Диссертация (1097807), страница 25
Текст из файла (страница 25)
По мнению авторов[209,210], независимость произведения µdτph от формы и размеров нанокристаллов, атакже одинаковый характер изменения произведения µdτph от положения уровня Фермив nc-Si:H и a-Si:H, может свидетельствовать о том, что фотопроводимость nc-Si:Hопределяется главным образом аморфной фазой, окружающей нанокристаллы.Влияние уровня легирования на фотопроводимость пленок nc-Si:H былоисследовано в ряде работ [152,167,205,211].
В этих работах было обнаружено, что прилегировании µc-Si:H фосфором, фотопроводимость увеличивается и в случае пленок,полученных методом PECVD, достигает при комнатной температуре значений ~10-3 Ом-1см-1 (при освещении пленки белым светом с интенсивностью 100 мВт/см2). Вслучае легирования nc-Si:H бором, фотопроводимость (при освещении в тех жеусловиях) сначала уменьшается, достигает минимального значения, равного ~10-4 Ом1см-1 при концентрациях бора 1017-1018 см-3, а затем увеличивается вплоть до 10-2 Ом-1см-1[152]. Авторы работ [205,211] считают, что такая зависимость фотопроводимости отуровня легирования может объясняться изменением заполнения рекомбинационных136центров при легировании.
При легировании nc-Si:H как фосфором, так и при сильномлегировании бором, уровень Ферми смещается к краям зон (о чем свидетельствуетизменениетемновойпроводимости).Приэтомзаполнениеносителямирекомбинационных центров увеличивается, в результате чего, по мнению авторов[205,211], может уменьшиться темп рекомбинации и, следовательно, возрастифотопроводимость.Так как при введении в нелегированный nc-Si:H, полученный методом PECVD,атомов бора фотопроводимость уменьшается слабее чем темновая проводимость, то вобласти компенсации (при концентрациях бора 1017-1018 см-3) фоточувствительность(отношение фотопроводимости к темновой) nc-Si:H будет наибольшей. Наоборот, прилегировании фосфором и сильном легировании бором, фоточувствительность nc-Si:Hбудет меньше единицы [152].Фоточувствительность пленок nc-Si:H зависит не только от уровня легированияnc-Si:H, но и от условий получения.
В частности наблюдается зависимостьфоточувствительности nc-Si:H, полученного методом hot-wire CVD, от содержанияводорода в газовой смеси, т.е. от ∆H [212]. Фоточувствительность сначала убывает сувеличением ∆H, а потом выходит на насыщение.Исследования температурных зависимостей фотопроводимостипроведенывработах[112,172,208].Вуказанныхработахnc-Si:H былиобнаружено,чтотемпературная зависимость фотопроводимости nc-Si:H в области температур T<300 Kимеет два характерных участка: при T<40 K, ∆σph практически не зависит оттемпературы,априT>40K,величинафотопроводимостиэкспоненциальноувеличивается с ростом температуры [112,172]. Тот факт, что фотопроводимость вобласти T<40 K не изменяется с температурой, по мнению авторов [112,172,208],указывает на то, что при данных температурах перенос фотоносителей происходит засчет прыжков по локализованным состояниям.
При высоких температурах авторы[112,172] считают, что перенос носителей заряда происходит либо по делокализованнымсостояниям, либо по состояниям хвостов зон.Температурная зависимость показателя степени (γ) люкс-амперной характеристики(ЛАХ) nc-Si:H исследована в работах [112,172,212]. Интересным является тот факт, чтов узкой температурной области, вблизи T~110 K, показатель ЛАХ становится меньше0.5 и при T≈110 K достигает значения γ≈0.33. Как с повышением, так и с понижением137температуры показатель ЛАХ увеличивается.
При понижении температуры показательстепени ЛАХ стремится к единице, а при повышении температуры к значению γ≈0.7.Для объяснения подобного поведения показателя γ, авторы работы [212] рассмотрелитри возможных пути рекомбинации неравновесных носителей: 1) рекомбинация поШокли-Риду на межколонных границах; 2) туннельная рекомбинация внутри колонн; 3)туннельная рекомбинация на межколонных границах. Расчеты показали, что показательЛАХ может быть меньше 0.5 только в случае туннельной рекомбинации на границахколонн, причем хорошее согласие между теоретическими и экспериментальнымикривыми достигается, если предположить, что дырки проникают к состояниям награницахколоннпосредствомподбарьерноготуннелированиясучетомпредварительной термической активации.
