Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
11-537
дам растяжения, гораздо лучше согласуется с результатами определения
концентрации Н методами ядерных реакций [26] и рассеяния а-частиц
[27]. Поэтому в настоящей работе концентрации водородсодержащих
связей ([Si—Н] и [Ge—Н]) рассчитывались по модам колебаний качания:
[Si-H] = 1,6- 1019/Ka4(aMd4 (4.1.1)
[Ge-H] = 1,1 ¦ 1019 /кач (а/ш) doj. (4.1.2)
Так как максимумы колебательных мод качания связей Ge-H и Si-H в a-Sii -xGcx : Н при х < 1 перекрываются, то первоначально необходимо определить отношение [Ge-H]/[Се]. Для этого используют максимум, отвечающий колебательной моде растяжения (1875 см-1), и выражение
[Ge-H] = [Ge-Hl^.j/pac^a/^daVl/pacxCa/^dw]}^,, (4.1.3)
в котором [Ge-Н]*!4, - число связей Ge-H, определенное по модам качания в чистом a-Ge:H; второй сомножитель — отношение интегральных максимумов ИК-поглощения колебательными модами растяжения в образце и чистом a-Ge : Н.
Кривые на рис. 4.1.2 показывают, что число связей Si—Н, также как и число связей Ge-H, в первом приближении не зависит от состава пленок. Удельные концентрации водородсодержащих связей [Si-H]/ [Si] и [Ge—H]/[Ge] оказались равными 0,11 и 0,04 соответственно. Отсюда коэффициент преимущественной пассивации водородом свободных связей Si примерно равен трем. Общая суммарная концентрация водородсодержащих связей с увеличением содержания Ge снижается от 5 • I О21 см"3 при (х = 11 % (ат.)) до 1,8 • 1021 см-3 (при* = 94% (ат.)).
Заметим, что удельное число свободных связей германия [Get]/[Ge] с увеличением его содержания существенно возрастает, в то время как удельная концентрация [Ge-H] - связей [Ge-H]/[Ge] от состава пленок х почти не зависит. Это означает, что в процессе пассивации свободных связей Ge участвует не только водород Ge—Н, но и водородно-кремниевые связи Si—Н. Этот интересный результат особенно важен в виду возможности его практического применения.
Этот вывод показывает, что водород в пленках a-Sii_xGe_v : Н следует рассматривать не столько как пассиватор свободных связей, сколько как элемент, упорядочивающий структуру растворов. Это означает, что один атом водорода приводит не только к исчезновению одной свободной связи, но и к некоторому изменению аморфной структуры в целом, так что при осаждении пленок свободных связей образуется меньше. Уменьшение отношения [Get]/[Ge] с ростом в пленках содержания Ge можно объяснить изменением характера связи Ge—Н. Однако отношение интенсивности максимумов ИК-поглощения, обусловленных растягивающими колебаниями связи Si-H (2100 и 2000 см"2), равно 0,3 и от состава практически не зависит. Так что изменение характера связи Ge-H, по-видимому, маловероятно.
162
В работе исследовано изменение спектров ИК-поглощения и ЭПР в результате отжигов пленок a-Si, _xGex : Н состава х = 0,18; 0,43 и 1,0. Показано, что с повышением температуры отжига связи Ge—Н и Si—Н разрываются. Концентрация связей Si-H в пленках начинает уменьшаться с температуры отжига 300 °С и после термообработки при 500 °С приближается практически к нулевой. Несмотря на слабую ИК-поглощательную способность связей Ge-H, которая не позволяет точно определить их количество, есть основания полагать, что поведение связей Ge—Н при повышении температуры отжига аналогично поведению связей Si-H.
Была предпринята попытка контроля in situ плазменной реакции с помощью метода квадрупольной масс-спектрометрии. Газовая смесь полимеризованных продуктов плазменной реакции непрерывно поступала на анализ прямо из реактора.
В случае плазменной реакции разложения SiH4 в масс-спектрах наблюдались слабые пики, соответствующие массовым числам М28 (ионы Si* ) и М32 (ионы SiHt, или SiH+ ) и сильные максимумы с массовыми числами М30 (ионы SiH+ ) и М31 (ионы SiH3). Для ионизации атомов и молекул использовались электроны с энергией Ее ~ 15 эВ. По мере увеличения в плазме возбуждения суммарный ток ионов с массовыми числами М28— М32 ослабляется и в спектрах появляются максимумы с новыми массовыми числами (например, М58—М64), соответствующие полимеризованным ионам (SiHш), где т - 1, 2,.. ., 4. Аналогично протекает плазменная реакция разложения GeH4. В этом случае при нарастании плазменного возбуждения уменьшается ток ионов с массовыми числами М70—М79 и п~""ляются максимумы с М142—Ml56, соответствующие полимеризован-
] 0.005
0.003
\ 0,001
і
її І
I
W, Вт
Рис. 4.1.3. Зависимость интегральных ионных токов от мощности ВЧ-разряда (W), полученная методом квадрупольной масс-спектрометрии {151:
a a-Si: Н в реакторе, SiH4, 107 Па, D = 40 мм, Ее = 15 эВ); б - a-Ge : Н в реакторе, Gell., 53 Па, /) = 40 мм, ^=15эВ);
М28-МЗЗ; : М58-М64; 3 - М70-М79; 4 - М29-МЗЗ; 5 - М142-М156
1
I 163
ным ионам (GeH*,).. На рис. 4.1.3 показаны зависимости интегральных ионных токов от мощности высокочастотных тлеющих разрядов при осаждении пленок a-Si: Н и a-Ge : Н. (За единицу принята сила интегрального тока до начала плазменной -реакции). Хорошо видно, что ток ионов (SiH,+„ )2 растет при увеличении мощности разрядов от нуля до 40-50 Вт., а затем в результате разложения полимеризованных ионов на одиночные (SiH*,,) начинает падать. Учитывая, что с увеличением мощности высокочастотного тлеющего разряда в пленках a-Si: Н возрастает содержание связей Si—Н2 и Si-H3, уменьшается концентрация связей Si-H и ухудшаются фотопроводящие свойства пленок, можно заключить, что разложение полимеризованных ионов (SiH??)" на составляющие приводит к деградации свойств аморфных пленок a-Si : Н.
