Диссертация (1097807), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Спектральныезависимости относительного изменения коэффициента поглощения (αcpman/αcpmunan),вызванного высокотемпературным отжигом этой пленки показаны на рис. 4.1 (b). Здесьαcpman и αcpmunan – значения коэффициента поглощения отожженной и неотожженнойпленки nc-Si:H соответственно. Как видно из рисунка 4.1 (b), наибольшие изменениякоэффициента поглощения, вызванного высокотемпературным термическим отжигомпроисходят в области энергий квантов hν<1.2 эВ. По мере увеличения температурыотжига до Ta=500 oC поглощение в области hν<1.2 эВ возрастает, причем наибольшийрост наблюдается в интервале температур отжига от 400 до 500 oС.
При дальнейшемувеличении температуры отжига (Ta>500 oC) коэффициент поглощения исследованнойпленки nc-Si:H p-типа в области hν<1.2 эВ несколько уменьшается. Заметим, что каквидно из рисунка 4.1 (а), при температурах отжига Ta>400 oC наблюдается такженебольшое увеличение коэффициента поглощения nc-Si:H p-типа в области энергийквантов hν>1.2 эВ.35104a4b30αcpm, cm-12051021541015100321103210.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8αcpman/αcpmunan25103500.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0hν, eVhν, eVРис. 4.1. Влияние температуры отжига пленки nc-Si:H p-типа (образец № 3, таблица 1.1) наспектральные зависимости ее коэффициента поглощения, измеренные методом постоянного фототока(а), и на спектральные зависимости относительного изменения ее коэффициента поглощения,вызванного отжигом (b).
1 – неотожженная пленка, 2 - Ta=300 oC, 3 - Ta=400 oC, 4 - Ta=500 oC, 5 - Ta=600oC.161Нарис.представлены4.2спектральныезависимостиотносительногокоэффициента поглощения для неотожженной пленки nc-Si:H n-типа (образец № 2,таблица 1.1), а также после ее отжига при различных температурах в интервале Ta=300500 oC. Как видно из приведенного рисунка, термический отжиг пленок nc-Si:H n-типаприводит к изменению коэффициента поглощения в области энергий кванта hν<1.1 эВ.При увеличении температуры отжига от 300 до 500 oС наблюдается монотонноеувеличение коэффициента поглощения пленки nc-Si:H n-типа в указанной областиэнергий кванта.Таким образом, наиболее значительные изменения коэффициента поглощенияпленок nc-Si:H p- и n-типа, вызванные термическим отжигом, происходят примерно водной и той же области энергий кванта hν<1.1-1.2 эВ.
Правда, в случае термическогоотжига пленок nc-Si:H n-типа изменения коэффициента поглощения менее значительны,чем для образцов p-типа. Кроме того, в случае nc-Si:H n-типа, в отличие от p-типа, ненаблюдается изменений коэффициента поглощения с температурой отжига в областиhν>1.2 эВ.1012503004005001 0 -11 0 -2αcpm(hν)/αcpm(1.8 eV)1001 0 -31 0 -40 .60 .81 .01 .21 .41 .61 .82 .0hν, eVРис. 4.2.
Влияние температуры отжига пленки nc-Si:H n-типа (образец № 2, таблица 1.1) наспектральные зависимости ее коэффициента поглощения, измеренные методом постоянного фототока.Температуры отжига в градусах Цельсия указаны на рисунке. Значение Ta=250 oC соответствуетнеотожженному образцу.Как было отмечено ранее поглощение пленок nc-Si:H в области энергий квантаhν<1.2 эВ определяется состояниями дефектов в этом материале. Поэтому наблюдаемое162изменениевеличиныпоглощениявданнойобластиэнергийквантаможетхарактеризовать изменение концентрации дефектов при отжиге nc-Si:H. Увеличениеконцентрации дефектов в пленках nc-Si:H при их отжиге может происходить за счетэффузии водорода [217,218].
В результате эффузии водорода из пленки, могутобразовываться дополнительные дефекты типа оборванных связей, как на поверхности,так и внутри колонн. Однако, поскольку основная часть водорода, как уже отмечалось,расположена на границах колонн нанокристаллов, то можно ожидать, что в основномпри отжиге пленки оборванные связи возникают именно на границах колонн. Согласномаксимальная[217]скоростьэффузииводородасграницнанокристаллов nc-Si:H наблюдается при температуре 400областью температур (400oC<Ta<500разделаколоннoС.
Это согласуется сoC), в которой наблюдаются наибольшиеизменения коэффициента поглощения. Уменьшение поглощения, наблюдаемое в случаепленок nc-Si:H p-типа при Ta=600 oC, может быть вызвано реструктуризацией связей наповерхности колонн, приводящей к уменьшению концентрации оборванных связей.Наблюдаемое нами немонотонное изменение поглощения пленок nc-Si:H p-типа вобласти hν<1.2 эВ с температурой отжига согласуется с полученным в [46]немонотонным изменением величины сигнала ЭПР, соответствующего оборваннымсвязям, для нелегированных пленок nc-Si:H, отожженных при разных температурах.Заметим, что некоторый вклад в поглощение nc-Si:H могут давать оптическиепереходы с участием состояний аморфной фазы и экспоненциальных хвостов плотностисостояний, возникающих вследствие структурного беспорядка и наличия границ разделананокристаллов в nc-Si:H.
