Диссертация (1097807), страница 13
Текст из файла (страница 13)
2.3. Сцелью повышения чувствительности метода мы измеряли не постоянную, апеременную составляющую фототока (∆J∼). Для этого свет от источника, в качествекоторого использовалась кварцевая галогенная лампа КГМ-24-150, проходил черездиск модулятора, в результате чего возникали периодические импульсы света счастотой 75 Гц. Так как при этом длительности светового импульса и “темного”промежутка значительно превышали время жизни неравновесных носителей заряда, тоза время освещения образца практически успевало устанавливаться стационарноезначение фототока, а за время темноты фототок успевал уменьшиться почти что донуля.
Поэтому измеряемая амплитуда переменной составляющей фототока былапримерно равна стационарному значению фототока, то есть ∆J∼=∆Jph. После дискамодулятора свет проходил через монохроматор спектрометра ИКС-6 и попадал наполупрозрачное зеркало. Прошедший сквозь зеркало свет падал на исследуемуюпленку, а отраженный – на градуированный фотоприемник из PbS. Сигнал сфотоприемника регистрировался с помощью микровольтметра селективного В6-9.Изменение интенсивности падающего на образец излучение осуществлялось путемизменения напряжения, подаваемого на галогенную лампу.68КГМ-24-150Инфракрасныйспектрометр ИКС-6МФЗмикровольтметрселективныйВ6-9RобрУсилительселективныйУ2-8UбRнагРис.
2.3. Блок-схема установки для измерения оптического поглощения: Rнаг – нагрузочноесопротивлении, Ф-фотоприемник, Uб – источник питания, З – зеркало, Rобр - образец, М-модулятор.В схему определения проводимости образца входили: источник питания Uб=10 В,исследуемый образец Rобр и сопротивление нагрузки Rнаг. Переменный сигнал ссопротивления нагрузки (Rнаг) регистрировался селективным усилителем У2-8 иподдерживался постоянным.Значениеотносительногокоэффициентапоглощенияαcpm(hν)/αcpm(1.8 эВ)рассчитывалось по формуле (2.3) с учетом коэффициента чувствительности PbS.69Описанный метод позволял проводить измерения в области энергий кванта hν=0.8-1.9эВ.В ряде случаев измерения αcpm(hν)/αcpm(1.8 эВ) методом CPM проводились вусловиях дополнительной фоновой подсветки.
В этих случаях пленка µc-Si:Hосвещалась дополнительно излучением набора светодиодов (на блок-схеме не показан),состоящего из двух GaAlAs светодиодов АЛ316Б и четырехGaAlAs светодиодовАЛ310Б, что позволяло получить интенсивность фонового излучения 5·1014 см-2с-1 сэнергией кванта hν=1.8 эВ.2.3. Спектральные зависимости коэффициента поглощения nc-Si:HДля всех исследованных в работе пленок nc-Si:H спектральные зависимостиотносительного коэффициента поглощения (αcpm(hν)/αcpm(1.8 эВ)), полученные методомпостоянного фототока, совпадают.
На рис. 2.4 представлена спектральная зависимостьαcpm(hν)/αcpm(1.8 эВ) для пленки nc-Si:H с уровнем легирования бором k=4·10-6 (образец№ 3 из таблицы 1.1). Наблюдаемые на спектре осцилляции связаны с интерференцией впленкепадающегосвета.Характерполученнойспектральнойзависимостиотносительного коэффициента поглощения nc-Si:H существенно отличается от αcpm(hν),наблюдаемой для a-Si:H. В то же время в области hν>1.2 эВ спектральная зависимостькоэффициента поглощения nc-Si:H хорошо описывается квадратичной зависимостью,характерной для непрямых оптических переходов с участием фононов в c-Si.На вставке к рисунку 2.4 данная спектральная зависимость представлена вкоординатах α1/2cpm(hν). Экстраполяция зависимости α1/2cpm(hν), полученной в областиhν>1.2 эВ, к оси абсцисс дает значение Eo=1.12 эВ, что близко к величине ширинызапрещенной зоны c-Si.
