Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
При анализе фазового сдвига наблюдаемого модулированного фототока выводилась зависимость величины Trqvt?lenM(E) от частоты модуляции / [94] (здесь tr 0 - эффективное время рекомбинации в модулированном фототоке; vth - тепловая скорость фотоносителя; ап - сечение захвата; М(Е) - плотность состояний в запрещенной
128
зоне). Зависимость тК0РіИапМ(Е) от частоты модуляции при нескольких температурах приведена на рис.. 3.4.11, где каждый спектр имеет скачок, указанный стрелками. В принципе, частоту модуляции / можно перевести в глубину залегания уровня с помощью соотношения
2тг/ = о„ ехр {-ЕІ кТ), (3.4.17)
где Мс - эффективная плотность состояний на дне зоны проводимости. Однако определенное значение Е непосредственно из / вывести нельзя, если неизвестно произведение Л^с^йа„. В этом случае шкала энергии устанавливается путем нормирования к энергии активации 0,60 зВ, получаемой из графика Аррениуса для пиковой частоты скачка /р. Эта процедура необходима, если считать, что сечение захвата не зависит от температуры.
На рис. 3.4.12 приведен график зависимости ткоріиопМ(Е) от глубины энергетического уровня; на нем все спектры, представленные на рис. 3.4.11, нормированны к энергии 0,60 зВ скачка. Спектр отражает профиль состояний в запрещенной зоне, отсчитываемый от Ес. Метод спектроскопии фазового сдвига дает только относительное значение плотности состояний в запрещенной зоне, т.е. тК0РціапМ(Е).
- ь29б
- + 306
- »3/6
0,4
Рис. 3.4.11. Зависимость частоты модуляции Р от trovoM(E) при различных температурах (см. цифры у кривых) [ 94]
Рис. 3.4.12. Распределение по энергиям величины trovoM(Е), построенное в масштабе энергии. Все спектры нормированы по отношению к энергетическому положению скачка 0,6 эВ [941. (Нелегированный a-Si:H)
9 - 537
129
При расчете абсолютной величины М(Е) необходимо независимо определить произведение TRQVthan. Если учесть энергетическую зависимость а, форма спектра М(Е) несколько изменится.
Скачок, наблюдаемый при энергии на 0,6 эВ ниже Ес, согласуется с ИНЕС-данными, полученными на слаболегированном фосфором a-Si.H. Как отмечалось в разделе 3.4.2, скачок может быть связан с дважды занятыми состояниями свободных связей. Следует отметить, что метод модулированного фототока позволяет также извлечь информацию об объемных слоях a-Si:H.
3.4.4. Определение "объемной" плотности состояний в запрещенной зоне путем комбинации метода эффекта поля и С-К-измереннй МОП-структуры
В работе Сузуки и др. [95] предложена усовершенствованная теория а-81:Н-МОП-структуры с поверхностными состояниями, суть которой проиллюстрирована на рис. 3.4.13. Авторы вывели плотность собственных состояний в запрещенной зоне Л/] (Е) в виде
e2Nss(Ef^cua)]dua} ,
(3.4.18)
где и — поверхностный потенциал; е° — диэлектрическая постоянная а-БШ, Щ - равновесный уровень Ферми а-51:Н; Сат - измеренная емкость пространственного заряда; /^(/Т) — плотность поверхностных состояний. Из уравнения (3.4.18) следует, что емкостным методом можно точно измерить плотность состояний в запрещенной зоне, если известна величина /Уи. Для нахождения плотности поверхностных состояний
/Уи(?^ разработан новый метод, сочетающий ЭП-метод с С Г-изме-рениями. Используя этот метод, с помощью уравнения (3.4.18) можно независимо определить А/хх(?1+ ей"), а следовательно, и /V, ем")-
Ес(°°)
Е?(оо)
Рис. 3.4.13. Зонная диаграмма структуры металл-оксид-а-5г.И (МОП) с распределением плотности поверхностных
состояний (?') | 96 |
130
Использованные в эксперименте нелегированные или легированные бором пленки a-Si:H осаждались на и^ьподложки, на которых термически выращивался слой Si02 (толщиной 1000 А) при Гподл = = 300 °С в результате разложения в ТР 11 %-ного SiH4, разбавленного водородом, или газообразной смеси 11 % SiH4 B2H6(B2H6/SiH4 = 10~3). Мощность ВЧ разряда и общее давление SiH4 в процессе разложения поддерживались на уровне 5 Вт и 26,6 Па соответственно.
На рис. 3.4.14 представлены зависимости индуцированной полем проводимости и емкости от смещения на затворе, измеренные при 295 К на нелегированных и легированных бором a-Si ^-МОП-структурах. Измерения емкости проводились квазистатическим С-К-методом [110] со скоростью нарастания напряжения 10 мВ/с, что соответствует эффективной частоте 0,06 Гц. Уровень Ферми находился на 0,5 эВ ниже Ес для нелегированного образца и на 0,58 эВ выше Ev для легированного бором образца, что следовало из температурной зависимости проводимости.
Распределение плотности поверхностных состояний определялось из результатов, представленных на рис. 3.4.14, а распределение плотности собственных состояний в запрещенной зоне — из уравнения (3.4.18), Последнее распределение показано на рис. 3.4.15, причем здесь исключено влияние поверхностных состояний. Распределение плотности состояний в запрещенной зоне является, по-существу, U-об-разным и на нем отсутствует скачок.
Этот результат отличается от тех, которые получались методами ИНЕС и спектроскопии фазового сдвига модулированного фототока. В настоящее время имеющиеся данные недостаточны для выявления причины указанного расхождения. Одной из возможных причин является то, что метод ЭП-С- V, предложенный Сузуки и др., дает информа- Ю00 цию об объемных свойствах на глубине до 1000 A, тогда как ИНЕС- 100 метод и метод модулированного ^ фототока снабжают информацией, «а" 1п относящейся к почти микронным глубинам. В таком случае причиной
