Диссертация (1097807), страница 32
Текст из файла (страница 32)
В левой части рисунка представлены данные дляпленок nc-Si:H n-типа, а в правой – для пленок p-типа. Видно, что эффект влиянияосвещения на проводимость исследованных пленок возрастает с уменьшением ихпроводимости в отожженном состоянии.На рисунке 4.12 показаны изменения отношения фотопроводимости послеосвещения пленок в течение четырех часов, как в вакууме, так и в атмосфере сухоговоздуха к фотопроводимости пленок в отожженном состоянии в зависимости от ∆σTU .
Влевой части рисунка представлены данные для пленок nc-Si:H n-типа, а в правой – дляпленок p-типа. Как видно из рисунка, при освещении всех исследованных пленок ихфотопроводимость практически не изменяется в вакууме (P=10-3 Па). В то же время, приосвещении в атмосфере для пленок p-типа наблюдается увеличение фотопроводимости.17310234Bσ /σddA1012100511 0 -11 0 -3 1 0 - 4 1 0 -5 1 0 -6 1 0 -7Aσd , Ом1 0 -6-1см1 0 -51 0 -4-1Рис. 4.11. Зависимость относительного изменения темновой проводимости (σ‘* /σ* ) после освещенияпленок nc-Si:H с различным уровнем легирования бором (k) в течение 4-х часов в атмосфере ( ) и ввакууме ( ) от проводимости в отожженном состоянии (σ* ).
Цифры на графике соответствуют номерамобразцов из таблицы 1.1: № 1 – k=2·10-6, № 2 - k=3·10-6, № 3 - k=4·10-6 № 4 - k=5·10-6, № 5 - k=10-5.101B∆σph /∆σphA4210011 0 -11 0 -431 0 -51 0 -61 0 -5A-1∆ σ ph , О м см51 0 -41 0 -3-1Рис. 4.12 Зависимость относительного изменения фотопроводимости (∆σ‘TU /∆σTU ) после освещенияпленок nc-Si:H с различным уровнем легирования бором (k) в течение 4-х часов в атмосфере ( ) и ввакууме ( ) от фотопроводимости в отожженном состоянии (∆σTU ).
Цифры на графике соответствуютномерам образцов из таблицы 1.1: № 1 – k=2·10-6, № 2 – k=3·10-6, № 3 – k=4·10-6 № 4 – k=5·10-6, № 5 –k=10-5.174Проведенные исследования показали, что отжиг пленок при температуре 180 oС в(P=10-3вакуумеПа)восстанавливаетисходныезначенияпроводимостиифотопроводимости. На рисунке 4.13 представлены температурные зависимостипроводимости отожженного в вакууме (P=10-3 Па) при температуре 180 оС образца № 3(таблица 1.1) до (1) и после (2) его освещения при комнатной температуре в течениечетырех часов в сухом воздухе при давлении 10 Па.
Измерения проводимости в обоихслучаях проводились в вакууме 10-3 Па при повышении температуры. Из рисунка видно,что длительное освещение в атмосфере сухого воздуха образца № 3 (из таблицы 1.1)приводит к увеличению проводимости и уменьшению величины энергии активациипроводимости (кривая 2).
По мере повышения температуры (кривая 2) наблюдаетсяпостепенный отжиг изменения проводимости, вызванного освещением образца ватмосфере сухого воздуха, и при T>450-460 K исходное значение проводимости пленкивосстанавливается. Аналогичные зависимости отжига изменений проводимости,вызванных освещением, были получены для всех исследованных пленок, заисключением образца № 2 (из таблицы 1.1). В случае образца № 2 наблюдалсянемонотонный отжиг вызванного освещением изменения проводимости.Рассмотрим полученные результаты. Согласно нашим данным, при освещенииобразцовватмосфересухоговоздухапроисходятзначительныеувеличенияпроводимости образцов nc-Si:H p-типа. Так как в вакууме изменений проводимости приосвещении у этих образцов не наблюдается, то можно предположить, что наблюдаемыйэффект связан с присутствием кислорода.
Кислород может адсорбироваться как навнешней поверхности пленки nc-Si:H, так и на поверхности пор внутри пленки.Известно, что кислород, адсорбированный на поверхности, обладает большим сечениемзахватадляэлектроновималымсечениемзахватадлядырок.Поэтомуфотогенерированные электроны будут захватываться на состояния адсорбированныхмолекул кислорода.
Потенциальный барьер, связанный с присутствием тонкогоокисного слоя на поверхности колонн, должен препятствовать выбросу захваченныхэлектронов в объем колонны и, соответственно, их рекомбинации с неравновеснымидырками. По нашему мнению, это может приводить к увеличению концентрациисвободныхдыроквпленкеи,следовательно,кнаблюдаемомуувеличениюпроводимости после прекращения освещения. Относительное изменение проводимости,175связанное с рассмотренным процессом, должно уменьшаться с ростом проводимостиматериала, что и наблюдается в эксперименте (см. рис. 4.11).10-410-5σd, Ω−1cm-110-610-710-8210-9110-102345-11000/T, KРис.
4.13. Температурные зависимости темновой проводимости отожженного в вакууме образца № 3(таблица 1.1) до (1) и после (2) его освещения в течение 4 часов в сухом воздухе при давлении 10 Па.Измерения проводились в вакууме 10-3 Па.Предложенная модель позволяет также объяснить наблюдаемое увеличениефотопроводимости при освещении в атмосфере сухого воздуха пленок nc-Si:H p-типа.При захвате электронов на адсорбированные кислородные состояния происходитразделение фотогенерированных электронов и дырок, что приводит к увеличениювремени жизни дырок и, следовательно, к увеличению фотопроводимости.
