Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
NH = (1/Г)Гв(у) dv?v,
где/Уц — число атомов водорода в 1 см3; Г — сечение поглощения; а — коэффициент поглощения.
Величина Г определялась в нескольких работах и составила 7,1 • 1021 см2. Содержание в пленках a-Si, _ХСХ : Н водорода по ИК-спектрам не может быть вычислено точно, так как сечение поглощения модой растяжения связи С—Н точно не известно. Фуджимото с сотрудниками измеряли прецизионные ИК-спектры, используя Фурье-спектрометр, а содержание водорода контролировали по ядерной реакции 'H(I5N, 0:7)12С. Ионы 15 N ускорялись в магнитном поле силой 5 Тл в мегаэлектронвольтом ускорителе тандемного типа (Центр ядерных исследований Университета в Токио). Энергия ионов и ионный ток составляли при этом 6,7 МэВ и 5 мА соответственно. Интенсивность 7-излучения измерялась с помощью счетчика на основе Nal. Полное содержание в пленках a-Si?_xCx : Н водо-
Рис. 4.2.6. Зависимость концентрации ноцорода, определенной методом 1 5 N ядерной реакции, от состава метаносо-держащей газовой смеси при осаждении пленок а-51 ] -ХСХ : II
60
50
40
I Зв
ю h
? 00/
Сн (полн.) //
с„(С-н) /
0,5
1,0
12 - 537
111
рода определяли путем сравнения с концентрацией водорода в пленках полиэфира. Сравнение концентрации связанных атомов водорода, определенной по ИК-спектрам, с полным содержанием водорода, определенным методом ядерных реакций, дало величину Г для колебательной моды растяжения связи С-Н. Если принять для величины Г (С-Н) значение 1 • 10" 1 см2, то, как показано на рис. 4.2.6, значения полного содержания водорода, определенного методами ИК-спектроскопии (7) и ядерных реакций (2) хорошо согласуются между собой.
4.2.4. Управление типом и концентрацией носителей заряда
Оптоэлектронные свойства
На рис. 4.2.7, а показаны зависимости измеренных в условиях АМ-1 фотопроводимости и оптической ширины запрещенной зоны нелегированных и легированных бором пленок а-$\х^хСх : Н от состава разлагаемой при осаждении газовой смеси [51Н4 (1 _х> + СН4(Х)]. С увеличением в газовой смеси содержания метана фотопроводимость, измеренная в условиях АМ-1, заметно снижается. В то же время, фотопроводимость пленок, легированных бором, на один-три порядка выше, чем в нелегированных пленках. Аналогичный эффект наблюдается и в пленках а-311 _ХСЛ-: Н, легированных фосфором. Этот наблюдаемый при легировании эффект сопровождается уменьшением концентрации неспаренных спинов, определяемой по спектрам ЭПР. Другими словами, бор и фосфор могут пасси-
ва 1,0 о 0,2 0,6 10
х х
StHw_x) + CH,(», SIHW-x) + ^ClH4(x)
Рис. 4.2.7. Зависимость оптической ширины запрещенной зоны Е^ ( и фотопроводимости ор)7 в нелегированных и легированных бором пленках а-Б11_^СД- : II от состава метансодержащей [ 8) (а) и этиленсодержащей |35] (6) газовой смеси
вировать свободные связи в аморфной сетке a-Sii_xCx : Н, удлиняя тем самым время жизни носителей заряда.
С увеличением в исходной смеси содержания метана оптическая ширина запрещенной зоны в нелегированных и легированных бором пленках a-Si[ _XCX : Н монотонно возрастает, но в легированных бором пленках ширина запрещенной зоны остается несколько меньше, чем в нелегированных пленках. Вызванное легированием бором сужение оптической ширины запрещенной зоны обусловлено преимущественно уменьшением числа атомов водорода, связанных с углеродом.
На рис. 4.2.7, б показаны зависимости измеренных в условиях АМ-1 фотопроводимости и оптической ширины запрещенной зоны нелегированных бором пленок a-Sii-дСд :Н от состава разлагаемой при осаждении газовой смеси [SiH4 (1-х) + С2Н2 (*)]. С увеличением в газовой смеси содержания этилена оптическая ширина запрещенной зоны в пленках возрастает от 1,75 до 2,8 эВ. Ширина запрещенной зоны в пленках на основе этилена оказывается больше, так как концентрация атомов углерода в исходной газовой смеси выше, чем в газовой смеси на основе метана. Особенно интересным является то, что оптическая ширина запрещенной зоны в пленках a-Si[_xCx : Н, легированных бором и осажденных из газовой смеси на основе этилена состава х < 0,5, больше ширины запрещенной зоны нелегированных пленок, а при х > 0,5 - меньше. Концентрация атомов водорода, присоединенных к кремнию от легирования бором не зависит. Легирование бором оказывает влияние на число связей атомов водорода с атомами углерода. Это означает, что эффект расширения или сужения оптической ширины запрещенной зоны обусловлен связями С-Н.
В диапазоне концентраций углерода, где легирование бором приводит к расширению запрещенной зоны, фотопроводимость легированных пленок a-Sii_xCx:H на основе этилена больше фотопроводимости нелегированных пленок только на один порядок. По сравнению с пленками на основе этилена эффект роста фотопроводимости в результате легирования пленок a-Sii-а-Сд- : на основе метана на один-три порядка сильнее. Одним из факторов, обусловливающих эффект роста в результате легирования фотопроводимости, является концентрация атомов водорода, связанных с углеродом.
Влияние легирования на оптоэлектронные свойства
Хамакава, Тавада и др. показали, что в пленках a-Si i _XCX: Н также как и в пленках a-Si: Н, можно управлять типом и концентрацией носителей заряда. На рис. 4.2.8, а показаны зависимости основных свойств пленок a-Si i-дСд-: Н, полученных плазменным разложением [SiH4 (0,8) + + СН4 (0,2) ], от концентрации легирующих примесей. Величина темновой проводимости при комнатной температуре при добавлении в исходную газовую смесь 5 % диборана составляет 10"4 См/см, а при добавлении 0,1 % фосфина - 10"2 См/см. Это намного выше темновой проводимости нелегированных пленок, величина которой имеет порядок 10"1 См/см. Величина энергии активации изменяется от 1,08 эВ для нелегированных
