Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
171
0,8
г ___j3L5jc___
Рис. 4.2.1. Оже-спектры пленок a Si С И поверхности ионами Аг* (,) (данныеН.фукада 7^™"°™ °Т BPeM0™ Тр1ВЛСНМ
Рис. 4.2.2. Зависимость концентрации углерода х в пленках a-Si,_ХС\ ; Н, определенной по спектрам ОЭС, при использовании к-SiC в качестве' эталона, от состава смесей:
/ - на основе СН„; 2 - на основе С2 Н4
ки зрения возможности управления типом и концентрацией носителей заряда важным параметром является не только содержание в пленках углерода, но и концентрация связанных с ним атомов водорода.
Оптические свойства
О большой оптической ширине запрещенной зоны в ТР-а^т _~ЛСХ : Н (получен в тлеющем разряде) сообщается в работе [28]. В соответствии с теоретическим анализом [38] оптическая ширина запрещенной зоны определяется линейной экстраполяцией зависимости (аки)1'1 от 1и> в области больших а(>104 см"1). На рис. 4.2.3 показаны зависимости оптической ширины запрещенной зоны пленок а-Б^-д-Сд-: Н, полученных в различных условиях, от содержания в них углерода. В пленках ТР-а-Б1 ? — : Н оптическая ширина запрещенной зоны увеличивается от 1,7 эВ при х = 0 до 2,8 эВ при х = 0,8. Оптическая ширина запрещенной зоны ПР-а-ЗЦ _ХСХ : Н (получен плазменным разложением тетраметил-силана) достигает величины > 3 эВ [38], в то время как запрещенная зона в РР-а-Бц -ХСХ : Н (получен методом реактивного распыления) несколько меньше, чем в пленках ТР-а-Б^^Сх-: Н. Результаты исследования пленок методом РФЭС [40] свидетельствуют о том, что с увеличением содержа-
172
0 0,2 0,ч 0,6 0,8 1,0 0 0,1 0,2 0,3 0,4
х,долиед. х,долиед.
Рис. 4.2.3. Зависимость оптической ширины запрещенной зоны пленок a-S?i_xCx : Н от содержания в них углерода (х): / - на основе СН4; 2 - на основе С\ Н4
Рис. 4.2.4. Зависимость концентрации водорода от содержания углерода х в пленках a-Si i_xCx : Н на основе этилена | 41 ] :
I - нелегированные образцы; 2 - образцы легированные бором
ния углерода в пленках PP-a-Si! _.VCX : Н дол: = 0,4 координационное число атомов С уменьшается с четырех (sp3 -гибридизация связи) до трех (sp2-гибридизация). Так что малая величина оптической ширины запрещенной зоны в PP:a-Sii_xCx : Н может быть связана с изменением в пленках координационного числа атомов С.
Оптические свойства a-Sii_xCx.H зависят как от координационного числа атомов углерода, так и от содержания водорода. Обнаружено интересное явление, касающееся оптической ширины запрещенной зоны в пленках a-Sii _ХСХ : Н, полученных из газовой смеси на основе этилена. На рис. 4.2.4 показаны зависимости оптической ширины запрещенной зоны в нелегированных и легированных бором пленках a-Sit _ХСХ : Н от содержания в них углерода. При х < 0,4 оптическая ширина запрещенной зоны в легированных бором пленках больше, чем в нелегированных. При х > 0,4 наблюдается обратная картина. В то же время в пленках a-Si: Н оптическая ширина запрещенной зоны при легировании бором уменьшается. В пленках a-Si,_xCx : Н, осажденных из этилена, легирование бором влияет только на концентрацию связей С—Н и не влияет на количество связей Si—Н. Таким образом, сужение или расширение запрещенной зоны вызвано изменением в углеродводородных связях. ,
173
4.2.3. Структура химической связи
ИК-спектры
ИК-спектры пленок a-SI!_xCx :Н исследованы в работах [29, 30, 42-43]. Однако детальный анализ спектров в a-Si i _ХСХ : Н с контролируемыми типом и концентрацией носителей заряда в литературе отсутствует.
Авторы [44] показали, что эффект восстановления фотопроводимости после легирования бором в a-Si! -ХСХ : Н на основе метана на один—два порядка больше, чем в пленках на основе этилена. Для выяснения природы этого различия была предпринята попытка исследования структуры химической связи в пленках a-Si)_xCx: Н, полученных из газовых смесей на основе метана и этилена [35]. На рис. 4.2.5 показан типичный ИК-спектр пленок a-Si[_xCx:H, легированных бором. Концентрация углерода в пленках по данным ОЭС составила 12 % (ат.).
В спектрах большинства пленок a-Sii_xCx:H наблюдаются четыре основных полосы поглощения. Полоса поглощения с волновыми числами 2800—3000 см"1, обусловлена колебательной модой растяжения связи С—Н. Интенсивность этой полосы поглощения невелика, »ак что можно видеть пик тонкой структуры с волновым числом 2890 см"'. Пик поглощения 2940 см"1 приписывается авторами [28] колебательной моде
?O 28 22 70 Кя ,1 ' ' ' ' 1 ^
20 16 ia 12 70 8 б
Волновое число, ГОУс/і
Ф) - мода изгиба; (,) _ МОда рСастяж^ия П°ЛЯ = 21'5 *<): С к-) - мода качания;
174
растяжения атомной группы СН3. Этой модой колебания могут быть обусловлены оба пика 2940 и 2890 см"1, так как полосу поглощения 1450 см"1, которая может соответствовать связи — СН2 —, можно наблюдать в спектрах пленок a-Sii_xCx:H, полученных на основе этилена, а в спектрах пленок на основе метана эта полоса не наблюдается. В пленках на основе метана очень слабой оказывается полоса поглощения, обусловленная связью С—Н. Отсюда следует, что пики 2910 и 2850 см"1, наблюдаемые в пленках a-Sii_xCx : Н, полученных из этилена, также могут быть обусловлены колебательной модой растяжения атомной группы СН2.
