Диссертация (1097807), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Сначала, при удалении Ef от Ec, фотопроводимостьуменьшается, проходит через минимум, когда уровень Ферми находится примерно всерединезапрещеннойзоны,азатемвозрастает.Аналогичныеизмененияфотопроводимости были получены при освещении пленок светом с hν=1.4 эВ иинтенсивностью падающего излучения I=4·1016 см-2с-1. Из рисунка 3.25 также видно, чтоу нелегированных пленок nc-Si:H, полученных методом ECRCVD, фотопроводимостьвыше, чем у пленок с близким положением уровня Ферми, но полученных методомPECVD. Это может свидетельствовать о меньшей концентрации рекомбинационныхцентров в пленках nc-Si:H, полученных методом ECRCVD по сравнению с пленками ncSi:H, полученными методом PECVD.140Рис. 3.25.
Зависимости фотопроводимости при комнатной температуре пленок nc-Si:H, полученныхметодами PECVD (1, 2) и ECRCVD (1ı, 2ı), от положения уровня Ферми. Фотопроводимость измеряласьпри освещении светом с hν=1.8 эВ и I=6·1014 см-2с-1 (1, 1ı), а также при освещении белым светом синтенсивностью 50 мВт/см2 (2, 2ı).На рис. 3.26 показано как изменяется фоточувствительность (отношение ∆σph/σd)исследованных пленок nc-Si:H, полученных методом PECVD, при смещении уровняФерми. На этом же рисунке показано значение фоточувствительности для пленки ncSi:H, полученнойметодом ECRCVD.Фоточувствительность определялась приосвещении пленок как белым светом, так и светом с hν=1.8 эВ. Из рисунка видно, чтомаксимальной фоточувствительностью обладают пленки nc-Si:H, у которых уровеньФерми находится примерно в середине запрещенной зоны.
При смещении уровняФерми к краям зон фоточувствительность становится меньше 1. Фоточувствительностипленок nc-Si:H с близкими положениями уровня Ферми, но полученных разнымиметодами, несколько различаются. Фоточувствительность пленок, полученных методомECRCVD выше, чем пленок, полученных методом PECVD.1411002'10∆σ /σph d1'2110 .10 .0 10 .30 .40 .50 .60 .70 .8E c -E f , e VРис. 3.26. Зависимости фоточувствительности при комнатной температуре пленок nc-Si:H, полученныхметодами PECVD (1, 2) и ECRCVD (1ı, 2ı) от положения уровня Ферми. Фоточувствительностьизмерялась при освещении светом с hν=1.8 эВ и I=6·1014 см-2с-1 (1, 1ı), а также при освещении белымсветом с интенсивностью 50 мВт/см2 (2, 2ı).Мытакжепровелиисследованиявлияниятемпературынавеличинуфотопроводимости nc-Si:H.
Измерения температурных зависимостей фотопроводимостипленок nc-Si:H были проведены при различных энергиях кванта падающего излучения(1.8, 1.3 и 0.9 эВ). Выбранные значения соответствовали межзонному возбуждению aSi:H (hν=1.8 эВ), межзонному возбуждению c-Si (hν=1.3 эВ) и возбуждению,соответствующему “дефектной” области поглощения (hν=0.9 эВ). Интенсивности света(I) при этом составляли 6·1014 см-2с-1 для hν=1.8 эВ, I=4·1015 см-2с-1 для hν=1.3 эВ иI=9·1015см-2с-1дляhν=0.9эВ.Полученныетемпературныезависимостифотопроводимости (∆σph) для пленки nc-Si:H p-типа (k=4·10-6), поученной методомPECVD (образец № 3 из таблицы 1.1), представлены на рисунке 3.27. На этом жерисунке приведена температурная зависимость темновой проводимости (σd) данногообразца.14210 -410 -5σd, ∆σph, S/cm10 -610 -710 -810 -910 -10143210 -111234561000/T, K78910-1Рис.
