Полупроводники - Смит Р.
Скачать (прямая ссылка):
их электропроводности требуется концентрация примесей порядка 10-° см-3.
Считалось, что это обусловлено тем, что избыточный или недостающий
электрон может быть соответственно захвачен или восполнен благодаря
изменению связей в структурном дефзекте или в других связях.
Незаполненные локализованные состояния могут быть присоединены и к
примесным состояниям, если уровень Ферми в нелегированном материале
расположен вблизи середины запрещенной зоны подвижностей (см. рис. 15.2).
В своей недавней работе Спир [24] показал, однако, что наличие многих
состояний в запрещенной зоне зависит от метода приготовления образца и
что можно приготовить тонкие пленки с меньшим числом состояний в
запрещенной зоне, чем это было найдено раньше. В ре-
15. Аморфные полупроводники
533
Рис. 15.3. Плотность состояний N (?) см-3>эВ-1 в запрещенной зоне
подвижностей в a-Si 113].
зультате у него появилась возможность влиять на электропроводность, вводя
в материал примеси как л-, так и р-типа в концентрациях, намного меньших,
чем обычно. Более того, ему удалось осуществить р-л-переходы, что явилось
огромным шагом вперед в технологии аморфных полупроводников, и открыть
таким образом возможность использования их в солнечных батареях большой
площади.
Пленки были получены методом осаждения в тлеющем разряде в атмосфере
силана или германа, а для введения примесей использовалось несколько
миллионных долей фосгена или диборана. Этими методами удалось повысить
электропроводность образцов от величины порядка 10-12 Ом-1*см-1,
соответствующей собственной электропроводности, до примерно 10-2 Ом-1*см-
1 для материала как л-, так и р-типа. Подвижности носителей заряда в a-Si
имеют величины порядка 0,1 см;?-В_1-с~1 и слабо зависят от легирования,
однако уменьшаются при понижении температуры.
Спир и Комбер [141 в своих измерениях плотности состояний в запрещенной
зоне подвижностей методом эффекта поля (см. разд. 7.11.1) показали, что
плотности состояний лежат около 10 17см-3х
534
15. Аморфные полупроводники
X эВ-1, в то время как обычно считалось, что в аморфных пленках Si и Ge
эта величина составляет около 10" см_3-эВ-1. Мадан, Комбер и Спир 1151
приводят подробности метода вычисления N (Е) из измерений по эффекту
поля. Результаты измерений на пленках, специально подготовленных для
легирования, приведены на .рис. 15.3. Зависимость плотности состояний N
от энергии Е имеет интересную структуру и оказывается более сложной, чем
та, которая получена в результате наложения двух "хвостов" и показана на
рис. 15.2.
15.4.1. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА a-Si И a-Ge
Как измерили Донован и др. [16], в широком спектральном диапазоне,
например от 0,5 до 1,5 эВ оптическое поглощение a-Si и a-Ge не очень
сильно отличается от оптического поглощения в кристаллических материалах,
однако не обладает структурой, свойственной последним. Крутой рост
поглощения вблизи края полосы фундаментального поглощения германия
начинается при меньшей энергии квантов, примерно при 0,55 эВ, коэффициент
поглощения быстро растет до величины около 103 см-1 при 0,6 эВ и затем
продолжает расти более медленно до величины примерно 105 см-1 при 1,5 эВ.
Спектры отражения также сходны, однако отсутствуют пики, связанные с
критическими точками зонной структуры, подобные тем, что показаны на рис.
10.24. Этого и следовало ожидать, так как зонная структура, характерная
для кристаллических тел, не пригодна для описания аморфных. Спайсер и
Донован [17] провели измерения поглощения на a-Ge вплоть до 9 эВ и
показали, что в области 5-9 эВ различие между a-Ge и кристаллическим Ge
невелико, однако поглощение в a-Ge немного сильнее. При исследовании
фундаментального поглощения a-Ge и a-Si с использованием аппаратуры с
высоким спектральным разрешением не проявляется никакой тонкой структуры,
обусловленной переходами с участием фононов или экситонами, вместо нее
можно видеть постепенное увеличение поглощения, начинающееся при
различных величинах hv, которые примерно на 0,1 эВ меньше, чем в
монокристаллическом материале. Этот сдвиг и другие характеристики сильно
меняются от образца к образцу. Это указывает на то, что материалы,
приготовленные термическим испарением или катодным распылением, не
представляют собой действительно собственный материал, а содержат
множество дефектов в виде полостей или других нарушений идеально
разупорядоченной решетки. Пленки, которые приготовили Спир и его
сотрудники, видимо, намного ближе стоят к "собственно" аморфному
материалу, чем пленки, приготовленные другими методами, и поэтому в них
может проявиться форма края полосы поглощения, наиболее характерная для
аморфного материала.
Во всех аморфных материалах длинноволновый хвост оптического поглощения
имеет почти экспоненциальную форму. Поглоще-
15. Аморфные полупроводники
535
ние тоже зависит от метода приготовления и почти наверняка обусловлено
электронами, появляющимися из состояний в запрещенной зоне подвижностей
