Диссертация (1097807), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Заметим, что наблюдаемое намиувеличение “скорости” спада фотопроводимости в области T > 210-230 K совпадает сданными полученными в работе [213] для релаксации фотопроводимости в областиt > 10-3 с после импульсного возбуждения nc-Si:H.∆σph(t)/∆σph(0)10 .12102402804003603200 .0 11 0 -41 0 -3t, s1 0 -21 0 -1Рис.
3.31. Релаксация фотопроводимости образца № 3 из таблицы 1.1 (PЕCVD, k=4·10-6) послепрекращения его освещения светом с энергией кванта hν=1.4 эВ и интенсивностью I=4·1016 см-2с-1 приразличных температурах. Цифрами на рисунке обозначены температуры в градусах Кельвина.Информация о влиянии температуры на процессы рекомбинации неравновесныхносителей заряда в nc-Si:H может быть получена из измерений температурныхзависимостей времени фотоответа. На рисунке 3.32 представлены температурныезависимости времени фотоответа τph, в качестве которого бралось мгновенное времяфотоответа, измеренное в момент времени, соответствующий выключению освещения.Как видно из рисунка, в области высоких температур (T > 210-230 K) время фотоответауменьшается с ростом температуры.
В области низких температур (T < 210-230 K)величина τph слабо зависит от температуры (наблюдается небольшое увеличение τph сростом температуры). Изменение характера температурных зависимостей временифотоответа в области T = 210-230 K указывает на то, что в данной области температур147происходит смена механизмов рекомбинации неравновесных носителей заряда в ncSi:H. Этот вывод согласуется с заключением, сделанным из анализа температурныхзависимостей фотопроводимости.
Отметим, что как видно из рис. 3.32, времяфотоответа возрастает при смещении уровня Ферми к краям зон.10-210-2ab1510-310-3τph, sτph, s463210-410-410-510-52345678 1-11000/T, K23451000/T, K678-1Рис. 3.32. Температурные зависимости времени фотоответа для пленок nc-Si:H p-типа (а) и n-типа (b).Цифры на рисунке соответствуют номерам образцов из таблицы 1.1.Измерениятемпературныхзависимостей∆σph и τph позволяют получитьтемпературные зависимости дрейфовой подвижности неравновесных носителей заряда(формула 3.12). Полученные температурные зависимости дрейфовой подвижности µd(T)показаны на рис. 3.33. Из рисунка видно, что значения дрейфовой подвижностипримерно одинаковы во всей области исследованных температур для образцов содинаковым типом проводимости, полученных методом PECVD.
Однако дрейфоваяподвижность у пленок nc-Si:H, полученных методом ECRCVD выше чем у пленок,полученных методом ECRCVD. Таким образом, величина µd зависит от методаполучения пленок nc-Si:H. Из рисунка также видно, что для всех пленок имеютсяобласти температур, в которых температурная зависимость дрейфовой подвижностиимеет активационный характер. Энергия активации дрейфовой подвижности носителейв пленках nc-Si:H, полученных методом PECVD, возрастает при смещении Ef к краямзон. В случае nc-Si:H p-типа энергия активации дрейфовой подвижности увеличиваетсяпри смещении уровня Ферми к краю валентной зоны от 0.14 эВ до 018 эВ, а для nc-Si:H148n-типа при смещении Ef к краю зоны проводимости энергия активации увеличивается от0.16 эВ до 0.2 эВ.
Для нелегированных пленок nc-Si:H, полученных методом ECRCVD,энергия активации составляет 0.13 эВ. При температурах больших T~300 К и меньшихT~200 К наблюдается отклонение µd(T) от активационной зависимости.10-1100b126345µd, cm2/Vs10-210-110-2µd, cm2/Vsa10-310-310-410-42345671000/T, K-1123456781000/T, K-1Рис. 3.33. Температурные зависимости дрейфовой подвижности пленок nc-Si:H n-типа (а) и p-типа (b).Цифры на рисунке соответствуют номерам образцов из таблицы 1.1.3.6. Модель переноса и рекомбинации неравновесных носителейзаряда в пленках nc-Si/a-Si:HВ данном пункте на основании представленных выше данных по структурным,оптическим, электрическим и фотоэлектрическим свойствам nc-Si:H предложена модельпереноса и рекомбинации носителей заряда в аморфном кремнии, содержащем ансамбликремниевых нанокристаллов.Как было отмечено ранее для пленок nc-Si/a-Si:H при некоторой долекристаллической фазы наблюдается переход от переноса носителей заряда по аморфнойматрице к переносу по перколяционному пути из кремниевых нанокристаллов.Пороговое значение доли кристаллической фазы, при котором происходит смена путипереноса носителей заряда, сильно зависит от метода и условий получения пленок ncSi/a-Si:H и не может быть однозначно установлено.