3.27. Температурные зависимости темновой проводимости σd (1) и фотопроводимости ∆σph приэнергиях кванта hν=0.9 эВ (2), hν=1.3 эВ (3), hν=1.8 эВ (4) образца nc-Si:H (№ 3 из таблицы 1.1: PЕCVD,k=4·10-6).Как видно из рисунка характер температурных зависимостей ∆σph одинаков длявсех использованных энергий кванта. В области температур T<210 K фотопроводимостьвозрастает с температурой по закону близкому к экспоненциальному с энергиейактивации одинаковой для всех энергий кванта падающего излучения. Для образца № 3из таблицы 1.1 энергия активации фотопроводимости составляла примерно 0.13 эВ. Придальнейшем увеличении температуры, рост ∆σph ослабляется и в области температур,при которых ∆σph≤σd, фотопроводимость начинает уменьшаться с ростом температуры.Аналогичные результаты были получены для всех исследованных пленок nc-Si:H. Тоесть, характер температурных зависимостей фотопроводимости для всех исследованныхпленок не изменялся при изменении энергии кванта падающего на пленки излучения, а вобласти температур при которых ∆σph≤σd, экспоненциальный рост фотопроводимости стемпературойсменялсяуменьшением.Отметим,чтоизменениехарактератемпературной зависимости фотопроводимости в области температур при которых∆σph≈σd может свидетельствовать об изменении при этих температурах процессов,определяющихрекомбинациюнеравновесныхносителейзаряда.Изменениеинтенсивности падающего излучения не приводило к существенным изменениямхарактера температурных зависимостей фотопроводимости.143Температурные зависимости фотопроводимости всех исследованных пленок ncSi:H, измеренные при энергии кванта падающего излучения hν=1.8 эВ и интенсивностиI=6·1014 см-2с-1 представлены на рисунке 3.28 (а, b).
Как видно из рисунка, для образцовp-типа (рис. 3.28 (a)) характер изменения с температурой фотопроводимостипрактически не зависит от уровня легирования. В области температур T<210-230 Kнаблюдается активационный рост фотопроводимости с близкими значениями энергииактивации для всех пленок p-типа, лежащими в интервале 0.13-0.15 эВ. В случаеобразцов n-типа (рис. 3.28 (b)) наблюдается более существенное, по сравнению с pтипом, различие в значениях энергии активации фотопроводимости. Так для образца №2 (из таблицы 1.1) она составляет 0.09 эВ, для № 6 (из таблицы 1.1) – 0.08 эВ, а дляобразца № 1 б(из таблицы 1.1) – 0.13 эВ.10-410-4b10-510-610-610-710-7510-864∆σph, S/cm∆σph, S/cma10-510-8110-93210-102345671000/T, K-189102345678910-910-10101000/T, K-1Рис.
3.28. Температурные зависимости фотопроводимости (hν=1.8 эВ и I=6·1014 см-2с-1) пленок nc-Si:Hp-типа (а) и n-типа (b). Цифры на рисунке соответствуют номерам образцов из таблицы 1.1.Исследования люкс-амперных характеристик фотопроводимости показали, чтохарактер изменения ∆σph с интенсивностью света следует закону ∆σph∼Iγ, и в областитемператур 100-350 К, не зависит от энергии падающего кванта, а зависит лишь отвеличины фотопроводимости. На рис. 3.29 показаны зависимости показателя ЛАХ γ оттемпературы, при возбуждении исследованных пленок светом с энергией кванта hν=1.8эВ и интенсивностью I=6·1014 см-2с-1. Из рисунка видно, что характер температурнойзависимости γ практически не изменяется при изменении положения уровня Ферми и не144зависит от метода получения пленки.
