Автореферат (1097806), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Следует отметить, что люминесценция смаксимумом вблизи 1,5 эВ наблюдалась только при низких температурах (T<150 K).При больших значениях Xc максимума вблизи 1,5 эВ в спектрах фотолюминесценцииnc-Si/a-Si:H не наблюдалось. Размеры кремниевых нанокристаллов в исследованныхпленках nc-Si/a-Si:H с малым значением Xc составляли примерно 5 нм. Проведенныеоценкипоказали,чтосучетомквантовогоразмерногоэффектамаксимумфотолюминесценции для нанокристаллов такого размера должен наблюдаться приэнергиях вблизи 1.5 эВ.

Поэтому наблюдаемая фотолюминесценция была связана сизлучательной рекомбинацией электрон-дырочных пар в нанокристаллах кремния. Какотмечалось в пункте 2.4, с увеличением объемной доли кристаллической фазы до 50 %концентрация «оборванных» связей в nc-Si/a-Si:H растет. Поскольку «оборванные»связи могут играть роль рекомбинационных центров, то исчезновение максимумалюминесценции вблизи 1.5 эВ при увеличении объемной доли кристаллической фазы,по-видимому, связано с повышением вероятности безызлучательной рекомбинациинеравновесных носителей заряда через состояния дефектов типа «оборванных» связей.Повышением вероятности безызлучательной рекомбинации неравновесных носителейзаряда может быть объяснено и отсутствие пика фотолюминесценции в области 1,5 эВпри повышении температуры.

Обнаруженный максиму вблизи 1,5 эВ в спектрефотолюминесценции nc-Si/a-Si:H с малым значением Xc указывает на то, чтофотолюминесценцию можно использовать как метод детектирования небольшой долинанокристаллов кремния в матрице a-Si:H.Электрические и фотоэлектрические свойства пленок nc-Si/a-Si:H приведены втретьей главе. На основе представленного анализа литературы делается вывод о том,18что имеющихся данных недостаточно для создания модели переноса и рекомбинацииносителей заряда в nc-Si/a-Si:H.

Поэтому данная глава посвящена систематическимисследованиям проводимости и фотопроводимости nc-Si/a-Si:H с различной объемнойдолей кристаллической фазы и уровнем легирования с целью разработки такой модели.Анализ полученных температурных зависимостей проводимости (d) пленок ncSi/a-Si:H с различной долей кристаллической фазы и различным уровнем легированияпоказал, что перенос носителей заряда в них в области температур T=150-450 Kпроисходит по делокализованным состояниям (зоне проводимости для пленок n-типа ивалентной зоне для пленок p-типа).

В области малых значений Xc носители зарядадвижутся по делокализованным состояниям a-Si:H. При некотором значении Xcобразуется перколяционный путь из кремниевых нанокристаллов, и транспортносителейзарядаосуществляетсяпокремниевымнанокристаллам.Значениепроводимости nc-Si/a-Si:H при этом возрастает на несколько порядков. Энергияактивации проводимости в данном случае может определяться положением уровняФерми и высотой потенциальных барьеров на границах нанокристаллов. Значениеобъемной доли кристаллической фазы в пленках nc-Si/a-Si:H, при которой возникаетперколяционный путь из кремниевых нанокристаллов, сильно зависит от метода иусловийполученияпленок.Изизмеренныхтемпературныхзависимостейпроводимости получены температурные зависимости положения уровня Ферми висследованных пленках nc-Si/a-Si:H.

Анализ температурных зависимостей положенияуровня Ферми указывает на существование минимума плотности состояний взапрещенной зоне nc-Si/a-Si:H.Большая часть третьей главы посвящена исследованиям фотоэлектрическихсвойств nc-Si:H (материала с большой объемной долей нанокристаллов в аморфнойматрице). Здесь приводятся результаты исследований температурных зависимостейфотопроводимости (ph) и влияния положения уровня Ферми на величинуфотопроводимости.

Установлено, что в области температур T=210-230 К изменяетсяхарактер температурных зависимостей фотопроводимости: в области температурT<210-230 K фотопроводимость возрастает с температурой по закону близкому кэкспоненциальному, а при T>210-230 K рост ph ослабляется и в области температур,при которых phd, фотопроводимость начинает уменьшаться с ростом температуры.Обнаружено, что значение фотопроводимости увеличивается при смещении уровняФерми к краям зон, а фоточувствительность nc-Si:H при этом уменьшается.Исследованы также температурные зависимости показателя степени люксамперной характеристики .

