Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 3.2.12. Зависимость относительного максимума интенсивности люминесцентного спектра, измеренного при 77 К, от спиновой плотности .Vs свободных связей для различных образцов: 1 - a-Si,полученный распылением при высокочастотном смещении; 2 - а-Si:H, полученный в тлеющем разряде; 3 -a-Si:H, F, полученный в тлеющем разряде; 4 - значение при 4,2 К (№519); цифры у точек - номера образцов
в запрещенной зоне, лежащее на <0,4 эВ ниже края зоны проводимости. Его наличие предполагается, исходя из измерений люминесценции с временным разрешением [51] и измерений плотности состояний с помощью эффекта поля [63].
На рис. 3.2.12 показана зависимость относительного максимума интенсивности спектров люминесценции /, измеренного при 77 К, от спиновой плотности свободных связей Кривая /-Лгх подобна аналогичной кривой в работе Стрита и др. [64].
3.3. ФОТО АКУСТИЧЕСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ (ФАС). ОПТИЧЕСКОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ В a-Si:H ПРИ ЭНЕРГИЯХ, МЕНЬШИХ ШИРИНЫ ЗАПРЕЩЕННОЙ ЗОНЫ
К.ТАНАКА, С.ЯМАСАКИ (Kazunobu Tanaka, Satoshi Yamasaki. Electrotechnical Laboratory, 1-1-4 Umezono, Sakuramura, Niihari-gun, Ibaraki)
ФАС является новым методом определения коэффициента оптического поглощения в тонкопленочных образцах при энергиях, меньших ширины запрещенной зоны. Вначале излагается теория ФАС для твердых тонких пленок, из которой наглядно следует, что с помощью этого метода можно определить абсолютные значения коэффициента поглощения, не обладая информацией о тепловых параметрах пленки. Далее представлены спектры оптического поглощения вплоть до значений а«1 см-1, полученные методом ФАС на образцах a-Si:ll, нелегированных и легированных фосфором. На основании этих данных путем моделирования можно вывести распределение энергии локализованных состояний внутри запрещенной зоны.
104
3.3.1. Общая характеристика спектров оптического поглощения в a-Si:H
Во многих аморфных полупроводниках спектр края оптического поглощения можно ориентировочно разбить на три области: сильного поглощения А (103 <С ^ а.<:104 см-1), экспоненциального закона В (эта область охватывает три порядка величины а 10° ? а <: 103 см-1) и "хвост" слабого поглощения С [65]. Для а-ЗгН данных, относящихся к областям В и С, собрано горазно меньше, чем для области А, так как на тонкопленочных структурах точное определение а в области его малых значений чрезвычайно затруднено.
В общем случае изучение оптического поглощения в области энергий, меньших ширины запрещенной зоны ?0 (области В и О, позволяет получить важную информацию о структуре "хвостов" зон и дефектных состояниях вблизи порога подвижности.
В работе [66] измерялся первичный фототок в структуре солнечных элементов на а-5кН и определялся коэффициент поглощения (КП) вплоть до 10"' см"', тогда как в работе |67] значения КП выводились из измерений вторичного фототока [67]. Оба эти исследования показали, что при энергиях ниже ?"<, величина а экспоненциально зависит от энергии фотонов кр, подчиняясь закону а °° °° охр (Лу/?' ), хотя упомянутые группы исследователей получили существенно различные значения параметра Ь'е. Однако их фотоэлектрическим измерениям были присущи неоднозначности, связанные с поверхностными состояниями и (или) зависимостью произведения гщт от энергии фотонов.
Совсем недавно для исключения упомянутых неоднозначностей был предложен ряд методов: метод волновода [68), фототермическая спектроскопия |69] и ФАС, принципы которой были развиты в [ 70].
Настоящий раздел посвящен ФАС и описывает ее принципы, а также теорию и экспериментальную процедуру нахождения оптического КП [ 71 ]. Представлены также спектры а - Ир на нелегированных и легированных фосфором образцах а-5кН. Спектры снимались методом ФАС и из них путем моделирования определялись структуры "хвостов" зон и профили состояний в запрещенной зоне [ 72, 73].
3.3.2. ФАС и ее теория применительно к тонким пленкам
ФАС твердых материалов продолжает привлекать внимание исследователей, обещая открыть новые возможности не только в определении спектров оптического поглощения, но и при изучении неизлучательных процессов в кристаллических полупроводниках, хотя сам эффект был открыт А.Г. Беллом почти столетие назад, в 1880 г. Розенцвайг и Гершо были первыми, кто представил количественный расчет ФАС твердых образцов через оптические, тепловые и геометрические параметры системы, на основании которых из измеренного ФАС-сигнала можно определить оптически КП | 74).
Рис. 3.3.1. Поперечное сечение фотоакустической ячейки | 71 |: 1 - материал обкладки; 2 - образец; 3 - газ: 4 - граничный слой газа; 5 - падающий свет
\
!—ZQM
105
Розенцвайг и Гершо сформулировали также теоретические принципы ФАС на базе одномерной модели потока тепла, возникающего при поглощении световой энергии ячейкой, как показано на рис. 3.3.1. Однако теория Розенцвайга и Гершо (РГ-теория) фактически применима к массивному образцу и не учитывает многократного отражения света внутри тонкопленочного образца. Ямасаки 'и др. обобщили теорию на случай тонких пленок, учтя эффект интерференции света внутри образца, вызванный многократным отражением в точках х= 0 и -/ (71. Если считать, что теплонапряженность в (х) в точке пропорциональна энергии света, поглощенной в этой точке твердого тела, в (х) можно выразить в виде
