Автореферат (1097806), страница 6

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

Текст из файла (страница 6)

Соответственно при высокихтемпературахвозможноусилениерекомбинацииносителейвнутриколонннанокристаллов (1). В работе показано, что предложенная модель позволяет такжеобъяснить наблюдаемые зависимости фотопроводимости и времени фотоответа отположения уровня Ферми.При изменении объемной доли кристаллической фазы в пленках nc-Si/a-Si:Hнаблюдается немонотонный характер изменения фотопроводимости, который близок кзависимости подвижности носителей заряда в двухфазной структуре от объемной долифазы с большой проводимостью, рассчитанной в [25] для структуры, состоящей из фаз21с большой и малой проводимостью. В то же время, проведенные исследованияпоказали, что изменение величины фотопроводимости при увеличении Xc висследованных пленках nc-Si/a-Si:H определяется как изменением подвижностинеравновесных носителей заряда, так и изменением механизмов рекомбинации иконцентрации центров рекомбинации.Для дальнейшего анализа процессов переноса и рекомбинации неравновесныхносителей в пленках nc-Si:H, а также выяснения корреляции между проводимостью,фотопроводимостью и оптическим поглощением nc-Si:H в работе проведеныисследования влияния высокотемпературного термического отжига, длительногоосвещения и облучения электронами на оптические и фотоэлектрические свойствапленок nc-Si:H как p-, так и n-типа.

Данные исследования представлены в четвертойглаве.В первой части главы сообщается о немонотонном изменении проводимости ифотопроводимости от температуры отжига nc-Si:H. Полученная немонотоннаязависимость объясняется конкуренцией нескольких процессов, таких как увеличениеконцентрации электрически активных атомов примеси, увеличение плотностисостояний дефектов на границах нанокристаллов, смещение уровня Ферми, увеличениеконцентрации дефектов внутри колонн, реструктуризация межатомных связей наповерхности колонн.

Каждый из этих процессов преобладает в соответствующейобласти температур отжига. Обнаружено отсутствие корреляции при отжиге пленкимежду изменениями величины фотопроводимости и концентрации дефектов, дающихвклад в “хвост” поглощения nc-Si:H. Предположено, что это связано с определяющимвлияниемизмененияположенияуровняФерминавеличинуизмененияфотопроводимости при отжиге nc-Si:H.Следующая частьглавыпосвящена исследованиювлияний длительногоосвещения на проводимость и фотопроводимость пленок nc-Si:H. Обнаружено, чтоизменения проводимости и фотопроводимости в результате предварительногоосвещения исследованных пленок nc-Si:H зависят от окружающей образец среды(вакуум или воздух). На рисунке 3 представлены зависимости относительногоизменения проводимости dB/dA (а) и фотопроводимости phB/phA (b) образца ncSi:H p-типа (для которого изменения проводимости и фотопроводимости поддействием освещения максимальны) от времени освещения его в различных условиях.Здесь dB и phB– значения проводимости и фотопроводимости nc-Si:H послеосвещения, а dA и phA – значения проводимости и фотопроводимости nc-Si:H доосвещения.

Как видно из приведенного рисунка, освещение образца в вакууме 10 -3 Пане приводит к изменению проводимости и фотопроводимости образца (кривые 1). В то22же время освещение образца в атмосфере сухого воздуха увеличивает егопроводимость и фотопроводимость (кривые 3). Снижение давления остаточных газов вкамере приводит к уменьшению наблюдаемых эффектов (кривые 2). Для всехостальных образцов nc-Si:H p-типа наблюдались аналогичные изменения проводимостии фотопроводимости от времени освещения.

Отжиг nc-Si:H в течение 5 мин. в вакуумеoпри температуре Ta=180C приводит к восстановлению исходных значенийпроводимости и фотопроводимости. В случае освещения пленок nc-Si:H n-типа как ввакууме (P=10-3 Па), так и в атмосфере сухого воздуха (P=105 Па) не наблюдалосьсущественных изменений величин проводимости и фотопроводимости.Полученные результаты объясняются влиянием адсорбированного на границахколоннивнешнейповерхностипленкиnc-Si:Hкислорода.Насостоянияадсорбированных молекул кислорода могут захватываться фотогенерированныеэлектроны. Потенциальный барьер, связанный с присутствием тонкого окисного слояна поверхности колонн, препятствует выбросу захваченных электронов в объемколонны и их рекомбинации с неравновесными дырками. Это может приводить кувеличениюконцентрациинаблюдаемомусвободныхувеличениюдырокпроводимостивпленкеnc-Si:Hp-типаи,следовательно,послекпрекращенияосвещения. При захвате электронов на адсорбированные кислородные состоянияпроисходит разделение фотогенерированных электронов и дырок, что приводит кувеличению времени жизни дырок и, следовательно, к наблюдаемому увеличениюфотопроводимости nc-Si:H p-типа.

