Диссертация (1097807), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Действительно, выражение для стационарнойфотопроводимости может быть записано в виде (см., например, [196])∆σTU = ‹ µ* τст ,(3.10)µ* = fŒτ…† .(3.11)где e – заряд носителя, G – темп генерации носителей. Отсюда следует, что∆σстПодставляя в (3.11) выражение (3.9) для τст, получим/ *µ* = fŒ *m ∆σTU ‰m•0.(3.12)Температурные зависимости времени фотоответа и дрейфовой подвижностиносителей заряда рассчитывались по формулам (3.9) и (3.12) из кинетики спадафотопроводимости при различных температурах.3.4. Зависимость фотоэлектрических свойств пленок nc-Si/a-Si:H отдоли кристаллической фазыВ данном пункте представлены данные по влиянию доли кристаллической фазы нафотоэлектрические свойств пленок nc-Si/a-Si:H, полученных методом PECVD и путемФЛО пленок a-Si:H.Известно [122], что при увеличении объемной доли водорода в газовой смеси Rфотоэлектрические свойства получаемого nc-Si/a-Si:H изменяются.
Причем, наиболеерезкое изменение наблюдается при изменении R от 10 до 40. Точное положение областиR, при котором происходит резкое изменение формируемой пленки, существеннозависит от температуры осаждения TS и геометрии реакционной камеры, в которойпроисходит формирование пленки. При этом увеличение R приводит к тому, что началоформирования нанокристаллов в пленке начинается при меньших толщинах пленки[122].125Вработе[197]исследовалисьфотоэлектрическиесвойствапленокгидрогенизированного кремния, осажденного на пластиковые подложки методомплазмохимического осаждения из газовой фазы при температурах меньших 100 0С (TS =40-75 0С). Условия осаждения были выбраны так, чтобы формировалась пленка спереходной структурой (от аморфной к нанокристаллической).
В качестве параметра,характеризующегофотоэлектрическиесвойстваматериалабылоиспользованоотношение произведения подвижности на время жизни носителей заряда µτ(определенного из фотопроводимости) к темновой проводимости пленки σd. В отличиеот большинства работ, в которых фотопроводимость измерялась при освещенииисследуемых пленок спектром, близким к солнечному, авторы [197] проводилиизмерения при освещении пленки светом, близким к межзонному, с энергией кванта1.96 эВ и интенсивностью 1.3⋅1015 см-2с-1.
Результаты, полученные для пленок,осажденных при температурах TS =40 0C и TS =75 0C, показаны на рис. 3.19.Толщина всех представленных на рис. 3.19 пленок составляла 1 мкм. СкоростьосажденияпленоксущественноуменьшаласьприувеличенииR.Измеренияпроводились на пленках непосредственно после их получения (рис. 3.19 а) и после ихотжига (рис. 3.19 b) На рис.
3.19 с показано также влияние длительного освещения наполученные результаты. Авторы [198] отмечают,что использование«очень»высокочастотных разрядов (very high frequency –VHF) позволяло существенно улучшитьпараметры пленок, получаемых при низких температурах. TS <100 0C.Отметим, что перед освещением в течение 100 часов солнечным светом синтенсивностью 1.5 АМ (результаты представлены на рис. 3.19 с) полученные«низкотемпературные» пленки отжигались 16 часов при температуре 110 0С (результатыпредставлены на рис. 3.19 b). Как видно из сопоставления результатов, представленныхна рисунках 3.19 а и 3.19 b, отжиг «низкотемпературных» пленок (в особенности пленкиполученной при 40согласуетсяс0С) приводит к увеличению их фоточувcтвительности, чтоимеющимисяданнымиовлиянииотжиганапараметрыгидрогенизированных пленок кремния [52, 199, 200].
В то же время длительноеосвещение (рис. 3.19 с) уменьшает их фоточувствительность.126Рис. 3.19. Фоточувствительность пленок, осажденных при низких температурах (указанных на рисунке)и полученных при различных объемных соотношениях моносилана и водорода в газовой смеси R.
Отжигпленок проводился в течение 16 часов при температуре 110 0С. Длительное освещение отожженныхпленок проводилось в течение 100 часов светом солнечного спектра с интенсивностью 1.5 АМ [197].Для обеих температур осаждения на представленных зависимостях от Rнаблюдается максимум фоточувствительности. Область значений R, при которыхнаблюдаетсяэтотмаксимум,зависитотTS.Для0TS=75Cмаксимумфоточувствительности наблюдается для R=29, в то время как для пленок, полученныхпри TS=40 0C, максимум фоточувcтвительности наблюдается для R=45.
Предполагается,что данный максимум соответствует пленкам, имеющим структуру, соответствующуюпереходной области от аморфного к нанокристаллическому кремнию. Необходимоотметить, что согласно рисунку 3.19 пленки, имеющие большую фоточувствительность,обладают также большей стойкостью к солнечному воздействию. Причем в то время какдля «оптимальной» пленки, полученной при TS=75 0C, отжиг при 110 0С с последующимдлительным освещением уменьшает «исходную» фоточувствительность примерно в 2раза, аналогичная процедура для пленки, полученной при TS=40увеличению ее фоточувствительности более чем на порядок.0C, приводит к127Зависимость фоточувствительности пленок nc-Si/a-Si:H от содержания водорода вгазовой смеси, т.е.
