Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
600 /ООО А,нм
Рис. 3.3.3. Блок-схема измерения ФАС [ 701 •
(РНз/SiH4; Л^обХов^а-Ш и "^Ронанного фосфором
108
рытую ячейку, внутри которой находятся воздух и чувствительный микрофон, и далее освещается модулированным монохроматическим светом. Периодический нагрев, вызываемый безызлучательными процессами, связанными с оптическим поглощением, приводит к периодическому потоку тепла в окружающий-воздух, а возникающий акустический сигнал, зависящий от энергии фотонов падающего света, регистрируется микрофоном. Реальные ФАС-сигналы снимались с помощью фотоакустического спектрометра PAR модели 6001. В качестве источника света применялась ксеноновая дуга мощностью 1 кВт при частоте модуляции 40 Гц и все сигналы нормировались к черному угольному эталону. .__
На рис. 3.3.4 показана зависимость ФАС-сигналов, полученных на нелегированном (7) и легированном фосфором (2) образцах толщиной 9 мкм, от длины волны. Из рисунка видно, что Q принимает максимальное значение вблизи 660 нм для каждого образца, которое в дальнейшем будет использоваться как Qs. Спад Q при коротких волнах, соответствующих энергиям, превышающим Е0, считается результатом изменений отражательной способности [76]. В настоящей работе коэффициент отражения (отражательная способность) при энергиях, меньших Е0, бьш принят постоянным, так как при таких малых а зависимость коэффициента отражения от энергии обычно очень слабая.
На практике процедура извлечения а из зависимости Q от X такова: вначале измеренный ФАС-сигнал Q при каждой длине волны нормируется к Qs (т.е. к значению Q при 660 нм в случае рис. 3.3.4), откуда получается величина с/ (X). Далее q преобразуется вас помощью расчетных q (а) на рис. 3.3.2 для каждой длины волны X, что дает а (X), т.е. спектр оптического поглощения. Как указывалось выше, в случае малых а вместо численно рассчитанных ц (а) можно воспользоваться значениями q (а), определяемыми уравнением (3.3.6).
Экспоненциальный хвост спектра а Ир. На рис. 3.3.5 показаны спектры оптического поглощения на a-Si:ll при энергиях, меньших Е0, полученные из данных рис. 3.3.4 согласно вышеприведенной процедуре (брались нелегированные и легированные фосфором образцы a-S?:H). На спектре нелегированного a-Si:И наблюдается резкий экспоненциальный спад а почти на три порядка величины при изменении энергии на 0,4 эВ. Энергия Ес, характеризующая наклон экспоненциального "хвоста", т.е. зависимости
а =а„ exp {hvjEc), (3.3.8)
равна (0,06±0,01) эВ, что совпадает с данными Коуди и др., полученными на пленках a-Silloji, [67], осажденных в тлеющем разряде, хотя последние авторы использовали метод фотопроводимости.
На рис. 3.3.5 представлены также результаты, полученные из измерений пропускания и вторичного фототока. Из них следует, что в области малых с* значения а, полученные методом ФАС и методом фотопроводимости, находятся в хорошем согласии. Это означает, что произведение т]цт, входящее в выражение для вторичного фототока, поддерживается постоянным с точностью до множителя в широком интервале энергий фотонов, который рассматривается в данной работе. Этот ре-
109
1'° 1'5 hv^B . 1,0 1,5 1,V,3B
ний W. H?A .^^«ЛГи^^^ ФАС-ИЗМ^е"
Рис 3.3.6. Оптические спектры поглощения образцов a-Si:H (Г„ „ -ЮП°П полученных в тлеющем разряде до (кривая П » nnrm п л\ ПОДЛ ~ при различных температурах 7? } ИЗОХРОННОГО отж"га
(2 - 300 °С; 3 - 450 °С; 4- 550 °С)
зультат ставит под сомнение существование двухступенчатой рекомбинации.
В то же время легированная фосфором пленка а-8Ш обладает дополнительным оптическим поглощением в широком интервале энергий ниже 1,7 эВ [77, 78], указывая на то, что введение атомов Р создает в запрещенной зоне глубокие уровни, а также возможные донорные уровни вблизи зоны проводимости. Природа такой широкой полосы поглощения будет рассмотрена ниже.
Ямасаки и др. исследовали также влияние отжига на диапазон низких а в а-Эг.Н, полученном в ТР. НеЛегированные пленки а-8г.Н (7"подл = = 100 °С) подвергались изохронному отжигу в течение 3 ч в потоке Н 2 при различных температурах, повышавшихся через 50 °С. После отжига при каждой температуре образец подвергался ФАС-измерениям.
На рис. 3.3.6 показаны спектры оптического поглощения вплоть до а = 1 см"' для нелегированных пленок а-Бг.Н (Тпоап - 100°С) до (кривая 1) и после (кривые 2-4) изохронных отжигов [72]. Для сравнения на рисунке показаны также результаты (кривая 5), полученные на образце а-8г.Н, осажденном при температуре подложки 300 С. Согласно приведенным данным пленка а-81:Н, осажденная при Т^дд = = 300 °С, обладает длинным экспоненциальным "хвостом" в спектре, тогда как образец, осажденный при Гподл = 100 °С, проявлял дополнительное оптическое поглощение в широком интервале энергий ниже 1,7 эВ независимо от того, был ли он свежеполученным (]) или отож-110
женным (2-4). Однако широкая полоса оптического поглощения при энергиях ниже 1,7 эВ уменьшается почти на порядок по мере роста Та (температура отжига) до 300 °С, а далее вновь возрастает, когда Та становится больше 300 °С. Это характерное для области низких а поведение, вызываемое отжигом, явилось первым таким наблюдением в a-Si:H. При изучении отжига a-Si:H, полученных в TP, Цай и Фрицше обнаружили, что, структурно-чувствительный "хвост" поглощения, начало которого находится вблизи а = 103 см-1, не исчезает при отжиге [79], что, очевидно, связано с потерями на рассеяние или с недостаточной точностью получаемых данньгх, характерной при использовании прямого метода пропускания в тонкопленочной структуре.
