Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
Физические свойства тонких пленок
217
Рис. 3.39. Спектральные зависимости показателей преломления пленок А1203, осажденных методом вакуумного испарения на подложки с температурой 40 и 300 °С (а), и анодной пленки Та205 (б) [254].
вается при значительно больших толщинах, что, по-видимому, связано с особенностями их микроструктуры.
Толстые физически сплошные пленки как с монокристалли-ческой, так и аморфной структурой (оксидные пленки в своем большинстве являются именно аморфными) и массивные образцы соответствующих материалов имеют примерно одинаковые диэлектрические свойства. Характерные особенности пленок, такие, как наличие сквозных пор, неоднородность толщины, нестехиометричность и неоднородность состава, анизотропия свойств, а также существование ловушечных уровней, связанных со структурными дефектами, влияют на их диэлектрические свойства и процесс переноса электронов. Все указанные отклонения параметров пленок от идеальных, свойственные многокомпонентным диэлектрическим пленкам, определяются условиями их осаждения. В частности, при получении пленок SiO* вакуумным испарением параметр х может изменяться от 1 до
2 [260]. Пленки SiO*, осаждаемые из паровой фазы как физическими, так и химическими методами, всегда неоднородны по составу, а в некоторых случаях они содержат смесь Si с SiOx. Анализ состава пленок, осуществляемый различными методами, показывает, что слой нестехиометрического состава, образующийся на границе раздела выращиваемой пленки SiC>2 и подложки из Si, имеет толщину от нескольких мономолекулярных слоев до 1,2. ..1,3 нм. Диэлектрическая проницаемость и оптические постоянные неоднородных по составу пленок существенно отличаются от соответствующих параметров массивных образцов и зависят от температуры и метода осаждения. Подтверждением этому служат приведенные на рис. 3.39 спектральные зависимости показателя преломления пленок А120з, полученных вакуумным испарением, и анодной пленки Та2Об.
Под влиянием структурных несовершенств и механических напряжений диэлектрические потери в пленках увеличиваются по сравнению с потерями в массивных образцах. Вследствие этого пленки имеют более высокий температурный коэффици-
218
Глава 3
ент диэлектрической проницаемости, осе = (rflne/dT), который с помощью приближенного уравнения Гейвера может быть представлен в виде
ае = А tg6 — aL(l + e).
Здесь А — постоянная величина, tg6 — тангенс угла диэлектрических потерь и аь — коэффициент линейного теплового расширения.
Наличие сквозных пор и лову-шечных уровней, а также неоднородность состава оказывают сильное воздействие на процесс переноса электронов в тонких диэлектрических пленках. Несмотря на ак-Рис. 3.40. Температурная за- тивные исследования в данной об-
висимость тока, проходящего ласти [254, 255], вопрос о преобла-
через диод со структурой Au— L ’ ^ F
SigN4—Si при' напряженности дающем механизме переноса элек-
электрического поля 5,3-Ю6 тронов в этих пленках до сих пор
В/см [261]. I\ -ток, обуслов- остается нерешенным. Высказаны
ленный эмиссиеи Пула—Фре- предположения о существовании
нкеля, 12—туннельный ток, к ^ J
I — омический ток. различных механизмов переноса,
3 * причем отдельные из них (или их
сочетания) наблюдались разными авторами в пленках неодинакового состава. Рис. 3.40 иллюстрирует наличие нескольких механизмов переноса электронов в пленках SkN^.
Основные результаты многочисленных исследований диэлектрических пленок толщиной менее 10 нм в электрическом поле, создаваемом между металлическими электродами, охватывающими пленку, могут быть представлены в виде следующих выводов.
1. Тип преобладающего механизма проводимости зависит от напряженности поля и температуры. В сверхтонких пленках (толщиной ^3 нм), как правило, наиболее важную роль играет процесс туннелирования носителей.
2. Количественное сопоставление экспериментальных данных с теоретическими результатами возможно только при подборе соответствующих значений высоты потенциального барьера или толщины пленки (или обоих параметров одновременно). К отличительным характеристикам каждой конкретной пленки относятся: высота и форма барьера, энергия сродства к электрону, степень неоднородности пленки по толщине, плотность сквозных пор, диэлектрическая проницаемость, возможность диффузии на границе раздела пленки с подложкой, а также параметры Поверхностных и примесных уровней.
Физические свойства тонких пленок
219
Образование в пленках сквозных пор является следствием статистического, вероятностного характера процесса осаждения из паровой фазы и наличия частиц пыли в атмосфере, окружающей растущую пленку. Плотность пор размером менее 1 мкм можно уменьшить до значения ~ 103 см~2, что не обязательно приведет к существенному изменению туннельного тока.
В неоднородных по толщине пленках возможны значительные пространственные вариации туннельного тока, который связан с толщиной пленки экспоненциальной зависимостью. При осаждении аморфных пленок разброс их толщины по площади (или шероховатость) определяемый законом Пуассона, пропорционален (d — толщина пленки). Разброс значений толщины пленки, состоящей из крупных ориентированных зерен, вероятно, будет намного более существенным.