Характер температурной зависимости  практически неизменяется при изменении положения уровня Ферми и не зависит от метода полученияпленки. Отмечено, что для каждого образца имеются области температур (T110-27019К), в которых наблюдается аномально малое значение показателя степени люксамперной характеристики <0.5.Исследованиярелаксациифотопроводимостипоказали,чтоспадфотопроводимости после прекращения освещения (из стационарного состояния) длявсех исследованных пленок nc-Si:H не описывается простым экспоненциальнымзаконом.

Из спада фотопроводимости, полученного при различных температурах,определялась температурная зависимость времени фотоответа (ph). Поскольку спадфотопроводимости не описывался экспоненциальным законом, то при определениивремени фотоответа измерялось мгновенное время фотоответа на начальном участкеспада фотопроводимости. Из представленных в работе температурных зависимостей phвидно, что время фотоответа уменьшается с ростом температуры в области T>210-230K и слабо зависит от температуры (наблюдается небольшое увеличение ph с ростомтемпературы) в области T<210-230 K.

В то же время обнаружено, что ph возрастает присмещении уровня Ферми к краям зон. Из измерений температурных зависимостей phи ph получены температурные зависимости дрейфовой подвижности неравновесныхносителей заряда. Для всех исследованных пленок имеются области температур, вкоторых температурная зависимость дрейфовой подвижности имеет активационныйхарактер. Энергия активации дрейфовой подвижности носителей в пленках nc-Si:Hвозрастает при смещении уровня Ферми к краям зон. В то же время сама величинадрейфовой подвижности при изменении положения уровня Ферми существенно неизменяется.На основании полученных данных была предложена энергетическая диаграммаnc-Si:H с учетом его многофазной структуры и модель рекомбинации неравновесныхносителей заряда.

Энергетическая зонная диаграмма nc-Si:H представлена на рисунке 2.Для определенности энергетическая диаграмма приведена для образца nc-Si:H p-типа.На диаграмме показаны колонны нанокристаллов, граничащие с аморфной фазой ипорой. В качестве аморфной фазы выступает a-Si:H.

Для a-Si:H использованастандартная модель плотности состояний, включающая состояния хвостов зон исостояния оборванных связей в середине щели подвижности. В случае колонн изнанокристаллов c-Si предположено, что вследствие беспорядка в расположениинанокристаллов относительно друг друга, в запрещенной зоне колонны имеютсясостояния хвостовприсутствоватьзон.состоянияКрометого,оборванныхвсерединесвязей,запрещеннойнаходящихсязонывнутримогутколоннынанокристаллов. На границах колонн нанокристаллов с аморфной фазой, порами и другс другом, по-видимому, существуют потенциальные барьеры. Кроме того, на границахколонн нанокристаллов с порами может присутствовать тонкий слой окисла.20Рис.2.Возможнаяэнергетическаязоннаядиаграммаимеханизмырекомбинации неравновесныхносителей заряда в nc-Si:H.

(1)– рекомбинация носителейвнутриколонн;(2)–рекомбинация носителей награницах колонн. Ес, Еv и Ef –днозоныпроводимости,потолок валентной зоны иуровень Ферми соответственно.Рекомбинациянеравновесныхносителейвозможнакаквнутриколонннанокристаллов (1), так и на границах колонн с аморфной фазой или порами (2). Принизких температурах (T<210-230 K) основная часть неосновных носителей заряда (врассматриваемом случае электронов) находится в потенциальных ямах на границахколонн нанокристаллов (см.

рис. 2), а энергия основных носителей заряда (врассматриваемом случае дырок) недостаточна для преодоления потенциальныхбарьеров на границах колонн нанокристаллов с a-Si:H и с порами. Это затрудняетрекомбинацию дырок с захваченными на граничные состояния электронами. Поэтомурекомбинация может происходить в результате процесса туннелирования основныхносителей под барьер. Для объяснения наблюдаемого нами аномально малого значенияпоказателя люкс-амперной характеристики необходимо, согласно [24], предположитькомбинированный процесс рекомбинации, включающий как туннелирование носителейпод барьер, так и предварительную термическую активацию носителей.

С ростомтемпературы активационный перенос основных носителей через барьер становитсяпреобладающим. Это может приводить к наблюдаемым при этих температурахуменьшению времени фотоответа ph и увеличению показателя степени ЛАХ . Прибольших температурах (выше комнатной) может происходить активация электронов изпотенциальных ям вблизи поверхности колонн.

Характеристики

Список файлов диссертации