Диссертация (1097807), страница 14
Текст из файла (страница 14)
2.7.Стоит отметить, что, согласно [127], абсолютные значения коэффициентапоглощения при hν=1.8 эВ для a-Si:H и nc-Si/a-Si:H близки друг к другу. Как видно изрис. 2.7, для пленок, полученных при R≤15, характер измеренных спектральныхзависимостейкоэффициентапоглощениясоответствуетзависимостямнаблюдаемым для a-Si:H. В то же время для пленки R16 (таблица 1.2)α(hν),характеризмеренной спектральной зависимости коэффициента поглощения близок к зависимостиα(hν), наблюдаемой для нанокристаллического кремния [127]. Поскольку в методепостоянного фототока регистрируется поглощение, приводящее к фотопроводимостиматериала,наблюдаемоеизменениеспектральнойзависимостикоэффициентапоглощения с ростом R связано с увеличением вклада кристаллической фазы вфотопроводимость исследованных пленок.В большинстве работ, посвященных a-Si:H и nc-Si:H, в качестве параметра,характеризующего изменение концентрации дефектов типа оборванных связей в данныхматериалах, используют значение коэффициента поглощения в области энергийквантов, меньших 1.2 эВ [128, 129].
На рис. 2.8 приведены значения α(1.15 эВ) вотносительных единицах, измеренных для исследованных пленок из таблицы 1.2 (нарисунке не представлено значение для образца R40, поскольку как показалидополнительные исследования, «хвост» поглощения для данного образца наблюдаетсяпри hν<1.1 эВ). Для пленок, полученных в области R=8–15, с ростом R и соответственнос ростом доли кристаллической фазы значение α(1.15 эВ)/α(1.80 эВ) возрастает. Дляобразца R16 наблюдается уменьшение поглощения. Аналогичный немонотонныйхарактер изменения α(1.0 эВ) при увеличении долиαcpm(hν)/αcpm(1.8 эВ)7510010-210-41234561,21,62,0hν, эВРис. 2.7. Спектральные зависимости коэффициента поглощения αcpm(hν) / αcpm(1.80 эВ) в относительныхединицах, полученные методом постоянного фототока для пленок nc-Si/a-Si:H с различной долейкристаллической фазы.
Образцы: R5 (1), R8 (2), R11 (3), R15 (4), R16 (5), R40 (6) (таблица 1.2).Рис. 2.8. Зависимость от величины R относительного коэффициента поглощения пленок nc-Si/a-Si:H приhν = 1.15 эВ α(1.15 эВ)/ α(1.80 эВ).76кристаллической фазы был получен в работе [127]. По-видимому, изменение процессовгенерации и переноса неравновесных носителей заряда при изменении структурыпленки может привести к тому, что характер поведения α(1.15 эВ) в области R=8–16,соответствующей существенному изменению структуры материала, не отражаетизменения концентрации дефектов типа оборванных связей. В то же время представляетинтерес сопоставление результатов спектральных зависимостей α(hν) в «дефектной»области спектра.
Заметим, что в данных образцах плечо поглощения наблюдается дляэнергий квантов меньших 1,4 эВ, а не 1,2 эВ (как было отмечено в пункте 2.1).Некоторая вариация в условиях метода осаждения nc-Si/a-Si:H может приводить кнаблюдению хвоста поглощения и при hν<1.4 эВ [130]. Для пленок с малой долейнанокристаллических включений, а именно образцов R5 и R8 (таблица 1.2) генерация иперенос носителей заряда определяется аморфной матрицей. Как видно из рис.
2.7 и 2.8,поглощение в «дефектной» области спектра образца R8 меньше, чем образца R5.Аналогичное уменьшение поглощения при hν<1.4 эВ в пленках гидрогенизированногоаморфного кремния с малой концентрацией введенных в структуру нанокристаллов посравнению с a-Si:H наблюдалось в [129]. В работах [131, 132] также отмечалосьуменьшениеконцентрацииспинов,определяемыхоборваннымисвязями,вгидрогенизированном аморфном кремнии при введении в структуру нанокристалловкремния. Предполагается, что в данном материале уменьшение концентрацииоборванных связей объясняется уменьшением беспорядка структуры пленок [133].Обратимся теперь к спектральным зависимостям коэффициента поглощенияпленок nc-Si/a-Si:H, полученных посредством фемтосекундного лазерного облучения aSi:H.
На рисунке 2.9 представлены нормированные на значение αcpm при энергииквантов hν=1.8 эВ спектральные зависимости коэффициента поглощения такихобразцов. Как видно из рисунка, зависимости αcpm(hν) для всех исследованных образцовимеют форму, характерную для a-Si:H. А именно, «плечо» поглощения при hν<1.4 эВ(также называемое «дефектным»), связанное, как уже упоминалось, с переходаминосителей заряда в зону из состояний дефектов типа оборванных связей, иэкспоненциальный участок в области энергий квантов 1.4 эВ < hν < 1.8 эВ,соответствующийоптическимпереходамсучастиемсостоянийхвостовзон.Поглощение при hν > 1.8 эВ отвечает за межзонные переходы.
