Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
197
196
4.1.1. Общая характеристика свойств a-Si^N^j,.: Н
Для объяснения широкой спектральной чувствительности тонкопленочных фотоэлементов и светочувствительных изобразительных устройств необходимо прецизион-но управлять оптической шириной запрещенной зоны и электронными свойствами аморфных материалов на основе кремния. В работе [ 28] осуществлена попытка получить a-SixCl_x : Н методом тлеющего разряда из газовойтемеси SiH4 + С2Н4. Найдено, что оптическая пгирина запрещенной зоны в этом материале достигает максимального значения при х = 0,32. Проводимость пленок этого состава оказалась минимальной. Показано, что оптическая ширина запрещенной зоны твердых растворов а-SijcNl-x^H осажденных из газовой плазмы [NH3 + (5-20%) SiH4], уменьшается с 5 до 2,5 эВ, а проводимость всех полученных пленок является неомической.
С целью получения данных о структуре химической связи в аморфных сетках авторы [73] исследовали a-Sii_xCx:H методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) и ИК-спектроскопии поглощения. Найдено, что в области составов х = 0,5 ^ 0,6 изменяется координационное число атомов углерода. В работе Тавада и др. методом плазменного осаждения из газовых смесей SiH4 + СН4 получены пленки a-SixCi_x:H. Обнаружено, что значительного увеличения фото-проводящих свойств пленок можно добиться с помощью легирования бором или фосфором. Путем введения в газовую плазму SiH4 + Аг кислорода получены сплавы a-SixO[_x: Н [74]. С увеличением содержания водорода в разлагающейся смеси наблюдалось плавное возрастание оптической ширины запрещенной зоны вплоть до 2,4 эВ, при этом энергетический сдвиг соответствующего пика фотолюминесценции был менее заметен. В работе [75] путем введения аммиака в газовую плазму SiH4 получены твердые растворы a-SixNj_x: Н, обладающие полупроводниковыми свойствами в широком интервале составов. Найдено, что с увеличением содержания азота от 1 до 30 % оптическая ширина запрещенной зоны сплавов a-SixNi_x : Н изменяется от 1,75 до 5,5 эВ, без существенного отклонения свойств пленок от полупроводниковых. В работе [76] для этого материала была доказана также возможность управления типом и концентрацией носителей заряда. Многочисленные попытки введения в аморфные сетки a-Si : Н примесных компонентов открывают таким образом новые возможности в производстве гетеропереходов и структур с управляемой шириной запрещенной зоны.
В настоящей статье представлены результаты систематических исследований полупроводниковых свойств твердых растворов a-Si^Ni — ^: Н, полученных разложением в тлеющем разряде газовых смесей SiH4 + NH3 + Н2. Описаны также результаты исследования возможности управления типом и концентрацией носителей sapiia и структурных изменений в пленках с помощью легирования.
4.4.2. Получение
Аморфные сплавы a-SixNf_x: Н получали из газовых смесей SiH4 + + NH3 + Н2 методом высокочастотного тлеющего разряда. В процессе осаждения в диапазоне длин волн 200—650 нм исследовались спекттры излучения компонентов разлагаемой газовой плазмы [58]. Эти исследования показали, что наряду со спектральными линиями атомов Si (244,252, 288 нм), На (656 нм), молекул SiH {414 нм), Н2 (464 нм) в спектрах газовой плазмы наблюдаются слабые линии излучения молекул NH (325, 337 нм), которые являются продуктами разложения аммиака. В спектрах не обнаружены линии, связанные с возбужденными состояниями атома (411, 415 нм) и молекулы (316, 358 нм) азота. Температура подложки поддерживалась вблизи 300 °С, мощность высокочастотного (13, 56 МГц) разряда составляла 20 Вт, общее давление 40 Па, скорость протекания
198
газов 35 см3/мин. Для предотвращения генерации плазмы в вертикальной кварцевой трубе перпендикулярно поверхности подложки прикладывалось магнитное поле с напряженностью 0,8 кГс [58]. Процесс плазменного осаждения протекает преимущественно по гетерогенной газовой ¦ реакции [62]
8Ш + Н^81ТВ + Н2(Г). (4А1)
Разложение аммиака вероятнее всего протекает по реакции
ЫНз -> Ш + Н2(Г). (4А2)
Концентрация в плазме излучающих составляющих БШ и Ш пропорциональна парциальным давлениям 8Ш4 и Ш3 соответственно [77], так что относительное содержание в пленках а-З^!-* : Н азота и кремния, т.е. отношение (1 - х)1х должно быть пропорционально мольной доле аммиака Л^н /Л^ш . Согласно данным рис. 4.4.1 действительно, для мольных долей МНз, меньших единицы,выполняется пропорциональность (1 - х)1х. При более высоком содержании аммиака в газовой смеси концентрация азота в пленках стремится к насыщению до своего значения в стехиометрическом нитриде кремния. Если вместо ЫН3 в газовую смесь вводить Ы2, то в спектрах испускания появятся линии возбужденных состояний N2, а интенсивность линий испускающих радикалов Ш при малых уровнях возбуждения в тлеющем разряде находится на пределе чувствительности. По-видимому, химическая активность молекул Ы2 в возбужденном состоянии много меньше активности радикалов Ш. Отсюда скорость осаждения азота из плазмы 8Ш4 + ГЧ2 значительно меньше, чем из плазмы 8Ш4 + •
Рис. 4.4.1. Зависимость оптической ширины запрещенной зоны (/) и отношения атомных долей N/Si (2) в пленках a-SivNi_x ; 11 от состава газовой смеси при осаждении. Гостав пленок определяется но отношению интенсивностей Оже-электронных максимумов N(A7. L) и Si (LMM) с учетом чувствительности Ожс-спектроскопии