В области низких температур γ слабо изменяется стемпературой, тогда как при больших значениях температуры наблюдается увеличение γс температурой. Обращает на себя внимание то, что в области низких температурнаблюдается аномально малое значение показателя ЛАХ γ<0.5.1.0a0.90.8γb3451260.90.80.70.70.60.60.50.50.40.40.30.30.22345678910 2341000/T, K-15678γ1.00.29 10 111000/T, K-1Рис. 3.29. Зависимости показателя ЛАХ γ пленок nc-Si:H p-типа (а) и n-типа (b) при возбуждении светомс энергией кванта hν=1.8 эВ и интенсивностью I=6·1014 см-2с-1.
Цифры на рисунке соответствуютномерам образцов из таблицы 1.1.Нами была исследована кинетика спада фотопроводимости пленок nc-Si:H и ееизменение при изменении температуры. На рисунке 3.30 приведены кривые релаксациифотопроводимости пленок nc-Si:H p-типа (а) и n-типа (b), полученные при температуреT=320 K. Релаксация фотопроводимости измерялась после прекращения освещенияпленки светом с энергией кванта hν=1.4 эВ и интенсивностью I=4·1016 см-2с-1. Изрисунка следует, что релаксация фотопроводимости после прекращения освещения длявсех исследованных образцов не описывается экспоненциальным законом и имеетдолговременную составляющую. С увеличением уровня легирования “скорость” спадафотопроводимости уменьшается. Было также получено, что для исследуемых пленок ncSi:H кинетика спада фотопроводимости не зависит от энергии кванта излучения вобласти 1.4-1.8 эВ и от интенсивности света в интервале I=6·1014-4⋅1016 см-2с-1. Длянекоторых образцов (№ 2, 3, 4, 6 из таблицы 1.1), кинетику спада фотопроводимостипри t>10-4 с можно удовлетворительно описать степенным законом (∆σph∼t-β).
При этом145показатель степени данной зависимости изменяется в пределах 0<β<1. Однако, дляобразцов с ярко выраженной проводимостью p-типа (№ 5 из таблицы 1.1) и n-типа (№ 1из таблицы 1.1) спад фотопроводимости при t>10-3 с лучше описывается растянутойэкспонентой, чем степенной зависимостью. Из рисунка 3.30 также следует, чторелаксация фотопроводимости происходит с практически одинаковой “скоростью” дляобразцов nc-Si:H p-типа и n-типа, с примерно одинаковым положением уровня Фермиотносительно соответствующей зоны(валентной дляnc-Si:H p-типа и зоныпроводимости для nc-Si:H n-типа).11b∆σph(t)/∆σph(0)∆σph(t)/∆σph(0)a0.10.142350.0110-510-410-310-2t, s10-1100 10-51610-410-310-210-11000.01101t, sРис. 3.30. Кривые релаксации фотопроводимости пленок nc-Si:H p-типа (а) и n-типа (b), полученные притемпературе T=320 K после выключения освещения пленок светом с энергией кванта hν=1.4 эВ иинтенсивностью I=4·1016 см-2с-1.
Цифры на рисунке соответствуют номерам образцов из таблицы 1.1.На рисунке 3.31 показаны кривые релаксации фотопроводимости, полученные приразличных температурах, для пленки nc-Si:H, полученной методом PECVD, с уровнемлегирования бором k = 4·10-6 (образец № 3 из таблицы 1.1) после прекращения ееосвещения светом с энергией кванта hν = 1.4 эВ и интенсивностью I = 4·1016 см-2с-1. Каквидно из рисунка, спад фотопроводимости не описывается экспоненциальнойзависимостью во всей области исследованных температур (150-430 K). При T>210-230 K“скорость” релаксации фотопроводимости увеличивается с ростом температуры, а вобласти низких температур (T<210-230 K) было обнаружено, что кинетика спада146фотопроводимостипрактическинеизменяетсястемпературой.Аналогичныерезультаты для кинетики спада фотопроводимости при различных температурах былиполучены для всех исследованных пленок nc-Si:H.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