Данный механизм рекомбинации реализуетсяв узком интервале температур вблизи T~110 K. При более высоких температурах, помнению авторов [212], преобладающей становится рекомбинация на границах колонн поШокли-Риду, а при более низких – туннельная рекомбинация внутри колонн.Степенная зависимость показателя ЛАХ для нелегированных пленок nc-Si:H такжеобнаружена в работе [169], причем величина γ зависит от интенсивности падающего наобразец потока фотонов (I). При малых значениях интенсивности (I~1012-1013 см-2с-1),значение показателя ЛАХ близко к единице, а с увеличением интенсивности потока, γуменьшается. В работе предполагается, что показатель ЛАХ определяется выражениемγ = rd0 / rd0 + rd ,где kT0 – параметр, характеризующий крутизну хвоста зоны проводимости.
Авторы[169] предполагают, что крутизна хвоста уменьшается по мере приближения к серединезапрещенной зоны и объясняют наблюдаемую ими зависимость γ от интенсивностиосвещения тем, что значение параметра kT0 может зависеть от положения квазиуровняФерми, который в свою очередь определяется интенсивностью освещения.Исследования кинетики спада фотопроводимости nc-Si:H, помимо информации ораспределении локализованных состояний в запрещенной зоне nc-Si:H, могут пролитьсвет на процессы рекомбинации неравновесных носителей в данном материале.Однако, число работ посвященных данным исследованиям крайне немногочисленно.Во всех известных нам работах исследовалась релаксация фотопроводимостипосле импульсного (кратковременного) возбуждения пленки и было обнаружено, чтоспад фотопроводимости не описывается экспоненциальным законом.
Авторы работы138[213] сообщают о том, что после освещения в течение 4 нс нелегированных пленок ncSi:H светом с длиной волны 640 нм, фотопроводимость во временном интервале10-7 c<t<10-3 c уменьшается по степенному закону, то есть∆σTU ∼€ β.Причем, показатель степени β увеличивается от 0.3 до 0.6 при увеличениимощности импульса. В области t>10-3 c, спад фотопроводимости описывается такжестепенным законом. Однако, в этой области показатель степени больше чем β в области10-7 c<t<10-3 с и возрастает с увеличением температуры.
В области t<10-7 наблюдаемоерезкое уменьшение ∆σph авторы [213] связывают с захватом электронов на состоянияхвоста зоны проводимости, так как данный временной интервал соответствуетустановлению теплового равновесия между хвостом зоны проводимости и зонойпроводимости.Релаксация фотопроводимости пленок nc-Si:H зависит от условий полученияпленки. Так, в случае пленок nc-Si:H, полученных методом hot-wire CVD, спадфотопроводимости после прекращения возбуждения nc-Si:H лазерным импульсом сдлиной волны 590 нм становится более медленным при увеличении содержания доливодорода в газовой смеси (∆H) [214].В работе [205] исследовалась зависимость спада фотопроводимости пленок ncSi:H от типа и концентрации легирующей примеси. Было обнаружено, что уменьшениефотопроводимости пленок nc-Si:H, слабо легированных бором, после их освещения втечение 4 нс лазерным импульсом с длиной волны 640 нм более резкое, чем для сильнолегированных бором пленок и пленок с примесью фосфора.Как видно из приведенных литературных данных довольно неоднозначнаяситуация наблюдается в вопросах касающихся фотоэлектрических свойств nc-Si:H.Прежде всего отсутствует единое мнение об основных центрах рекомбинации и местеих нахождения в структуре nc-Si:H, а также о самих механизмах рекомбинациинеравновесныхносителейзаряда.рекомбинациинеравновесныхКроменосителейтого,зарядавомногихработах процессыанализируются,исходяизпредставлений об интегральной плотности электронных состояний в nc-Si:H, без учетамногофазной структуры данного материала.
В работах посвященных изучениюнестационарной фотопроводимости релаксация фотопроводимости исследоваласьтолько после импульсного возбуждения пленок nc-Si:H. В то же время отсутствуют139данные о релаксации фотопроводимости nc-Si:H после прекращения освещения, то естьиз стационарного состояния. В связи с этим представлялось необходимым провестисистематические исследованиястационарной фотопроводимости пленок nc-Si:H сразличным типом проводимости и уровнем легирования, релаксации фотопроводимостипленокnc-Si:Hизстационарногосостоянияивлияниенарелаксациюфотопроводимости положения уровня Ферми и температуры.Зависимостиизмереннойприкомнатнойтемпературефотопроводимостиисследованных пленок nc-Si:H, полученных методом PECVD (таблица 1.1), отположения уровня Ферми представлены на рисунке 3.25.
На этом же рисунке показанозначение фотопроводимости, измеренное при комнатной температуре, для пленки ncSi:H, полученной методом ECRCVD. Данные для фотопроводимости, представленныена рисунке, получены как при освещении пленки белым светом, так и при ее освещениимонохроматическим светом с энергией hν=1.8 эВ.Рассмотрим результаты, полученные для пленок PECVD с различным уровнемлегирования бором. Из рисунка 3.25 видно, что при смещении уровня Ферми характеризменения фотопроводимости, измеренной при освещении белым светом и светом сhν=1.8 эВ, одинаковый.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
