Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
Применение метода ИНЕС при изучении состояний в запрещенной зоне a-Si.H
Описанная выше теория ИНЕС была разработана и изучена на обычных кристаллических полупроводниках, в которых имеются ЛУНРЭ. В a-Si:H также имеются ЛУНРЭ в запрещенной зоне, а перенос носителей в нем происходит преимущественно за счет зонной проводимости вблизи комнатной температуры [101]. Действительно, диоды на р-п-переходах и барьерах Шоттки, изготовленные на a-Si:H, обладали характеристиками, подобными характеристикам диодов на кристаллических полупроводниках, о чем будет сказано ниже [102]. Исходя из этого, представляется, что концепция ИНЕС применима к явлениям переноса в a-Si:H. В настоящее время детальная природа ^-/-«-перехода или барьера Шоттки, сформированных на a-Si:H, до конца не изучена и отсутствует строгая теория емкости обедненного слоя в аморфной системе. Поэтому для применения ИНЕС-метода к a-Si:H следует тщательно изучить диодные характеристики.
Различные пленки a-Si:H, легированные фосфором, осаждались на кристаллический кремний (п+, р = 0,01 Ом см) в следующих условиях: Тподл = 300 °С, ВЧ мощность 2—3 Вт, а давление газа 6,65 Па [102]. Оптическая ширина запрещенной зоны Е0, равная 1,7 эВ определялась из эмпирического соотношения между \Jahi? и (hoj - Е0). Диод на барьере Шоттки был выполнен в сандвич-конфигурации; имелась также полупрозрачная пленка золота с площадью поверхности 4,5 • Ю-4 или 1 • 10"* см2.
На рис. 3.4.1 показаны типичные ВАХ для различных уровней легирования фосфором [102]. На всех образцах получались характеристики с хорошими значениями коэффициентов насыщения и выпрямления.
120
Значения п для этих диодов были меньше 1,3, за исключением диода, пленка которого была осаждена при условии PH3/SiH4 = Ю-2. Как показано на рисунке, и прямой, и обратный токи систематически растут с повышением уровня легирования.
На рис. 3.4.2 показаны типичные С-К-характеристики диодов, ВАХ которых показана на рис. 3.4.1. Эти характеристики снимались при высокой частоте (2 МГц) [102]. Емкость диода повышается по мере роста уровня легирования. Во всех случаях емкость уменьшается с повышением обратного напряжения. Этот факт свидетельствует о том, что обедненный слой распространяется в объем таким же образом, как и в кристаллическом полупроводнике.
На рис. 3.4.3 показана взаимосвязь 1/С2 и V, полученная перестройкой графиков, приведенных на рис. 3.4.2. Видно, что линейная зависимость наблюдается для всех диодов. Согласно полученным результатам, перенос носителей в данных диодах на барьерах Шоттки, выполненных на легированных фосфором пленках а-Si:H, совершенно аналогичен тому, что имеет место в кристаллическом полупроводниковом диоде, по крайней мере, в феноменологическом смысле. Это позволяет считать, что наклон графика 1/С2-— V отражает эффективную плотность ионизованных состояний и запрещенной зоне (N?) в обедненной области аморфного барьера Шоттки. Предполагается также, что при анализе ИНЕС-сигналов в легированном фосфором a-Si:H можно применять фундаментальные соотношения между g(E) и ИНЕС-сигналом, т.е. уравнения (3.4.12) и (3.4.13).
Рис. 3.4.1. ВАХ диодов Шоттки на a-Si.H | 102) при различных уровнях легирования атомами Р. PH3/Sill4:
1, 2, 3, 4 - прямая ветвь, соответственно 10"2, 1СГ3, 1СГ4, 1СГ5; 5, 6, 7,8 - обратная ветвь, соответственно 1СГ2, 1(Г\ Ю-4, Ю-5; 9 -нелегированный образец, прямая ветвь; 10 -то же, обратная ветвь
Следует, однако, отметить следующее. Несмотря на то что для барьеров Шоттки, выполненных на a-Si.H соблюдается линейное соотношение мржду 1/С2 и V, уравнение (3.4.1) не в состоянии полностью описать С- V-характеристики. Если анализировать результаты зависимости 1/С2
121
Рис. 3.4.3. Зависимости 1/С2 от V, полученные на диодах Шотткй [102] на а^кН при различных уровнях легирования атомами Р (цифры у кривых - РН3/8Щ4)
от V, показанные на рис. 3.4.3, с помощью уравнения (3.4.1), то можно получить ошибочное значение внутреннего потенциала Ур, который принимает значение, превышающее значение потенциала, соответствующего высоте барьера Шотткй.
Таким образом, при анализе ИНЕС-сигнала, относящегося к барьеру Шотткй, полученному на а-Б^Н, С-К-соотношение [уравнение (3.4.1)] можно представить в виде
С(<~)2 = ВЦУо + УН), (3.4.15)
где В и У0 - экспериментальные параметры. Для более точного анализа ИНЕС-сигналов следует уяснить физический смысл параметров В и У0. Это делает необходимыми более детальные исследования.
122
Экспериментальные результаты на легированном фосфором
a-Si:H
Блок-схема использованной ИНЕС-системы показана на рис. 3.4.4. В ней применяются измеритель нестационарной емкости, нестационарный конвертер, цифровой вольтметр и миниЭВМ. С помощью этой системы измерялось нестационарное изменение емкости С(0 после введения основных носителей в изотермических условиях (297 К) в интервале времени 10"3-10""с, а сигналы преобразовывались в цифровые и посылались в память миниЭВМ. ЭВМ проводила подробный расчет соотношений между g (Е) и ИНЕС-сигналом.
ИНЕС-сигналы извлекались из кривой С (г). Сигналы зависели от Ур и М>р импульса напряжения, а также от обратного напряжения Ур. Для определения