Характер спектральной зависимости αcpm(hν) в области hν>1.2эВ, а также полученное значение Eo указывают на то, что основной вклад в поглощениеисследованных пленок, регистрируемое методом CPM, дает кристаллическая фаза. Таккак кристаллическая фаза в nc-Si:H представляет собой, главным образом, колоннынанокристаллов то, по-видимому, ширина запрещенной зоны Eo, полученная из спектровпоглощениясоответствуетнанокристаллов c-Si.какразширинезапрещеннойзоныколонныиз70Рис. 2.4. Спектральные зависимости коэффициента поглощения αcpm(hν)/αcpm(1.8 эВ) образца №3 изтаблицы 1.1 (PECVD, k=4·10-6), измеренные методом постоянного фототока без подсветки (1) и вусловиях фоновой подсветки с энергией кванта hν=1.8 эВ и интенсивностью I=5·1014 см-2с-1 (2).
Навставке – спектральная зависимость α1/2cpm(hν).Из рис. 2.4 также видно, что в области энергий кванта hν<1.2 эВ наблюдается“хвост” поглощения. Как отмечалось в пункте 2.1, имеющиеся данные свидетельствуюто том, что “хвост” поглощения nc-Si:H связан с дефектами типа оборванных связей,основная часть которых находится на границах колонн нанокристаллов. При энергияхкванта меньших ширины запрещенной зоны Eo, вклад этих состояний в поглощениестановится заметным и приводит к появлению “хвоста” поглощения в nc-Si:H.Как уже было сказано в начале данного пункта, спектральная зависимостькоэффициента поглощения в исследованных в работе пленках nc-Si:H не зависит отстепени легирования пленок а, следовательно, и от положения уровня Ферми.
На рис.2.5 представлены спектральные зависимости коэффициента поглощения для образцов 15 (таблица 1.1), полученных методом PECVD и содержащих различную концентрациюбора. Для области энергий кванта hν>1.2 эВ, где поглощение определяется переходамизона-зона, независимость поглощения от положения уровня Ферми является очевидной,поскольку все исследованные пленки являются невырожденными. Однако, хорошоизвестно, что в случае a-Si:H легирование приводит к изменению коэффициентапоглощения в “дефектной” области спектра (при hν∼1.2 эВ) в результате изменения71концентрации дефектов в щели подвижности [126].
Тот факт, что при легировании ncSi:H не изменяется величина коэффициента поглощения в области “хвоста” поглощения(hν<1.2 эВ), по-видимому, свидетельствует о том, что при смещении уровня Ферми в ncSi:Hнепроисходитизмененияконцентрациисостоянийоборванныхсвязей,ответственных за поглощение в указанной области спектра. Это находится в согласии сданными полученными из измерений ЭПР в работах [103,104].
Как отмечалось ранее,для объяснения полученных результатов, авторы указанных работ предположили, что взапрещенной зоне nc-Si:H имеется либо непрерывное распределение оборванных связейспостояннойплотностьюсостояний,либовматериалеприсутствуюткрупномасштабные флуктуации потенциала. И в том, и в другом случае концентрациядефектов типа оборванных связей, по мнению авторов [103,104], не должнаопределяться положением уровня Ферми в запрещенной зоне nc-Si:H.Для получения дополнительной информации о процессах, определяющихпоглощение в nc-Si:H, были проведены измерения спектров поглощения в условияхфоновой подсветки с энергией кванта hν=1.8 эВ. Для образца № 3 из таблицы 1.1полученный результат представлен на рис. 2.4. Из рисунка видно, что дополнительнаяфоновая подсветка приводит к увеличению коэффициента поглощения nc-Si:H в области“хвоста”.