В случае образцов nc-Si:H n-типа, захватнеравновесных электронов на состояния адсорбированного на поверхности кислородане должен приводить к изменениям проводимости и фотопроводимости материала врезультате его освещения.10ab10BAph /ph3Bd /  d A2321111021031041021031041Рис.3.Зависимостиотносительных измененийпроводимости(a)ифотопроводимости(b)пленки nc-Si:H p-типа отвремени ее освещения ввакууме 10-3 Па (1) и всухомвоздухепридавлениях 10 Па (2) и 105Па (3).till, sВ конце четвертой главы приводятся результаты исследований влиянияоблучения нелегированного nc-Si:H электронами с энергией 40 кэВ на спектральную23зависимостькоэффициентапоглощенияизначенияпроводимостиифотопроводимости, измеренные при комнатной температуре.

Исследования показали,что облучение nc-Si:H электронами с энергией 40 кэВ приводит к существенномуувеличению коэффициента поглощения в области “хвоста” поглощения и кзначительному уменьшению величины фотопроводимости. При этом значениетемновой проводимости практически не изменяется. Исходные значения поглощения ифотопроводимости полностью восстанавливались при отжиге nc-Si:H в течение одногочаса при температуре 180 оС. Полученные результаты указывают на образованиеметастабильных дефектов типа оборванных связей на границах колонн нанокристалловв результате облучения nc-Si:H электронами.

Предположено, что оборванные связи приоблучении nc-Si:H электронами возникают в результате разрыва Si-H связей, основнаячасть которых расположена на границах колонн нанокристаллов.Корреляция изменений фотопроводимости и коэффициента поглощения в“дефектной”областиспектраприотжигеоблученныхэлектронамипленокпредставлена на рисунке 4.

Видно, что зависимость ph от cpm(0.8 эВ)/cpm(1.8 эВ)близка к обратно пропорциональной (показана на рисунке 4 сплошной линией). Этотрезультат свидетельствует о том, что возникающие при облучении электронамидефекты являются основными центрами рекомбинации неравновесных носителейзаряда и определяют величину фотопроводимости nc-Si:H при комнатной температуре.10-5Рис. 4.

Зависимость фотопроводимости(ph) пленки nс-Si:H при комнатнойтемпературе от величины относительногокоэффициента поглощения в области“хвоста”поглощения(cpm(0.8eV)/cpm(1.8 eV)).ph, S/cm10-610-710-810-410-310-210-1cpm(0.8 eV)/cpm(1.8 eV)Особенностипереносаносителейзарядавкремниевыхнанокристаллах,внедренных в диэлектрическую матрицу обсуждаются на примере структур nc-Si/SiO2 впятой главе. Исследованные слои nc-Si/SiO2 представляли собой расположенныеквазиупорядоченно нанокристаллы кремния, разделенные слоями SiO2. Слои nc-Si/SiO2были нанесены на подложку c-Si n-типа. Для измерения электрических характеристик24на поверхность nc-Si/SiO2 напылялись золотые контакты площадью 1 мм2.

Нижнимконтактом служила подложка c-Si. Для осуществления хорошего контакта электрода сподложкойиспользоваласьиндий-галлиеваяпаста.Схематичноисследованнаяструктура представлена на рисунке 5.Проводимость описанных выше структур Au – nc-Si/SiO2 – с-Si измерялась вдиапазоне подаваемых на образец напряжений от -0,5 В до 0,5 В, поскольку прибольшихнапряженияхнаблюдалсяпробойструктуры.Передисследованиемэлектрофизических свойств структур Au – nc-Si/SiO2 – c-Si были измеренывольтамперные характеристики (ВАХ) структур Au–SiO2– c-Si (без кремниевыхнанокристаллов) и структур металл (Au) - полупроводник (подложка c-Si). Дляполученияструктурметалл-полупроводникзолотыеконтактынапылялисьнепосредственно на подложку c-Si n-типа.

Было обнаружено, что в случае отсутствиянанокристаллов в оксидном слое ток через систему Au–SiO2–c-Si не проходит(сопротивление выше 1 ТОм). Вольтамперная характеристика контакта Au–c-Si имелавыпрямляющий характер. В образцах с одним слоем нанокристаллов кремния вматрице SiO2 наблюдалась та же характерная зависимость тока от напряжения, что идля образцов без слоя nc-Si/SiO2, однако величины токов были несколько меньше.Выпрямляющий характер ВАХ, по-видимому, свидетельствует о том, что в данномслучае перенос носителей заряда, главным образом, определяется барьером Шоттки,существующим на поверхности подложки с-Si.

Наличие слоя nc-Si/SiO2 приводит лишьк увеличению сопротивления структуры.Рис. 5. Схематичное изображениеструктурыAu – nc-Si/SiO2 – c-Si.На рисунке 6 представлены ВАХ, измеренные при комнатной температуре, дляструктур Au – nc-Si/SiO2 – c-Si с количеством слоев nc-Si/SiO2 равным 10, 20 и 40.Видно, что при увеличении числа слоев резко уменьшается значение силы тока, а самивольтамперные характеристики становятся симметричными относительно полярностиприложенного напряжения.

Характеристики

Список файлов диссертации