Автореферат (1097806), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Концентрация свободных носителей заряда иих подвижность изменялись за счет адсорбции активных молекул. Величинаподвижности дырок в исследованных образцах ПК p-типа в вакууме составляетp2,910-3 см2/Вс. Для образцов n-типа величина подвижности электронов в вакуумеполучилась равной n1,110-2 см2/Вс. Из рисунка 8 видно, что подвижность носителейзаряда значительно возрастает в результате увеличения концентрации электронов идырок. Это может быть связано с тем, что в результате адсорбции активных молекул,изменяется не только концентрация электронов и дырок, но и высота потенциальныхбарьеров за счет перезарядки поверхностных состояний на границах нанокристаллов.Величина подвижности должна зависеть от высоты потенциальных барьеров награницах колонн нанокристаллов.
В случае уменьшения высоты потенциальныхбарьеров подвижность будет возрастать.29Рис.8.Зависимостивеличины подвижности попроводимостиотконцентрации свободныхносителейзаряда,определяемой из спектровпропускания, для образцовПК p-типа (a) и n-типа (b).В конце седьмой главы даны результаты исследования влияния кратковременноготермического окисления на проводимость ПК. Исследования проводились наизотропных образцах ПК (без латеральной анизотропии формы нанокристаллов) сиспользованием двух конфигураций металлических контактов: планарной (контактынапылялись на поверхность образца) и типа “cэндвич” (один контакт напылялся наповерхность образца, а вторым служила подложка сильно легированного c-Si).Температурные зависимости проводимости для различных конфигураций контактовимели активационных характер.
При этом в свежеприготовленных образцахпроводимость слабо зависела от температуры, а энергия активации была равна 0.004 эВдля структуры типа “сэндвич” и 0.06 эВ для образцов с планарным расположениемконтактов. В свежеприготовленном образце планарная проводимость была ниже, чемпри расположении контактов в конфигурации типа «сэндвич». Это может быть связанос различным значением подвижности носителей заряда при измерении проводимостивдоль и перпендикулярно поверхности пленки. Определено, что подвижностиносителей заряда в планарной конфигурации контактов и в конфигурации типа«сэндвич» для свежеприготовленных образцов равны 0,2 см2/Вс и 0,9 см2/Вссоответственно.Врезультатетермическогоотжигапроисходитзначительноеуменьшение величины проводимости и увеличение ее энергии активации.
Анизотропияпроводимости (различие в значениях планарной проводимости и проводимости прирасположении контактов в конфигурации типа «сэндвич») при этом значительноувеличивается. Увеличение анизотропии проводимости можно объяснить различнымизменением подвижности носителей заряда вдоль исследованных направлений.Взаключениидиссертационной работы.сформулированыосновныерезультатыивыводы30ЗАКЛЮЧЕНИЕВ работе исследованы оптические, электрические и фотоэлектрические свойствасистем, содержащих ансамбли кремниевых нанокристаллов. Проведены исследованиявлияния на указанные свойства объемной доли нанокристаллов, анизотропии формы иповерхностногопокрытиянанокристаллов.Полученыследующиеосновныерезультаты:1.
Предложены механизмы оптической генерации носителей заряда в пленках ncSi/a-Si:H,позволяющиеобъяснитьнаблюдаемыеспектральныезависимостикоэффициента поглощения в них. Выявлено, что при объемной доле кристаллическойфазы менее ~50 % спектральные зависимости коэффициента поглощения nc-Si/a-Si:Hимеют вид характерный для аморфного гидрированного кремния. Это указывает на то,что процессы генерации неравновесных носителей заряда в таких пленкахопределяются главным образом аморфной матрицей.
Увеличение объемной доликристаллической фазы в матрице a-Si:H до 50% приводит к возрастанию коэффициентапоглощения в области энергий кванта h<1.2 эВ, что может быть связано собразованием дополнительных дефектов типа «оборванных» связей. В пленках nc-Si/aSi:H с большой объемной долей кристаллической фазы (более 80 %) характерспектральнойзависимостикоэффициентапоглощенияблизокканалогичнойзависимости для c-Si и практически не зависит от уровня легирования. Оптическаяширина запрещенной зоны такой системы, полученная из анализа спектральнойзависимости коэффициента поглощения в области h>1.2 эВ, равна 1.12 эВ, чтосоответствует ширине запрещенной зоны с-Si.
Коэффициент поглощения в областиh<1.2 эВ определяется состояниями дефектов, основная часть которых находится награницах колонн нанокристаллов.2. Методом ЭПР спектроскопии в пленках nc-Si/a-Si:H с малой объемной долейкристаллической фазы (примерно 10 %) обнаружен сигнал, приписываемыйэлектронам, захваченным в хвост зоны проводимости. Обнаруженное кардинальноеизменение спектров ЭПР при введении небольшой доли кремниевых нанокристаллов ваморфную матрицу, делает ЭПР-спектроскопию уникальным инструментом экспрессанализа наличия нанокристаллов в наномодифицированных образцах аморфногокремния.3. Предложена модель переноса носителей заряда в пленках nc-Si/a-Si:H.
