Диссертация (1097807), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Относительно большая подвижность электронов в образце № 6 исключаетвозможность вклада в проводимость дырочной составляющей и, следовательно,изменений проводимости и фотопроводимости за счет адсорбции кислорода.Измерение спектральных зависимостей коэффициента поглощения исследованныхпленок в области энергий кванта hν=0.8-1.8 эВ не выявило различий в коэффициентахпоглощения отожженных пленок nc-Si:H и пленок nc-Si:H, подвергнутых длительномуосвещению как в вакууме так и в окружающей атмосфере. Тот факт, что в результатеосвещения пленок nc-Si:H не увеличивается поглощение в области “хвоста”, повидимому, свидетельствует о том, что концентрация состояний адсорбированныхатомов кислорода и образующихся под действием освещения дефектов, дающих вклад впоглощение,существенноимеющихся в пленке.нижеконцентрацииоборванныхсвязейизначально1794.3. Влияниеоблученияэлектронаминаоптическиеифотоэлектрические свойства nc-Si:HНа момент постановки задачи в литературе имелись данные по оптическим ифотоэлектрическим свойствам пленок nc-Si:H, облученных быстрыми электронами сэнергиями ≥1 МэВ.
При облучении нелегированных пленок nc-Si:H электронами сэнергией 1 МэВ (доза облучения при этом составляла 2.7·1018 см-2) наблюдалосьувеличение поглощения в области “хвоста” поглощения (hν<1.2 эВ), а такжеуменьшение темновой и фотопроводимости[223-225]. Так как при hν<1.2 эВпоглощение nc-Si:H определяется дефектами, то увеличение поглощения в области“хвоста” может свидетельствовать об увеличении концентрации дефектов в результатеоблучения электронами.
По мнению авторов [223-225], увеличение концентрациидефектовприводитксмещениюуровняФермиикувеличениюрекомбинационных центров. Это в свою очередь может привести кчисланаблюдаемымуменьшениям темновой и фотопроводимости.При облучении нелегированных пленок nc-Si:H электронами изменяется также ипоказатель люкс-амперной характеристики [225]. А именно, после облучения пленкиэлектронами показатель γ возрастает и примерно становится равным 1 практически вовсей области исследованных в работе [225] температур (T=40-300 K).
По мнениюавторов [225], это может свидетельствовать о мономолекулярной рекомбинациинеравновесных носителей в облученных электронами пленках nc-Si:H.При облучении полупроводников электронами, одним из важнейших параметровявляетсяэнергияпоследних.Так,приоблучениикристаллическогокремнияэлектронами с энергией порядка 1 МэВ возможен “ударный” механизм образованиярадиационных дефектов (в результате упругого соударения налетающего электрона сатомом вещества). В то же время при энергиях несколько десятков кэВ, основнымявляется подпороговое дефектообразование [226].
Аналогичная ситуация наблюдается идля аморфного гидрированного кремния: в случае облучения a-Si:H электронами сэнергией десятки кэВ возможно образование лишь оборванных связей Si, тогда как приэнергиях электронов 1-20 МэВ, кроме образования оборванных связей, можетпроисходить и смещение атомов Si из узлов решетки [227]. Таким образом, приоблучении электронами как аморфного, так и кристаллического кремния различными180являются два случая: облучение электронами с энергией, превышающей 1 МэВ и сэнергией в десятки кэВ.Поскольку nc-Si:H представляет собой многофазную систему, состоящую изаморфного кремния, колонн нанокристаллов и границ раздела, то представляетсяинтересным провести исследования влияния на свойства nc-Si:H облучения электронамис энергией в десятки кэВ, которая ниже порога дефектообразования в кристаллическомкремнии.
Поэтому нами исследовалось влияние облучения nc-Si:H быстрымиэлектронами с энергией 40 кэВ на его оптические и фотоэлектрические свойства, атакже влияние на указанные свойства термического отжига созданных при облучениидефектов. Измерения были проведены на пленках nc-Si:H, полученных методомECRCVD (образец № 6, таблица 1.1), поскольку параметры этих пленок стабильны, вчастности не изменяются при их длительном освещении (см.
пункт 4.2). Облучениепленок производилось потоком электронов плотностью 3·1013 см-2с-1. Полная дозаоблучения при этом составляла 3·1017 см-2. Термический отжиг созданных поддействием облучения дефектов проводился в интервале температур Ta=30-180 0C ввакууме 10-3 Па.На рис. 4.15 показаны спектральные зависимости относительного коэффициентапоглощения αcpm(hν)/αcpm(1.8эВ), полученные методом постоянного фототока, дляпленки nc-Si:H до ее облучения электронами (кривая 1) и после облучения (кривая 2). Изрисунка следует, что облучение nc-Si:H электронами с энергией 40 кэВ значительноувеличивает коэффициент поглощения nc-Si:H в области “хвоста” поглощения (hν<1.2эВ).Как уже неоднократно отмечалось поглощение в данной области энергий квантаопределяется состояниями дефектов типа оборванных связей в nc-Si:H. Соответственно,полученный результат указывает на увеличение концентрации дефектов в результатеоблучения nc-Si:H электронами с энергией 40 кэВ.
