Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
* Полуширина максимума А -линии при 34 ГГц равна 92 Гс, а при 10 ГГц - 38 Гс (при регистрации люминесценции с 1,16 эВ). Прим. авт.
101
чения Eog в табл. 3.2.2 оценивались, исходя из значений при комнатной температуре [40].
Рассмотрим значение глубины дважды занятых центров свободных связей в a-Si:H, т.е. 0,6 эВ. Оно согласуется со значением 0,56 эВ, выведенным из изотермических измерений с помощью нестационарной емкостной спектроскопии [51], хотя в последней работе температура измерений была комнатной, а в данной работе она составляла 2 К.
Уровень однократно занятых центров свободных связей, отвечающих ОДМР-сигналу, должен находиться ниже дважды занятых центров свободных связей; расстояние между ними равно энергии корреляции, которая равна 0,4 эВ по оценкам Дерша и др. [52], 0,5 эВ по оценкам Швайцера и др. и ^ 0,2 эВ по оценкам Коуэна и др. [53].
Таблица 3.2.2. Оптическая ширина запрещенной зоны и энергии фотонов высокоэиергетнческого и низкоэнергетического краен спектра люминесценции
Образец Eog, эВ EHL, эВ ELL>*B ЕА,эЪ ED, эВ
a-Si:H, №519 1,80 1,69 0,80 0,25 0,6
a-Si.Н, №524 1,85 1,84 0,72 0,15 0,7
a-Si:H,№ 12 1,80 1,75 0,70 0,25 0,6
a-Si:H, F, №813 1,80 J,83 0,65 0 0,68
a-Si:H, F, №814 1,8 1,75 0,60 0,05 0,65
a- Si, № H6 1,90 1,90 0,65 0 0,65
Уширение уровня дважды занятых центров свободных связей зависит от условий приготовления образцов и является следствием разупорядо-чения аморфной структуры, а также вхождения посторонних атомов, таких как водород и фтор. Такое разупорядочение повышает оптическую ширину запрещенной зоны [54], а также протяженность спектра люминесценции, особенно энергию фотонов высокоэнергетического края. Детальное обсуждение этого аспекта дано в работе [40].
Ниже будут представлены экспериментальные результаты, касающиеся усталости люминесценции. Это явление [55—58] наблюдается при продолжительном воздействии лазерного света, энергия фотонов которого превышает оптическую ширину запрещенной зоны. Оно объясняется возникновением центров свободных связей, которые действуют как безызлучательные центры. Подобное образование дефектов приводит к усилению безызлучательной рекомбинации [55]. Такое объяснение непосредственно подтверждается ОДМР-измерениями [38]. На рис. 3.2.6 показаны спектральные зависимости ОДМР-сигналов до и после усталости. Лазерное облучение создает центры свободных связей, так что I (Д///)ЭПр| Д2-линий после усталости повышается во всем интервале энергий фотонов. Это также свидетельствует о том, что центры свободных связей действуют как безызлучательные центры. В то же время (Д///)ЭПр А -линий после усталости в области низких энергий растет.
102
Этот результат коррелирует с фактом усиления люминесценции в области низких энергий фотонов, который наблюдается после продолжительного воздействия лазерного света. Итак, можно заключить, что облучение лазером создает некоторые электронные центры, далеко отстоящие от края зоны проводимости.
3.2.5. Обсуждение
Вначале обсудим модель Депинна и др. [49, 50] и Стрита и др. [60, 61], объясняющую излучательную рекомбинацию в а-Б1:Н. Депина и др. пришли к выводу, что центры свободных связей действуют как излу-чательные центры, тогда как Стрит и др. предположили, что последние действуют как безызлучательные центры, за исключением случая низкоэнергетической люминесценции, при которой центры свободных связей становятся излучающими. Авторы же настоящей статьи считают, что' центры свободных связей являются безызлучательными центрами во всем диапазоне энергий фотонов люминесценции. Более того, облучение лазером создает также излучательные центры, которые являются центрами захваченных электронов и лежат глубоко в запрещенной зоне. Поскольку отвечающие этим центрам захваченных электронов ОДМР-сигналы отсутствовали, трудно сказать что-либо определенное о природе электронных центров, созданных светом. Однако авторы полагают, что полученные ими результаты свидетельствуют против моделей Депинна и др. и Стрита и др. (особенно против первой).
Далее приводится обсуждение общего характера процессов рекомбинации в а-81:Н на основе ОДМР-измерений, сводка которых представлена в настоящей статье. Модель захваченной ЭДП позволяет объяснить ОДМР-результаты, особенно спектральную зависимость ОДМР-сигналов. Так, можно заключить, что люминесценция возникает при низких температурах в результате рекомбинации захваченных электронов, находящихся на "хвостах" зон и в запрещенной зоне, и захваченных дырок, лежащих преимущественно на А -центрах. Схема такого процесса при-
Рис. 3.2.11. Схематическое изображение плотности состояний на "хвостах" зон и в запрещенной зоне для a-Si. D" и ЕГ - соответственно однократно и двукратно занятые центры свободных связей. Показанные на рисунке значения энергии относятся к положениям уровней в a-Si:H
103
ведена на рис. 3.2.11. Хотя в ряде работ предполагается, что "хвост" зоны проводимости уже "хвоста" валентной зоны, вопрос этот пока остается открытым [62]. Что касается количественной стороны плотности состояний на "хвосте" зоны проводимости по сравнению с "хвостом" валентной зоны, то из рис. 3.2.11 нельзя получить какие-либо точные значения. Имеется определенная вероятность того, что полная плотность состояний на "хвосте" валентной зоны больше, чем на "хвосте" зоны проводимости, несмотря на противоположную направленность "хвостовой" области. Точно не установлено, существует ли состояние