Заметим, что увеличение коэффициента поглощения в области “хвоста”поглощения в условиях дополнительной фоновой подсветки наблюдается для всехисследованных в работе пленок nc-Si:H. Причем, величина относительного изменениякоэффициента поглощения αıcpm(hν)/αcpm(hν), где αıcpm(hν) – коэффициент поглощенияnc-Si:H, измеренный в условиях дополнительной фоновой подсветки (hν=1.8 эВ),одинакова для всех исследованных пленок. На рис. 2.6, для примера, представленыспектральные зависимости αıcpm(hν)/αcpm(hν) для трех исследованных образцов nc-Si:H сразным уровнем легирования, типом проводимости и методом получения.72αcpm(hν)/αcpm(1.8 eV)10010-110-21234510-310-40.81.01.21.41.61.82.0hν, eVРис.
2.5. Спектральные зависимости коэффициента поглощения αcpm(hν)/αcpm(1.8 эВ), полученныеметодом постоянного фототока, пленок nc-Si:H с разным уровнем легирования бором. Цифры нарисунке соответствуют номерам образцов: № 1 – k=2·10-6, № 2 - k=3·10-6, № 3 - k=4·10-6 № 4 - k=5·10-6, №5 - k=10-5.Как было отмечено ранее, изменение спектральной зависимости коэффициентапоглощения при использовании дополнительной фоновой подсветки для nc-Si/a-Si:H смалой долей кристаллической фазы наблюдалось авторами работы [116]. Ими былозамечено, что фоновая подсветка приводит к увеличению αcpm в области энергий квантаhν<1.7 эВ.
Согласно [116] это может быть связано с влиянием аморфной фазы нафотопроводимость nc-Si:H при малых значениях Xc, в случае если в переносе носителейучаствуют как кристаллическая, так и аморфная фазы. Для исследованных намиобразцовnc-Si:Hисследованныеподобноепленкиобъяснениеобладаютбольшойявляетсямаловероятным,такдолейкристаллическойфазыкаки,следовательно, перенос носителей может осуществляться только по колоннаммикрокристаллов, минуя участки аморфной фазы. Значительно более вероятно, чтонаблюдаемое увеличение αcpm(hν) связано с увеличением заполнения состоянийоборванных связей, ответственных за поглощение при hν<1.2 эВ и, соответственно, сувеличением их вклада в поглощение nc-Si:H.7310α|cpm(hν)/αcpm(hν)13610.10.60.81.01.21.41.61.82.0hν, eVРис.
2.6. Спектральные зависимости отношения коэффициента поглощения αıcpm(hν), полученногометодом постоянного фототока в условиях дополнительной фоновой подсветки (hν = 1.8 эВ, I =5·1014 см-2с-1), к коэффициенту поглощения αcpm(hν) для различных образцов nc-Si:H. Цифры на рисункесоответствуют номерам образцов из таблицы 1.1: № 1 – k=2·10-6 (PECVD), № 3 - k=4·10-6 (PECVD), № 6–нелегированный образец (ECRCVD).В заключение данного пункта обратим внимание на тот факт, что спектральнаязависимость коэффициента поглощения nc-Si:H, кроме уровня легирования, не зависиттакже и от того каким методом, PECVD или ECRCVD, получены пленки.
Посколькупоглощение в пленках nc-Si:H определяется кристаллической фазой и состояниямидефектов типа оборванных связей на границах колонн нанокристаллов, то можнопредположить, что не только доля кристаллической фазы, но и концентрацияоборванных связей на границах колонн нанокристаллов примерно одинаковы дляпленок nc-Si:H, полученных указанными методами.742.4. Зависимостькоэффициентананомодифицированногоаморфногопоглощениякремнияотдоликристаллической фазыДля пленок, полученных методом PECVD, полученных при различных значенияхстепени разбавления R, измеренныезависимости αcpm(hν), нормированныенакоэффициент поглощения при hν = 1.80 эВ, представлены на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
