющих ЯМР-линии в a-Si,_ХСХ.Н [ 18|
88
с атомами С; а — коэффициент ИК-поглощения для колебаний С—Н, растягивающего типа; v — волновое число. Это соотношение полезно при определении содержания атомов Н, связанных с атомами С.
3.1.4. Исследования ЭПР и ИК-спектра-поглощеиия на a-S?!_xGtxM
Полезную информацию для понимания природы дефектов и соотношений между введенным водородом и дефектами в a-Si можно извлечь из рассмотрения бинарных сплавов в таких системах, как Si-Ge и Si—С. Как выяснилось, сами по себе бинарные сплавы являются весьма обещающими фотовольтаическими материалами, так как ширину их запрещенной зоны можно менять путем изменения состава. Ниже приведены результаты исследований с применением ЭПР и ИК-измерений гидрогенизированных аморфных сплавов Si—Ge и Si—С (a-Sii_YGex:H и a-Six ._ХСХ:Н).
Цель исследования заключалась в изучении природы дефектов в этих сплавах, нахождении соотношения между введенными атомами Н и дефектами и в изучении поведения этих сплавов при отжиге. Затронуты также следующие вопросы: 1) на каких элементах возникают свободные связи? 2) с какими элементами вероятнее всего связан водород? 3) при каких температурах и от каких элементов отрывается водород при отжиге? 4) как в результате всего этого меняются дефекты?
ЭПР-спектры, снятые на a-Si, _xGex:H, имеют асимметричную форму, поскольку состоят из двух видов ЭПР-сигналов, относящихся соответственно к свободным связям Si и Ge [19, 20]. Простой расчет молекулярных орбиталей, приведенный в разделе 3.1.5, показывает, что в a-Six -xGex:H наличие соседних атомов, отличающихся от тех, у которых имеются свободные связи, почти не меняет значения g ЭПР-сигналов от свободных связей как Si, так и Ge. Однако наблюдаемый сигнал не является простой суперпозицией этих двух сигналов, поскольку они сильно взаимодействуют между собой и получающийся сигнал в промежуточной области стремится принять вид единственной линии. Поэтому наблюдаемый спектр слева и справа можно описать суперпозицией двух сигналов. Для одного из них g= 2,004н-2,006 и ширина линии 6—13 Гс, а для другого g = 2,018-^-2,022 и ширина линии 25—42 Гс. Первая и вторая пары значений относятся соответственно к кремниевым и германиевым свободным связям. Таким образом можно оценить плотности свободных связей Si и Ge в отдельности.
На рис. 3.1.9 показаны зависимости числа свободных связей Ge, приходящихся на один атом Ge([Get]/[Ge]), и числа свободных связей Si, приходящихся на один атом Si ([ Sit] /[ Si]), от содержания Ge в a-Si J ^xGex:H, приготовленного TP-разложением SiH4 и GeH4. Из данных рисунка следует, что как [Get]/[Ge], так и [Sit]/[Si] с увеличением х.растут, причем [Get]/[Ge] больше [Sit]/[Si] в 4-15 раз.
89
х.доли ед. ' х,дол'иед.
Рис. 3.1.9. Зависимость числа свободных связей 51, приходящихся на атом Э1 и числа свободных связей Се, приходящихся на атом Ос от содержания Ос вТР-а-Б^ уС;сЛ:Н [20]
Рис. 3.1.10. Зависимость содержания Н, связанного с Ос и Б1 от содержания Ос в ТР-а-51,_хСех:Н[20]:
/ - общее число атомов связанного водорода; 2 - БкП:.?- Ое:11
На рис. 3.1.10 показаны зависимости числа атомов Н, связанных с атомами Се и и их суммы от содержания Се [20]. Эти количества Н определялись из интенсивностей ИК-спектра поглощения. Представленные данные свидетельствуют о том, что количество связанных с кремнием атомов Н, приходящееся на атом ([51 Н]/[51]) и количество связанных с германием атомов Н, приходящееся на атом Се, ([Се-Н]/[Се]) примерно постоянны и не зависят от х. Выяснилось, что атомы Н связываются преимущественно с атомами Б!, поэтому полное содержание Н снижается с увеличением содержания Се (х).
Следует отметить, что [Сет]/[Се] резко снижается с увеличением х, хотя [Се-Н]/[Се] почти не зависит от х. Это значит, что плотность свободных связей Се понижают атомы водорода, связанные с Се, но и с 51. Такой результат представляет интерес с практической точки зрения. Из него следует, что правильнее рассматривать водород в качестве фактора, способствующего разупорядочению структуры, нежели просто терминатора свободных, связей. Чтобы вызывать разупорядочение структуры, водород не обязательно должен быть связан с Се для уменьшения плотности свободных связей Се.