от R, исследовалась также в работе [201]. В отличие от результатов,полученных в работе [197], авторы [201] обнаружили, что фоточувствительность nc-Si/aSi:H сначала убывает с увеличением R, а потом выходит на насыщение. Такое различиев зависимости фоточувствительности пленок nc-Si/a-Si:H от R может быть связано сразличными методами и условиями осаждения пленок.Исследованиетемпературныхзависимостейвременифотоответа(τph)нелегированных пленок nc-Si/a-Si:H с различной долей кристаллической фазы (60 % и40 %) в области температур T=120-380 K было выполнено в работе [202].
Посколькуспад фотопроводимости пленок nc-Si/a-Si:H не описывался простым экспоненциальнымзаконом, то авторы [202] за время фотоответа приняли время в течение которогофотопроводимость уменьшалась в e раз после прекращения возбуждения пленкилазерным импульсом с длиной волны 632.8 нм. Было обнаружено, что τph как для ncSi/a-Si:H с большой долей кристаллической фазы (Xc=60 %), так и с малой (Xc=40 %)практически постоянно при температурах меньших 200 K и незначительно уменьшаетсяс ростом T в области температур, больших 200 K (когда величина фотопроводимостистановится ниже значения темновой проводимости). Причем, время фотоответа в ncSi/a-Si:H оказалось больше чем в a-Si:H.
Для объяснения большего по сравнению с aSi:H значения времени фотоответа в nc-Si/a-Si:H, авторы [202] предположили, что прибольших hν∼1.95 эВ (при которых проводились измерения) электроны генерируютсяглавным образом в аморфной фазе nc-Si/a-Si:H. Фотопроводимость при этом можетосуществляться за счет: 1) туннелирования электрона из a-Si:H сквозь потенциальныйбарьер в кристаллическую фазу (c-Si); 2) захвата электрона на состояния хвоста зоныпроводимости a-Si:H и затем его прыжкового переноса по этим состояниям споследующим туннелированием в c-Si; 3) захвата электрона на состояния оборванныхсвязей, находящихся на границе аморфной фазы с кристаллической, и егопоследующего теплового выброса в зону проводимости c-Si.
Медленный процесстеплового возбуждения электрона с локализованных состояний в зону проводимости во2) и 3) случаях, может приводить, согласно мнению авторов [202], к наблюдаемым имив эксперименте относительно большим временам фотоответа nc-Si/a-Si:H (около 103 мксдля Xc=60 % и 101-102 мкс для Xc=40 %).128Как видно из приведенных литературных данных, на момент постановки задачи несуществовало однозначного мнения о влиянии доли кристаллической фазы нафотопроводимость пленок nc-Si/a-Si:H. Более того, не было исследований, посвященныхфотопроводимости пленок nc-Si/a-Si:H, полученных посредством ФЛО a-Si:H.На рисунке 3.20 показаны измеренные нами температурные зависимостифотопроводимости пленок nc-Si/a-Si:H, полученных методом PECVD (образцы изтаблицы 1.2).
Для наглядности на этом же рисунке показаны и температурныезависимости темновой проводимости данных пленок. Как видно из рисунка,стационарная фотопроводимость всех исследованных пленок монотонно возрастает сростом температуры в области Т = 110 – 280 К.Рис. 3.20. Температурные зависимости темновой проводимости σd (закрашенные символы) ифотопроводимости ∆σph (пустые символы) пленок nc-Si/a-Si:H, полученных методом PECVD.Обозначения образцов соответствуют приведенным в таблице 1.2.Значения фотопроводимости пленок, полученных при различных значениях R, прикомнатной температуре показаны на рис. 3.21. Фотопроводимость измерялась приэнергии падающих квантов hν = 1.8 эВ и интенсивности падающего света 1014 см-2·с-1.Освещение пленок осуществлялось лампой накаливания через тепловой фильтр синтенсивностью 40 мВт/см2.
Для сравнения на этом же рисунке представленазависимость от R и темновой проводимости. Максимальное увеличение темновой129проводимости наблюдается при увеличении R от 11 до 16, что соответствует, согласнорезультатам оценки доли кристаллической фазы, области изменения структуры пленокот аморфной к нанокристаллической. В отличие от темновой проводимости зависимостьфотопроводимости от R и соответственно от доли кристаллической фазы в пленке имеетнемонотонныйхарактер.Примечательно,чтодляпленоксмалойдолейкристаллической фазы фотопроводимость уменьшается с ростом R.Рис.
3.21. Зависимости от степени разбавления R темновой проводимости σd (1) и фотопроводимости∆σph (2) при комнатной температуре пленок nc-Si/a-Si:H, полученных методом PECVD.Немонотонный характер изменения ∆σph при изменении R близок к зависимостиподвижности носителей заряда в двухфазной структуре от объемной доли фазы сбольшой проводимостью, рассчитанной в [203] для структуры, состоящей из фаз сбольшой и малой проводимостью. В то же время, по-видимому, изменение величиныфотопроводимости при увеличении доли кристаллической фазы в исследованныхпленках определяется как изменением подвижности неравновесных носителей заряда,так и изменением механизмов рекомбинации и концентрации центров рекомбинации. Вэтой связи представляет интерес сопоставление значений фотопроводимости для пленокс малой долей нанокристаллических включений, в которых определяющим факторомизменения ∆σph, по-видимому, является изменение времени жизни неравновесныхносителей заряда.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