В случаепленок nc-Si/a-Si:H с большой объемной долей кристаллической фазы (более 80 %)носители заряда движутся по делокализованным состояним колонн нанокристаллов,31преодолевая потенциальные барьеры на границах колонн. Энергия активации темновойпроводимости пленок nc-Si/a-Si:H определяется положением уровня Ферми и высотойпотенциальных барьеров на границах колонн нанокристаллов.
С уменьшением доликристаллической фазы пропадает перколяционный путь, формируемый кремниевыминанокристаллами, и перенос носителей заряда происходит по аморфной фазе. При этомнаблюдается резкое уменьшение проводимости. Установлено, что значение объемнойдоли кристаллической фазы в пленках nc-Si/a-Si:H, при которой возникаетперколяционный путь из кремниевых нанокристаллов, сильно зависит от метода иусловий получения пленок.4. Разработана модель рекомбинации неравновесных носителей заряда в пленкахnc-Si/a-Si:H.
Показано, что в области температур T<210-230 К для пленок nc-Si/a-Si:H сбольшой объемной долей кристаллической фазы (более 80 %) имеет место туннельныймеханизм рекомбинации неравновесных носителей заряда через состояния на границахнанокристаллов. С увеличением температуры рекомбинация также происходит черезсостояния на границах колонн нанокристаллов, но при этом не носит туннельногохарактера.Изменениефотопроводимостиприварьированииобъемнойдоликристаллической фазы в структурах nc-Si/a-Si:H имеет немонотонный характер иопределяется изменением подвижности и времени жизни носителей заряда, однако прилюбой объемной доле кристаллической фазы основными рекомбинационнымицентрами выступают оборванные связи на границах нанокристаллов с аморфной фазойи порами.5. Обнаружено увеличение проводимости и фотопроводимости пленок nc-Si/aSi:H p-типа, содержащих большую объемную долю кристаллической фазы (более 80%), при их освещении в атмосфере сухого воздуха. Установлено, что уменьшениедавления остаточных газов в камере приводит к уменьшению наблюдаемых эффектов,и при освещении пленок в вакууме (Р=10-3 Па) указанные эффекты пропадают.Полученные результаты объясняются влиянием адсорбированного на границахнанокристаллов и внешней поверхности пленки nc-Si/a-Si:H кислорода.6.
Предложена модель переноса носителей заряда в структурах Au – nc-Si/SiO2 –с-Si. Показано, что на границе подложки с-Si с оксидной матрицей существуетпотенциальный барьер для электронов, которым определяется проводимость структур смалым количеством слоев nc-Si/SiO2. При увеличении числа слоев нанокристаллов иSiO2 значительно возрастает сопротивление области nc-Si/SiO2 и проводимостьконтролируется, в основном, данной областью, при этом в области низких температурэлектронный транспорт осуществляется путем последовательных прыжков между32соседними кремниевыми нанокристаллами, а с повышением температуры вклад впроводимость начинает давать перенос носителей заряда по локализованнымсостояниям в SiO2.7.
Обнаружено, что анизотропия формы ансамблей кремниевых нанокристаллов вслоях пористого кремния приводит к анизотропии его проводимости. Проводимостьслоев пористого кремния вдоль кристаллографического направления [ 1 1 0 ] (вдолькотороговытянутыкристаллографическогонанокристаллы)направления[001].существенноЭнергиявыше,активациичемвдольтемпературнойзависимости проводимости для направления [ 1 1 0 ] меньше, чем для направления [001].Методом импеданс-спектроскопии обнаружено, что отношение значений проводимостивдоль кристаллографических направлений [ 1 1 0 ] и [001] уменьшается с увеличениемчастоты переменного сигнала, однако, остаётся достаточно большим (>>1) даже причастотах ~10 МГц. Предложена эквивалентная схема исследованных структур,позволяющая объяснить наблюдаемые частотные зависимости проводимости слоеванизотропного пористого кремния.
Разработана модель переноса носителей заряда ванизотропном ПК, позволяющая объяснить наблюдаемую анизотропию проводимости.8. Показано, что механизм рекомбинации неравновесных носителей заряда в ПК санизотропией формы нанокристаллов, носит туннельный характер (вплоть докомнатных температур), а основными рекомбинационными центрами являютсясостояния на границах нанокристаллов. Обнаружено, что фотопроводимость ансамблейкремниевых нанокристаллов в слоях пористого кремния вдоль кристаллографическогонаправления [ 1 1 0 ] (вдоль которого вытянуты нанокристаллы) существенно выше, чемвдоль кристаллографического направления [001].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
