Диссертация (1097807), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Также подробноисследован вопрос о влиянии положения уровня Ферми в nc-Si/a-Si:H на спектральныезависимости коэффициента поглощения.В третьей главе изучаются механизмы переноса и рекомбинации носителей зарядав пленках nc-Si/a-Si:H. Первая часть главы посвящена исследованиям проводимости впленках nc-Si/a-Si:H с различной объемной долей кремниевых нанокристаллов.Приводятсяданныепотемпературнымзависимостямпленокnc-Si/a-Si:H,анализируются возможные процессы переноса носителей заряда, обсуждаютсязависимости положения уровня Ферми от температуры. Во второй части главыприводятся сведения по изучению фотоэлектрических свойств пленок nc-Si/a-Si:H.Описываются использованные методики измерения стационарной фотопроводимости и15релаксации фотопроводимости в структурах nc-Si/a-Si:H.
Исследуется влияниеобъемной доли кристаллической фазы на температурные зависимости стационарнойфотопроводимости и кинетики ее спада в пленках nc-Si/a-Si:H. Рассматриваются также,полученныенаоснованииизмеренийстационарнойинестационарнойфотопроводимости, температурные зависимости дрейфовой подвижности и временифотоответа в пленках nc-Si/a-Si:H. В заключение предлагается модель переноса ирекомбинации носителей заряда в пленках nc-Si/a-Si:H.Для дальнейшего анализа процессов переноса и рекомбинации неравновесныхносителей в пленках nc-Si/a-Si:H, а также выяснения корреляции между проводимостью,фотопроводимостью и оптическим поглощением в указанных пленках в работепроведеныисследованиявлияниявысокотемпературноготермическогоотжига,длительного освещения и облучения электронами на оптические и фотоэлектрическиесвойства пленок nc-Si/a-Si:H как p-, так и n-типа.
Данные исследования представлены вчетвертой главе. В этой главе анализируются природа, местоположение и возможныемеханизмы образования дефектов в nc-Si/a-Si:H, созданных в результате длительногоосвещения, высокотемпературного термического отжига и облучения электронами.Подробно рассматриваются вопросы о влиянии созданных дефектов на механизмыпереноса и рекомбинации носителей заряда.В пятой главе обсуждаются особенности переноса носителей заряда в кремниевыхнанокристаллах, внедренных в диэлектрическую матрицу, на примере слоев nc-Si/SiO2.Исследованные слои nc-Si/SiO2 представляли собой квазиупорядоченно расположенныенанокристаллы кремния, разделенные SiO2.
В начале главы приводятся основныелитературные данные по проводимости такого рода систем. Формулируется задачаисследований. Потом обсуждается способ получения и структура изучаемых слоев ncSi/SiO2. Основная часть главы посвящена исследованию вольтамперных характеристики температурных зависимостей проводимости структур Au – nc-Si/SiO2 – с-Si сразличным числом пар слоев nc-Si/SiO2 и различным размером нанокристаллов.
Наоснове анализа экспериментальных данных предлагается модель переноса носителейзаряда в структурах Au – nc-Si/SiO2 – с-Si.Влияние формы нанокристаллов на их электрофизические и фотоэлектрическиесвойства рассматривается в шестой главе. Для этого в качестве объекта исследованийбыл выбран мезопористый кремний (с характерным размером нанокристаллов порядка16нескольких десятков нанометров), обладающий латеральной анизотропией формынанокристаллов (так называемый анизотропный пористый кремний): нанокристаллывытянуты вдоль кристаллографического направления [ 1 1 0 ].
В начале главы приводятсяосновныелитературныеданныепопроводимостипористогокремния.Затемописывается метод получения и структура исследованных в работе образцов ПК. Далееданы сведения по проводимости пористого кремния с анизотропией формынанокристаллов на постоянном и переменном сигналах. В конце главы рассматриваетсявлияние формы нанокристаллов на фотопроводимости, анализируются люкс-амперныехарактеристики и предлагается модель рекомбинации неравновесных носителей заряда ванизотропном ПК.В седьмой главе изучается вопрос о влиянии поверхностного покрытиянанокристаллов на электрические свойства систем, содержащих ансамбли кремниевыхнанокристаллов. В качестве образца для исследований выбран пористый кремний,поскольку он обладает большой удельной поверхностью.
Приводятся данные поисследованию влияния адсорбции активных молекул и термического окисления наэлектрофизические свойства ПК. При изучении вопроса об изменении проводимости врезультате адсорбции активных молекул целесообразно разделить вклады от измененияконцентрации носителей заряда и их подвижности. С этой целью концентрацияносителей заряда в пористом кремнии определялась из спектров ИК-поглощения (вслучае заметного поглощения на свободных носителях заряда).
