Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
С помощью исследования изменений, вызванных отжигом, определяется удельный объем микрокристаллической фазы (Хс) в пленках мк-Si: Н, легированных бором [59]. На рис. 4.3.1 показаны кривые рассеяния рентгеновского излучения легированными бором пленками мк-Si: Н толщиной 7 мкм до и после отжига при 800 °С. На кривых рассеяния наблюдаются три четких дифракционных максимума
187
0?няТп / СК°СТеЙ (П1)' (220) И (311> кристаллической решетки кремния Однако угловые положения пиков 2вр, их высота /- и полуширина Д (™) да"™* нок до и после отжига различаются/после отжигами 800 °С весь объем"и
-___7 і
Л
(ті z --1— і (220) 1 ^*
Рис. 4.3.1. Угловые зависимости интенсивности 1Х рассеяния рентгеновского излучения (СиКа) в легированных бором пленках мк-81:Н [59]: 1 - состояние после осаждения
20 30 W SO 60 (Т „.„о... ., ' --------------
PR рппЯ І'подл- JU0 С); 2 - состояние
° ' ?IJao- после отжига ( 1 ч при 800 °С)
кристаллизуется. На основе предположения, что произведение 1р ¦ Д (26) пропорционально объему микрокристаллической фазы Хс, определяется ее объем в пленках мк-81: Н в состоянии после осаждения. Полученный результат - 60 % (объемн.) свидетельствует о том, что мк-51: Н представляет собой смесь микрокристаллической и аморфной фаз.
На рис. 4.3.2 показаны зависимости 2вр, 1р, Д (29) для максимума отражения рентгеновского излучения плоскостями (220) легированного бором мк-5И : Н от температуры отжига Та. На основе этих кривых Матсуда с сотрудниками предложили модель структуры мк-$1: Н. Как видно из рисунка, с повышением температуры отжига в диапазоне 300-500 °С величина 1р монотонно возрастает, в то время как полуширина Д (29), определяющая размер микрокристаллитов, вплоть до температуры отжига 7д= 500°С остается постоянной. Это означает, что с повышением температуры отжига в пределах указанного диапазона число микрокристаллитов в пленке растет, а их средний размер остается постоянным.Как уже упоминалось, величина среднего размера кристаллитов в легированных бором пленках мк-81 : Н
Пл. 300
500 700 Та,'С
Рис. 4.3.2. Зависимость значений 2вр, 1р и Д(20) для рентгеновского дифракционного максимума (220) в легированных бором пленках мк-81 :Н от температуры отжига Та [59] (П.о. - состояние после осаждения)
188
составила 60 А. С дальнейшим повышением температуры отжига при Та >500°С скорость роста 1р возрастает при одновременном снижении Д (26), что свидетельствует о роли размеров микрокристаллитов. Как было проверено методом ИК-спек-троскопии поглощения, в этом температурном интервале на мк-Si : H полностью выходит водород [59]. Согласно структурной модели Матсуда и др., значительное количество связанных атомов водорода располагается вдоль границ зерен (возможно, в виде дигидридных атомных групп SiH,) и является в мк-Si : H барьерами, препятствующими росту микрокристаллитов [ 59]. В то же время (характер изменения углового положения максимума отражения (220) 2вр с температурой отжига достаточно сложен, однако значения углов отражения всегда ниже наблюдаемых как для кристаллического кремния | 20 (220) = 47,5 °]. Почти такая же картина изменения параметров 1П, 2в0, Д2б наблюдается и для отражений (111) и (311). Это свидетельствует о том, что межплоскостные расстояния в пленках в состоянии после осаждения слегка вытянуты вдоль нормали к поверхности подложки, что частично устраняется в результате отжига.
Много работ посвящено исследованию комбинационного рассеяния в пленках мк-Si : H [57, 65, 68, 70]. Типичные спектры комбинационного рассеяния, наблюдаемые в монокристаллах Si, мк-Si: H a-Si : H показаны на рис. 4.3.3. Из рисунка видно, что спектр мк-Si : H аналогичен спектру монокристалла за исключением того, что основной пик перекрывается с широкой полосой рассеяния 480 см"1, отвечающей a-Si : H, а его острие (515 см"' ) слегка смещено от линии поперечных оптических фонов в к-Si (522 см"') в сторону меньших энергий. Сдвиг линии поперечных оптических фонов объясняется |65, 69] малостью размеров кристаллитов. В то же время Комия и др. объясняют этот сдвиг повышением температуры образцов в процессе эксперимента в результате воздействия лазерного излучения. На рис. 4.3.4 показана зависимость частотного положения пика поперечных оптических фононов от мощности возмущающего излучения лазера. В отличие от монокристалла частота
РоманаЬский еОоиг, см '
Рис.4.3.3. Типичный спектр комбинационного рассеяния в пленках Si: Н, легированных фосфором 157]:
У-Si (монокристалл); 2 - легированный мк-Si: Н; i-легированный a-Si: Н
Рис. 4.3.4. Зависимость величины сдвига максимума, обусловленного поперечными оптическими фононами, в спектрах комбинационного рассеяния от мощности ла- • зерного излучения W (Т. Комия и др.):
1 - монокристаллический Si; 2 - пленки мк-Si: Н (AI), TP + отжиг при 660°С; 3-то же (А2), TP + отжиг при 650 °С; 4 - то же (A3), TP + лазерный отжиг (60 мВТ, , Л. = 514,5 нм); 5 - пленки мк-Si: Н, легированные бором; осажденные в высокочастотном тлеющем разряде