При этомотносительноеизменениефотопроводимостидолжноуменьшатьсясростомфотопроводимости nc-Si:H, что и наблюдается в эксперименте (см. рис. 4.12).По нашему мнению, отжиг пленки в вакууме должен приводить к десорбциимолекул кислорода с поверхности колонн нанокристаллов и, соответственно, котсутствию фотоиндуцированных изменений проводимости и фотопроводимости приосвещении отожженных пленок nc-Si:H p-типа в вакууме.В случае образцов n-типа захват неравновесных электронов на состоянияадсорбированного на поверхности кислорода не должен приводить к изменению176проводимости и фотопроводимости материала в результате его освещения в атмосфере,что и наблюдается в эксперименте.Отдельного рассмотрения заслуживают наблюдаемые изменения проводимости дляобразца № 2, который является материалом n-типа.
При освещении образца № 2 ввакууме его проводимость уменьшается (рис. 4.10). По нашему мнению, это можетсвидетельствовать об образовании дефектов в образце при его освещении. Процессобразования при освещении дефектов типа оборванных связей хорошо изучен в a-Si:H[176]. Можно предположить, что в nc-Si:H, как и в a-Si:H, при освещении образуютсядефекты типа оборванных связей. Как уже отмечалось, большинство оборванных связейв nc-Si:H находится на границах колонн нанокристаллов. Поэтому возможно, что приосвещении nc-Si:H в результате рекомбинации неравновесных носителей вблизи границколонн выделяется энергия, которая идет на образование дополнительных оборванныхсвязей на границах колонн.
Отметим, что также не исключена возможностьвозникновения дефектов типа оборванных связей и в самих колоннах нанокристаллов.По-видимому, образование оборванных связей происходит во всех исследованныхобразцах, однако изменение их концентрации может проявляться лишь в образцах смалой исходной концентрацией дефектов. Можно предположить, что образец № 2 (изтаблицы 1.1), в отличие от других исследованных образцов, имеет меньшую плотностьсостояний дефектов.
Поэтому при образовании дополнительных состояний, связанных сдефектами, высота потенциального барьера на границах между колоннами можетувеличиться. Увеличение высоты барьера должно привести к уменьшению подвижностиэлектронов, а значит, и к уменьшению проводимости.На изменение высоты потенциального барьера при освещении пленки и,соответственно, энергии активации подвижности в образце № 2 косвенным образомуказывают представленные на рис. 4.14 температурные зависимости фотопроводимостидля образца № 2 в отожжённом состоянии (кривая A) и после его освещения в вакууме втечение четырех часов (кривая B).
В области низких температур температурныезависимостифотопроводимостиимеютактивационныйхарактер.Наблюдаемоеувеличение энергии активации температурной зависимости фотопроводимости образца№ 2 после его освещения в вакууме может быть связано с увеличением энергииактивации подвижности, определяемой потенциальным барьером на границах колонн.17710-6∆σph, Ом-1см-1BA10-710-810-910-102468-11000/T, K10Рис. 4.14. Температурные зависимости фотопроводимости образца № 2 (таблица 1.1) в отожженномсостоянии (А) и после его освещения в течение 4-х часов в вакууме (В). Измерения проводились приосвещении пленки светом с энергией кванта hν=1.8 эВ и интенсивностью I=6 1014 см-2с-1.Заметим, что к уменьшению проводимости в результате освещения образца № 2 ввакууме могут привести также оборванные связи, образующиеся под действиемосвещения, внутри колонн нанокристаллов.
Как отмечалось в пункте 3.1, уровень Фермиобразца № 2 находится в минимуме плотности состояний запрещенной зоны колонныnc-Si:H. В этом случае, образованные в результате освещения дефекты, могут сместитьуровень Ферми к середине запрещенной зоны колонны и тем самым привести куменьшению проводимости.При освещении образца № 2 в результате уменьшения подвижности электронов егопроводимость может стать биполярной. Поэтому наблюдаемый рост проводимостиобразца № 2 после его длительного освещения в атмосфере (кривая 3 на рис. 4.10),возможно, объясняется увеличением вклада дырочной составляющей проводимости, также как и в рассмотренных выше образцах p-типа.Подтверждением приведенной выше интерпретации изменений проводимостипленок nc-Si:H под действием освещения может служить тот факт, что проводимостьобразца № 2 в результате длительного освещения практически не изменяется(наблюдается лишь небольшое увеличение проводимости при освещении в атмосфере178сухого воздуха) после термического отжига образца при температурах Ta≤ 400 oC.
Какбыло отмечено, в результате термического отжига образца при Ta≤ 400 oC, его уровеньФерми смещается к потолку валентной зоны и образец становится материалом p-типа,обладающим большойвеличинойпроводимости.Согласноприведеннойвышеинтерпретации, для пленок nc-Si:H p-типа, обладающих большой проводимостью, недолжно наблюдаться заметных изменений проводимости в результате освещения как ввакууме, так и в атмосфере сухого воздуха.Как было отмечено в начале данного раздела проведенные выше исследования ирассуждения относились к пленкам nc-Si:H, полученным методом PECVD. В случаепленки nc-Si:H, полученной методом ECRCVD (образец № 6, таблица 1.1), придлительном освещения как в вакууме, так и в атмосфере окружающего воздуха мы необнаружили никаких изменений в значениях ее темновой и фотопроводимости. Этоможет быть связано с тем, что образец № 6 является образцом n- типа и обладаетотносительно большой проводимостью. На фоне довольно высокой проводимостиобразца № 6 не заметно изменение проводимости вызванное образованием дефектовтипа оборванных связей на границах или внутри колонн нанокристаллов в результатеосвещения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