Как показали проведенные149исследования, в случае переноса носителей заряда по аморфной матрице электрическиеи фотоэлектрические характеристики пленок nc-Si/a-Si:H близки к характеристикамаморфногокремния.Единственноезаметноеотличиесвязаносувеличениемконцентрации оборванных связей (основных рекомбинационных центров в a-Si:H) привведении в матрицу a-Si:H кремниевых нанокристаллов.
В результате чего наблюдаетсяуменьшение фотопроводимости пленок nc-Si/a-Si:H. Заметные особенности в процессахрекомбинации неравновесных носителей заряда начинаются в случае, когда переносносителей заряда осуществляется по перколяционному пути из нанокристалловкремния. Поэтому в дальнейшем мы остановимся на механизмах переноса ирекомбинации носителей заряда в пленках nc-Si:H. Заметим, что предложенные нижемеханизмы рекомбинации носителей заряда могут быть распространены и на пленки ncSi/a-Si:H с долей кристаллической фазы меньшей 80 %, но достаточной дляосуществления переноса носителей заряда по кремниевым нанокристаллам.Вслучаефотопроводимости,какотмечалосьвлитературномобзоре,определяющими являются такие параметры как дрейфовая подвижность и времяфотоответа.
Время фотоответа в свою очередь определяется процессами рекомбинациинеравновесных носителей заряда. Из результатов измерений дрейфовой подвижности ивремени фотоответа для nc-Si:H можно получить, что для исследованных пленокпроизведение µdτph превышает значение 4·10-8 см2·В. Соответственно, в областиисследованных температур длина диффузии носителей Ž = rdµ* τTU ///> 200 нм ипревышает размеры колонн нанокристаллов. Поэтому рекомбинация носителей можетпроисходить через состояния, расположенные на границах колонн с аморфной фазойилипорами,несмотрянато,чтопереносносителейосуществляетсяпо“перколяционному” пути, состоящему из колонн нанокристаллов и не содержащему ниаморфной фазы, ни пор.Для интерпретации полученных данных, рассмотрим предполагаемую намиэнергетическую диаграмму nc-Si:H, учитывающую его многофазную структуру.
Онапредставлена на рисунке 3.34. Для определенности энергетическая диаграмма приведенадля образца nc-Si:H p-типа. На диаграмме показаны колонны нанокристаллов,граничащие с аморфной фазой и порой. В качестве аморфной фазы выступает a-Si:H.Для a-Si:H использована стандартная модель плотности состояний, включающаясостояния хвостов зон, и состояния оборванных связей в середине щели подвижности.
В150случае колонн из нанокристаллов c-Si мы предположили, что из-за беспорядка врасположении нанокристаллов относительно друг друга, в запрещенной зоне колонныимеются состояния хвостов зон. Кроме того, в середине запрещенной зоны могутприсутствовать состояния, обязанные своим происхождением оборванным связям,находящимсявнутриколоннынанокристаллов.Можнопредположить,чтоконцентрация этих связей и, соответственно, плотность состояний им отвечающихневелики.
На границах колонн нанокристаллов с аморфной фазой, порами и друг сдругом, по-видимому, существуют потенциальные барьеры. Кроме того, на границахколонн нанокристаллов с порами может присутствовать тонкий слой окисла.Рис. 3.34. Возможная энергетическая зонная диаграмма nc-Si:H и механизмы рекомбинациинеравновесных носителей заряда. (1) – рекомбинация носителей внутри колонн; (2) – рекомбинацияносителей на границах колонн.Рекомбинациянеравновесныхносителейвозможнакаквнутриколонннанокристаллов (1), так и на границах колонн с аморфной фазой или порами (2). Вслучае рекомбинации неравновесных носителей внутри колонн рекомбинация, скореевсего, происходит через состояния оборванных связей, которые расположены всередине запрещенной зоны.
Однако, как уже отмечалось, концентрация этих состоянийневелика. Поэтому представляется маловероятным, что рекомбинация носителей внутриколонн нанокристаллов является определяющей. Поскольку основная часть дефектов(оборванных связей) находится на границах колонн нанокристаллов с аморфной фазой151или порами, то можно предположить, что в основном рекомбинация неравновесныхносителей заряда осуществляется именно через эти состояния.Рассмотрим влияние температуры на процессы рекомбинации неравновесныхносителей заряда в nc-Si:H. Начнем со случая низких температур (T<210-230 K).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
