Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
На рис. 3.3.7 показаны зависимости оптической ширины запрещенной зоны Е0 и энергии ?), характеризующей наклон экспоненциальной части В, от температуры отжига Та. Величина Е0 определялась из спектров в интервале 103 ^ а? 104 см"1, а ?/ - из формулы (3.3.8) путем подгонки к спектрам в интервале 102 103 см"1. Как пока-
зано на рис. 3.3.7, ?"о растет вплоть до Та = 200 °С, затем быстро падает по мере уменьшения содержания связанного водорода Сн, что является результатом выделения последнего при нагреве (часто наблюдаемая тенденция) [75, 79, 80]. В то же время в отличие от?"0 величина ?/ не проявляет резкого изменения в широком диапазоне Та (150-550 °С). У образца, осажденного при ^подл = ^00 °С, отмечалось неожиданно
Рис 3 3.7. Зависимость оптической ширины запрещенной зоны Е0 (а) и энергии Ее (б), характеризующей наклон для a-Si:H, от температуры отжига Та ( 721 (Я -свежеосажденный образец) t
Рис 3 3 8 Избыточное оптическое поглощение А, соответствующее ЭПР-спиновой плотности Vs в a-Si:H (ГПОД1 = 100°С), в зависимости от Та (X - свежеосажденный образец) [ 721
111
низкое значение E? (< 0,06 эВ) , близкое к значению этой величины для халькогенидных стекол [65].
Оптическое поглощение, связанное с состояниями в запрещенной зоне. Широкая полоса поглощения, обнаруженная в области низких hv на рис. 3.3.6, хорошо коррелирует со спиновой плотностью A/j, полученной методом ЭПР параллельно с ФАС-измерениями. На рис. 3.3.8 показаны зависимости интегрального поглощения А и ЭПР-спиповой плотности Ns при комнатной температуре от Та. Интегральное поглощение А дается выражением
А = ?Aajvdv, (3.3.9)
где Аа - разность между наблюдаемым значением и значением, определенным из подгоночного экспоненциального соотношения (3.3.8), т.е.
Aa(fiv) = а(Мнабл а„ exp (hv? Е,). (3.3.10)
Обе величины на рис. 3.3.8 проявляют вполне одинаковое поведение, т.е. быстро падают с повышением Та, достигают минимума приблизительно при Та = 250^350 °С и далее вновь растут при 7'д>300оС. Отсюда следует, что широкая полоса оптического поглощения ниже /;'о и связанное с ней интегральное поглощение Л, определенное уравнениями (3.3.9) и (3.3.10), тесно коррелируют с Л/^'т.е. с концентрацией свободньгх связей, находящихся в аморфной структуре Sr.H. Данные с точностью до ошибки эксперимента свидетельствуют о том, что А и /Vs в первом приближении связаны линейным соотношением
А 00 Л'г (3.3.11)
Из уравнений (3.3.9) — (3.3.11) можно заключить, что спектр поглощения бесснинового a-Si.ll должен иметь длинный экспоненциальный "хвост", простирающийся до низких энергии фотонов, независимо от /-."0. Это заключение не противоречит результатам, полученным для a-Si.11, осажденного при Тпо - 300 °С, спектр которого (см. рис. 3.3.6) обладает длинным экспоненциальным участком.
Бродский с сотр. [81] предприняли начальную попытку найти корреляцию между оптическим поглощением и ЭПР-сниновой плотностью в напыленных пленках аморфного иегидрогенизированного кремния и оценили спектр оптического поглощения a-Si, свободного от влияния пустот и свободных связей, путем экстраполяции результатов к нуле-вой концентрации спинов. Согласно их оценкам экстраполированный спектр бессшшового a-Si быстро падает при 1,8 эВ и не подчиняется экспоненциальной зависимости, что не соответствует случаю, рассмотренному выше. Что же касается количественной стороны соотношения^еж-ду .1 и Л\., например, отношение А к ,\'v, то в лом случае нет существенной разницы между данными настоящей статьи и результатами Бродского с сотр., а именно:
,1/A'V % 10-"' см2
(3.3.12)
Из соотношения (3.3.12) находим эффективное сечение поглощения. Полученные результаты наводят на мысль о том, что происхождение широкой полосы поглощения А следует считать следствием существования свободных валентных связей.
Изучение распределения состояний в запрещенной зоне путем моделирования. Из полученных выше результатов Ямасаки и др. определили профили состояний в запрещенной зоне N (Е) нелегированного и легированного фосфором a-Si:H путем теоретического моделирования [73].
Моделирование спектра a-hv проводилось с помощью следующего соотношения
Ьр
a(hv) °° / N(E)N(E + hv)dE? hv, (3.3.13)
Ер— hv
где a (hv) — КП при энергии фотонов hv; Е^ — уровень Ферми; N(E) — плотность состояний с уровнем энергии Е. Соотношение (3.3.13) является, по существу, приближением Дэвиса—Мотта, т.е. включает в себя допущение, что матричные элементы остаются неизменными при переходах между "размытыми" состояниями в одной зоне и локализованными состояниями в другой, также как и при переходах между "размытыми" состояниями в обеих зонах [82]. Хиндли также поднимал вопрос о постоянстве матричных элементов в рамках модели случайных фаз [83].
Ради простоты считается, что валентная зона и зона проводимости вблизи соответствующих порогов подвижности (Ev и Ес) являются параболическими и хвосты зон спадают как экспоненциальные функции Е, т.е.
со стороны зоны проводимости
Я(Е) ~ (? - Ес)1/2, если Е > Ес, ЩЕ) 00 ехр (Е/Ес[), если Е^. Ес, а со стороны валентной зоны
