Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
115
время широкая полоса поглощения хорошо коррелирует с ЭПР-спино-вой плотностью, вытекающей из одноэлектронной свободной связи. На рис. 3.3.11 показано значение N(E), полученное моделированием при условии, что уровень одноэлектронной свободной связи энергетически размывается. Следует отметить, что плотность заполненных состояний в этой широкой полосе почти совпадает с ЭПР-спиновой плотностью Л^, приведенной в табл. 3.3.1, т.е.
0,8
/ N(E~)dE ^/V =8-10 -1,3
17 см"3.
(3.3.21)
Это означает, что вероятность переходов с локализованных состояний на "размытые" почти такая же, как и для переходов с "размытых" состояний на "размытые". Этот факт служит экспериментальным подтверждением справедливости приближения Дэвиса-Мотта.
Рис. 3.3.11. Определенные моделированием профили состояний в запрещенной зоне для нелегированного a-Si Н, осажденного при температуре подложки 100 (/) и 300 °С (2) [ 73]
Донорные уровни фосфора с координационным числом 4 энергетически должны отстоять отЕ1 не ниже, чем на 0,2 эВ, если учитывать значение Е„, однако методом ФАС обнаружить эти состояния очень трудно, поскольку связанное с ними оптическое поглощение затушевывается поглощением, относящимся к атомам Р с координационным числом 3.
3.4. СПЕКТРОСКОПИЯ СОСТОЯНИЙ В ЗАПРЕЩЕННОЙ ЗОНЕ
Х.ОКУШИ, Х.ОХЕДА, K.TAHAKA (Higeyo Okushi, Hicletoshi Oheda, Kazunobu Tanaka. Electrotcchnical Laboratory, 1-1-4 Umezono. Sakura-mura, Niihari-gun, lbaraki)
Представлен обзор результатов предпринятых за последнее время в Японии исследований в области спектроскопии состояний в запрещенной зоне a-Si:H. Вкратце изложены принципы метода изотермической нестационарной емкостной спектроскопии (ИНЕС) и представлены детальные экспериментальные результаты, полученные ИНЕС на a-Si:H, легированном фосфором. Впервые методом ИНЕС были определены энергетические и температурные зависимости сечений захвата электронов состояниями в запрещенной зоне a-Si:H. Из полученных результатов убедительно следует, что при захвате электронов глубокими уровнями в запрещенной зоне a-Si:H преобладает процесс многофононной эмиссии. Обсуждаются также экспериментальные результаты, полученные на нелегированном a-Si:H как с помощью спектроскопии фазового сдвига модулированного фототока, так и с помощью совокупности метода эффекта поля и С- Г-измерений МОП-структур.
3.4.1. Краткий обзор методов спектроскопии
Для понимания электронных свойств материала, а также выработки подхода к конструированию приборов необходима детальная информация, касающаяся природы состояний в запрещенной зоне гидрогенизированного аморфного кремния (a-Si:ll). В настоящее время для определения плотности и энергетического распределения этих состояний в запрещенной зоне имеется ряд методов, таких как эффект поля, С- Г'-измерения [87, 88] и нестационарные разновидности спектроскопии [ 89, 90].
За последнее время в Японии в этой области достигнут значительный прогресс. Окушки и др. предложили новый метод спектроскопии состояний в запрещенной зоне, названный ИНЕС [86, 90]. Этот метод наряду с методом нестационарной спектроскопии глубоких уровней (НСГУ) является разновидностью емкостной нестационарной спектроскопии и обладает тем преимуществом, что с его помощью можно получать,информацию об объемных состояниях [91].
Метод НСГУ считается полезным при определении энергетических уровней и сечений захвата ловушечных уровней с непрерывным распределением энергии (ЛУНРЭ), однако он подразумевает измерения в некотором температурном интервале. При этом возникают трудности в разделении температурных и энергетических зависимостей сечения захвата ЛУНРЭ. В то же время в методе ИНЕС нестационарная емкость перехода измеряется за тот промежуток времени, когда сохраняются изотермические условия. Поэтому в последнем методе можно перебрать широкий диапазон постоянных времени нестационарной емкости при переменной температуре. В результате исчезают трудности, с которыми приходится сталкиваться в методе НСГУ и облегчается точное измерение и анализ ЛУНРЭ. Применив метод ИНЕС к изучению состояний в запрещенной зоне a-Si:H, впервые удалось определить энергетическую и температурную зависимости сечений захвата электронов состояниями в запрещенной зоне [51, 92].
В работе Охеда и др. [93, 94] предложен метод спектроскопии фазового сдвига модулированного фототока. В этом методе состояния в запрещенной зоне энергетически разделяются по различию в скоростях тепловой эмиссии с дело-кализационных состояний и состояний в запрещенной зоне, аналогично тому как это происходит в обычных методах емкостной нестационарной спектроскопии [89, 90]. При измерении фототока, индукцированного синусоидально-модулированным возбуждением, наблюдается сдвиг фаз между фототоком и возбуждением. Этот фазовый сдвиг тесно связан с плотностью состояний в запрещенной зоне, которым отвечает определенный энергетический уровень, прямо связанный
117
с частотой модуляции. Поэтому энергетическое распределение состояний в запрещенной зоне можно рассчитать из спектра фазового сдвига, построенного в зависимости от частоты модуляции. Одним из преимуществ этого метода является то, что измерения можно проводить на образце с компланарной конфигурацией металлических переходов без каких-либо структур перехода в условиях термического квазиравновесия. Поэтому метод не подвержен воздействию кинетики избыточных носителей с неравновесным распределением, вводимых в область пространственного заряда материалов с низкой подвижностью. Сообщались экспериментальные результаты, полученные на нелегированных пленках a-Si:H методом спектроскопии фазового сдвига модулированного фототока, в которых снималось распределение состояний в "хвосте", имеющее "скачок'" примерно на 0,6 эВ ниже порога подвижности зоны проводимости [ 94].