Как видно из рисунка 2.9«дефектное» поглощение (в диапазоне энергий квантов ниже 1.4 эВ) увеличивается77после лазерного облучения даже при наименьшей использованной плотности энергиилазерных импульсов (40 мДж/см2). Данный результат говорит об увеличении плотностидефектных состояний в щели подвижности облученных пленок.
Известно [134], чтоэффузия водорода приводит к увеличению концентрации оборванных связей воблученной области. Наши измерения показали, что данные дефектные состоянияявляются стабильными к термическому отжигу при 170 оС. При этом увеличениеплотности энергии лазерных импульсов до величины 110 мДж/см2 (кривые подномерами 2 – 5 на рис. 2.9) не приводит к дополнительному созданию дефектныхсостояний, вплоть до начала процесса спаляции (кривая под номером 6 на рис. 2.9).Известно [135], что форма спектра поглощения изменяется при изменении структурыматериалаотаморфнойкнанокристаллической,чтотакжеподтверждаетсярезультатами, представленными для образцов, полученных методом PECVD, на рис.
2.7.Однако спектральные зависимости коэффициента поглощения исследованных образцоваморфного кремния, подвергнутых фемтосекундному лазерному облучению, непоказывают качественных изменений, оставаясь похожими на спектры аморфногокремния. Данный факт может быть связан с относительно малой долей кристаллическойфазы в исследованных образцах nc-Si/a-Si:H, полученных методом ФЛО a-Si:H.Действительно, исследованные спектральные зависимости коэффициента поглощенияполучены для пленок nc-Si/a-Si:H с долей кристаллической фазы не более 30 %,поскольку при дальнейшем увеличении плотности энергии лазерных импульсов,производимой с целью повысить кристалличность, наблюдается частичное разрушениепленки.
Заметим, что и в образцах nc-Si/a-Si:H, полученных методом PECVD,спектральные зависимости поглощения качественно совпадают с аналогичнымизависимостями для a-Si:H при Xc<50 %. Поэтому можно заключить, что при доликристаллической фазы менее 50 %, генерация неравновесных носителей зарядаопределяется в основном аморфной фазой. В районе Xc≈50 % заметный вклад впоглощение начинает вносить кристаллическая фаза, а при Xc>80 % она дает основнойвклад в поглощение.Необходимоотметить,чтонельзяполностьюисключитьальтернативноеобъяснение зависимости от доли кристаллической фазы характера спектральныхзависимостей коэффициента поглощения пленок nc-Si/a-Si:H, полученных методомФЛО a-Si:H, связанное с особенностями измерения коэффициента поглощения методом78постоянного фототока.
Дело в том, что метод постоянного фототока регистрируетоптические переходы, приводящие к фотопроводимости. Поэтому схожий характерзависимостей α(hν) может указывать на то, что спектр фотопроводимости висследованных образцах определяется «аморфной» областью пленки. В то же время, какотмечалось ранее, при воздействии фемтосекундного лазерного излучения на пленки aSi:H происходит процесс их дегидрогенизации..Рис. 2.9. Спектральные зависимости коэффициента поглощения αcpm(hν) / αcpm(1.80 эВ) в относительныхединицах, полученные методом постоянного фототока, для пленок nc-Si/a-Si:H, подвергнутых ФЛО.Образцы, облучены при следующих плотностях энергии лазерных импульсов: 0 (1), 40 (2), 65 (3), 90 (4),110 (5), 135 (6) мДж/см2.Однако изменение поглощения в «дефектной» области (рис.
2.9) не коррелирует смонотонным уменьшением концентрации водорода в пленке (рис. 1.19) при увеличенииплотности энергии лазерных импульсов. Из результатов исследований, проведенныхметодами РЭМ и АСМ (рис. 1.13 и 1.14), следует, что эффузия водорода происходитнеравномерно по поверхности и объему пленки. По всей видимости, такоенеоднородное воздействие лазерного излучения на материал является главной причинойполученного несоответствия. Форма лазерного пучка имеет гауссов вид с максимумоминтенсивности в центре лазерного пучка, значит, и структурные изменения происходятв большей степени в центре лазерного пучка.
Поэтому как процесс эффузии водорода изпленки, так и последующий процесс образования состояний дефектов и кристаллизации79пленки происходят в основном в модифицированных «полосах». Остальная же частьпленки остается аморфной. Это приводит к уменьшению фотопроводимости внанокристаллической части пленки и ее вклада в измеряемую фотопроводимостьобразца.Поэтомуизмереннаяфотопроводимость,исоответственноспектрыпоглощения, может определяться в основном слабо модифицированной аморфнойчастью.Этообъясняеткак«аморфную»формуспектральныхзависимостейкоэффициента поглощения, так и перекрытие «плеча» поглощения от пленок сразличным содержанием водорода.Как упоминалось выше, основным недостатком аморфного кремния, как материаладля тонкопленочных солнечных элементов, является наблюдаемый в нем эффектСтеблера-Вронского.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