Совместное измерениеэлектропроводности и концентрации свободных носителей заряда из спектров ИКпоглощения позволяет оценить величину подвижности по проводимости носителейзаряда в ПК и влияние на нее адсорбции активных молекул. Часть главы посвященаисследованию влияния термического окисления пористого кремния на механизмыпереноса носителей заряда вдоль и перпендикулярно поверхности пленки.17ГЛАВА 1. ПОЛУЧЕНИЕ И СТРУКТУРА ПЛЕНОК nc-Si/a-Si:HВ данной главе представлены сведения о методах получения и структурныхпараметрах исследованных в работе образцов nc-Si/a-Si:H.
Большое внимание уделеноиспользованию спектроскопии рамановского рассеяния для определения объемной доликристаллической фазы и размера нанокристаллов в полученных в работе пленках ncSi/a-Si:H. Также обсуждается относительно новый способ модификации структуры aSi:H посредством фемтосекундного лазерного воздействия. Приводятся данные овлиянии интенсивности фемтосекундного лазерного воздействия на получаемую врезультатеоблученияструктурупленокРассматриваетсяa-Si:H.возможностьиспользования метода ЭПР для диагностики наличия малой доли кремниевыхнанокристаллов в матрице a-Si:H.1.1. Методы формирования и механизмы кристаллизации пленокnc-Si/a-Si:HВ настоящее время распространены следующие методы получения пленок nc-Si/aSi:H: метод плазмохимического осаждения из газовой фазы смеси моносилана иводорода (PECVD – Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) с большойконцентрацией последнего [1-4], метод послойного роста [5,6], метод термическогоразложения моносилана [7,8], метод химического осаждения из плазмы, возбуждаемой вусловиях циклотронного резонанса (ECRCVD – Electron Cyclotron Resonance ChemicalVapor Deposition) [9], метод лазерной или термической кристаллизации аморфногокремния [10-14], твердо-фазная кристаллизация [15].
Наибольшую популярностью средивышеперечисленных технологий получил метод плазмохимического осаждения изгазовой фазы смеси моносилана и водорода. Это связано в основном со сравнительнойпростотой получения пленок nc-Si/a-Si:H указанным методом, его дешевизной ибольшим распространением, которое получил данный метод применительно к a-Si:H. Кнеоспоримым достоинствам получения пленок методом PECVD также надо отнести ивозможность низкотемпературного осаждения.
Температура подложки (Ts) в процессероста пленки этим методом составляет 200-300оС и ниже [16]. Это позволяетформировать структуры из наномодицированного аморфного кремния на гибкихносителях.18Получение пленок наномодифицированного аморфного кремния методом PECVDаналогично получению этим методом пленок a-Si:H. Единственное отличие состоит втом, что для получения аморфного кремния, содержащего кремниевые нанокристаллы,используется моносилан (SiH4) сильно разбавленный водородом (H2).Механизмы кристаллизации пленок при осаждении из смеси разбавленнойводородом изучались многими исследователями [17-22].
На сегодняшний день несуществуетединойтеориикристаллизацииизаморфнойфазы.Однаковсесуществующие модели можно разделить на две группы. К первой относятсяповерхностные модели, когда кристаллизация происходит на поверхности растущейпленки за счет адсорбции водорода и химических реакций на поверхности. Ко второмутипу относятся объемные модели, согласно которым изменение структуры происходитза счет диффузии водорода в приповерхностной области.По мнению авторов [9], разбавление моносилана большим количеством водородауменьшает скорость роста пленки и приводит к увеличению подвижности атомовкремния на ее поверхности.
Это в свою очередь увеличивает вероятность формированиянанокристаллов и повышает однородность и плотность материала. Также в процессероста пленки, водород пассивирует оборванные связи, образуя Si-H комплексы, иреконструирует слабые и напряженные Si-Si связи, что способствует упорядочиваниюматериала и увеличению объемной доли кристаллической фазы (Xc) [17-19]. В работе[20] отмечается, что добавление аргона, помимо водорода, в реакционную камерупозволяет уменьшить температуру подложки в процессе осаждения пленки до Ts=100150 оС. Легирование пленок наномодифицированного аморфного кремния в методеPECVD осуществляется путем введения в реакционную камеру гидридов, как правило,пяти- или трехвалентных примесей (обычно диборана или фосфина) [21,22].В работе [23] была предложена модель кристаллизации из аморфной фазы,основанная напозволилвзаимодействии с водородом.
Анализ экспериментальных данныхвыделить следующие этапы кристаллизации. На первом этапе водородвстраивается в напряженные Si-Si связи, формируя внутреннюю напряженность ваморфном слое. Затем в приповерхностной области формируютсяSiHn (n=1,2)комплексы из разорванных Si-Si связей. После того как концентрация SiHn становитсявысокой, формируется nc-Si/a-Si:H. В данной модели кристаллизация имеет место лишьпри определенной напряженности сетки независимо от температуры осаждения.19В работе [24] был рассмотрен способ получения пленок nc-Si/a-Si:H, получаемыхиз смеси (SiF4+H2+Ar). Отличием этого метода от роста nc-Si/a-Si:H из водородносилановой смеси является то, что кристаллизация происходит на начальном этапе роста.Специфика процесса обусловлена в данном случае взаимодействием аморфной фазы саргоном.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