Наши измерения показали, чтоповышение температуры образцов после их облучения приводит к уменьшениюпоглощения в “дефектной области” спектра и, соответственно, к отжигу дефектов,вызванных облучением электронами nc-Si:H. В качестве иллюстрации на рисунке 4.15также показаны спектральные зависимости αcpm(hν)/αcpm(1.8эВ), измеренные прикомнатной температуре, для облученной пленки после ее отжига в течение 5 минут приразличных температурах (кривые 3-6).
Полностью исходное значение коэффициента181поглощения в области энергий квантов, меньших 1.2 эВ, восстанавливается послеотжига облученной пленки при температуре 180 0С в течение 1 часа (кривая 6).10 1αcpm(hν)/αcpm(1.8 eV)10 010 -110 -22310 -34510 -41610 -50.60.81.01.21.4h ν , eV1.61.82.0Рис. 4.15. Спектральные зависимости относительного коэффициента поглощения (αcpm(hν)/αcpm(1.8 eV))пленок nс-Si:H (образец № 6, таблица 1.1) до их облучения (1), после облучения (2), после облучения иотжига при температурах 110 oC (3), 165 oC (4) и 180 oC (5) в течение 5 минут, а также при температуре180 oC (6) в течение 1 часа.На рисунке 4.16 показаны температурные зависимости полной проводимостипленки nc-Si:H при ее освещении (σill=∆σph+σd), измеренные до облучения пленкиэлектронами, после облучения электронами, а также для облученной пленки после ееотжига в течение 5 минут при различных температурах. Как видно из рисунка врезультате облучения электронами величина σill уменьшается.
Отжиг облученнойпленки приводит к возрастанию σill.18210 -31234510 -4σill, S/cm10 -510 -610 -710 -810 -9246-11000/T, K810Рис. 4.16. Температурные зависимости полной проводимости при освещении (σill=σd+∆σph) пленок nсSi:H до их облучения (1), после облучения (2), после облучения и отжига при температурах 110 oC (3),165 oC (4) и 180 oC (5) в течение 5 минут.Представленные результаты показывают, что облучение nc-Si:H электронами сэнергией 40 кэВ приводит к образованию метастабильных дефектов в материале.Причем, отжиг возникших в результате облучения дефектов начинается присравнительно низких температурах.
Это иллюстрирует рисунок 4.17, на которомпоказано влияние температуры отжига (5 минут) облученных пленок на относительныеизменения,измеренныхприкомнатнойтемпературе,проводимости σ* /σ* ,фотопроводимости ∆σTU /∆σTU и относительного показателя коэффициента поглощенияв “дефектной” области спектра α8T’ 0.8 ” /α8T’ 0.8 ” . Здесь значения σ* , ∆σTU иα8T’ 0.8 ” соответствуют данным для необлученной пленки nc-Si:H. Видно, что приоблучении электронами nc-Si:H темновая проводимость практически не изменяется, в товремя как фотопроводимость уменьшается почти на два порядка (данные для Ta=30 oC).С увеличением температуры отжига наблюдается немонотонное изменение темновойпроводимости: σd сначала уменьшается, а при больших температурах отжиганаблюдается рост темновой проводимости. В отличие от темновой проводимостифотопроводимость непрерывно увеличивается с увеличением температуры отжига, аα8T’ 0.8 ” /α8T’ 0.8 ” монотонно уменьшается с ростом Ta.
Исходные значения183α8T’ 0.8 ” , ∆σTU и σ* восстанавливаются после отжига облученной пленки притемпературе 180 0С в течение 1 часа.В анализе литературы сообщалось о том, что в nc-Si:H имеется два вида дефектовтипа оборванных связей (см. пункт 1.4). Наблюдаемое изменение σ* с температуройотжига можно объяснить, если предположить, что при облучении электронами nc-Si:Hвозникают оба указанных типа оборванных связей и, что температура их отжигаразлична.Температурнаязависимостьполнойпроводимостиприσill(T)освещенииопределяется как температурной зависимостью темновой проводимости, так итемпературнойзависимостьюфотопроводимости.Послеоблученияnc-Si:Hэлектронами, характер зависимости σill(T) в исследованной области температур, ввидутого, что фотопроводимость мала, определяется главным образом температурнойзависимостьюσd(T).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