Изменение плотности этих состояний с температурой отжигаможет также привести к изменению спектральной зависимости поглощения.Влияние температуры отжига на темновую проводимость (σd) и фотопроводимость(∆σph), измеренную при hν=1.3 эВ (I=4·1015 см-2с-1) и hν=1.8 эВ (I=6·1014 см-2с-1), пленкиnc-Si:H p-типа (образец № 3, таблица 1.1) показано на рисунке 4.3. Фотопроводимость итемновая проводимость измерялись при комнатной температуре.
Как видно из рисунка,с ростом температуры отжига величина σd возрастает. При дальнейшем увеличениитемпературыотжигатемноваяпроводимостьnc-Si:Hp-типаначинаетрезкоуменьшаться. Наибольшее уменьшение σd наблюдается в интервале температур Ta=500550oC. Отжиг при Ta=600oC приводит к некоторому увеличению темновойпроводимости. Характер изменения фотопроводимости пленок nc-Si:H p-типа с163температурой отжига не зависит от энергии кванта в области hν=1.3-1.8 эВ и аналогиченхарактеру изменения σd(Ta), за исключением высокотемпературной области, в которой∆σph(600 oС)< ∆σph(550 oС).10 -210 -3123σd, ∆σph, S/cm10 -410 -510 -610 -710 -810 -9200300400500600T a , 0CРис. 4.3. Зависимости темновой проводимости σd (1) и фотопроводимости ∆σph, измеренной приэнергиях кванта hν=1.8 эВ (2) и hν=1.3 эВ (3), пленки nc-Si:H p-типа (образец № 3, таблица 1.1) оттемпературы отжига.
Значение Ta=250 oC соответствует неотожженному образцу.Зависимости темновой проводимости и фотопроводимости, измеренной при hν=1.8эВ (I=6·1014 см-2с-1) от температуры отжига пленки µc-Si:H n-типа (образец № 2, таблица1.1) показаны на рис. 4.4. Из рис. 4.4 видно, что проводимость и фотопроводимость ncSi:H n-типа увеличиваются с повышением температуры отжига до Ta=400 oC.
Придальнейшем увеличении температуры отжига σd и ∆σph начинают уменьшаться.Наиболее значительное уменьшение как темновой, так и фотопроводимости происходитв области температур отжига Ta=450-500 oC. Таким образом, характер изменениятемновой проводимости и фотопроводимости образцов nc-Si:H n-типа аналогиченхарактеру изменения указанных величин для nc-Si:H p-типа. Однако, уменьшениепроводимости и фотопроводимости для nc-Si:H n-типа начинается при немногоменьших температурах отжига, чем для nc-Si:H p-типа.16410 -312σd, ∆σph, S/cm10 -410 -510 -610 -710 -8200250300350400450500550oT a, CРис.
4.4. Зависимости темновой проводимости σd (1) и фотопроводимости ∆σph (2), измеренной приэнергии кванта hν=1.8 эВ, пленки nc-Si:H n-типа (образец № 2, таблица 1.1) от температуры отжига.Значение Ta=250 oC соответствует неотожженному образцу.На рисунке 4.5 представлены температурные зависимости темновой проводимостипленок nc-Si:H p-типа (a) и n-типа (b), полученные при различных температурах отжигапленок. Как видно из рисунка, в независимости от температуры отжига, всетемпературные зависимости темновой проводимости имеют активационный характер.Причем, видна корреляция между величиной темновой проводимости и ее энергиейактивации: чем больше величина σd, тем меньше значение энергии активации.Рассмотрим полученные результаты. Известно, что высокотемпературный отжигаморфногогидрированногокремнияприводиткувеличениюконцентрацииэлектрически активных примесей [219].
Если предположить, что аналогичный процесспроисходит в nc-Si:H, то увеличение проводимости с ростом Ta для Ta≤450 oC в случаеnc-Si:H p-типа и Ta≤ 400 oC в случае nc-Si:H n-типа, по-видимому, также связано сростом концентрации электрически активных атомов бора и, соответственно, сосмещением уровня Ферми к краю валентной зоны. Смещение уровня Ферми к краювалентной зоны приведет также к уменьшению энергии активации проводимости (см.рис.
4.5). Кроме того, как отмечалось ранее, смещение уровня Ферми к потолку165валентной зоны должно приводить к увеличению величины фотопроводимости , что инаблюдается в эксперименте (рис. 4.3 и 4.4). Заметим, что в случае пленки nc-Si:H nтипа, при смещении уровня Ферми к потолку валентной зоны должно сначаланаблюдаться уменьшение проводимости и фотопроводимости. Однако, как ужеотмечалось в образце nc-Si:H № 2 (образец из таблицы 1.1) уровень Ферми находится всередине запрещенной зоны в районе минимума плотности состояний.
Поэтому, дажепри сравнительно низких температурах отжига образца nc-Si:H № 2 (Ta=300 oC), за счетувеличения концентрации электрически активных атомов бора, уровень Ферми в немзначительно смещается к краю валентной зоны, и образец из “слабого” n-типа переходитв материал с ярко выраженной проводимостью p-типа. В связи с этим мы не наблюдаемв эксперименте уменьшения проводимости и фотопроводимости при отжиге пленки ncSi:H n-типа (образец № 2, таблица 1.1).10-210-110-3σd, S/cm10-410-325030040045050010-410-510-510-610-610-710-710-810-810-910-9σd, S/cm25030040045050055060010-210-101234567123-145678-11000/T, K1000/T, KРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
