Автореферат (1105258), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В рамках проведенныхисследований получены следующие основные результаты, выносимые назащиту:1. Для пленок гидрогенизированного кремния с протокристаллическойструктурой наблюдается эффект температурного гашения фотопроводимостипри возбуждении пленок излучением с энергией кванта, меньшей шириныщели подвижности a-Si:H. Для данных пленок так же характерноуменьшение поглощения, измеренного методом постоянного фототока, вобласти энергий квантов 1.2-1.5 эВ после предварительного освещениямежзонным монохроматическим светом. Оба эффекта связаны с вкладомнанокристалловкремниявполнуюфотопроводимостьдвухфазногоматериала.2. Наличие малой доли нанокристаллических включений в пленках pm-Si:H,не приводящее к существенному изменению спектров комбинационногорассеяниясвета,вызываетувеличениекоэффициентапоглощения,измеренного методом постоянного фототока, в области hν =1.2-1.5 эВ.3.
Увеличение температуры подложки при получении pm-Si:H приводит куменьшениюэффектасформированныхфотоиндуцированнойпленок.Этотрезультатдеградацииобусловленпараметровуменьшениемконцентрации атомов водорода в структуре пленок, полученных при болеевысокой температуре.4.
Облучение пленок a-Si:H фемтосекундными лазерными импульсамипозволяет контролируемым образом проводить кристаллизацию пленок.Объемная доля кристаллической фазы полученного материала, а так же еераспределение по толщине пленок, контролируется параметрами получения иобработки пленок, в частности длиной волны и плотностью энергиилазерного облучения.95. Лазерная кристаллизация пленок a-Si:H сопровождается текстурированиемих поверхности, морфология которой определяется условиями облученияпленок. В частности, облучение пленок может приводить к формированиюпериодическихповерхностныхструктур,приводящихквысокойполяризационной чувствительности пленок.6.
Кристаллизация пленок a-Si:H фемтосекундными лазерными импульсамиприводит к изменению величины темновой проводимости на 3-5 порядков,изменения фотопроводимости существенно менее выраженные. Малый вкладвозникших нанокристаллов в фотопроводимость модифицированных пленоксвязан с их дегидрогенизацией в процессе модификации структурыматериала.Обоснованностьрезультатовидостоверностьобеспечиваетсяэкспериментальныхметодик,полученныхэкспериментальныхиспользованиемсовременныхвоспроизводимостьюрезультатовисогласованностью данных, полученных различными методами. Результатыисследований обсуждались на семинарах и докладывались на профильныхконференциях по проблемам, связанным с тематикой диссертационнойработы.Апробация работы.
Основные результаты диссертации докладывались навсероссийскихимеждународныхконференциях,втомчисле:3Всероссийская школа-семинар студентов, аспирантов и молодых ученых понаправлению «Наноматериалы» (Рязань, Россия), VIII и IX Международнаяконференция «Аморфные и микрокристаллические полупроводники» (СанктПетербург, Россия, 2012, 2014), VII и VIII школа молодых ученых испециалистов «Кремний-2011» и «Кремний-2012» (Москва, Россия), IX и Xкурчатовская молодежная научная школа (Москва, Россия, 2011, 2012),Научная конференция «Ломоносовские чтения - 2012» (Москва, Россия),Week of doctoral students (Прага, Чехия, 2013), International Conference onCoherent and Nonlinear Optics and International conference on Lasers,Applications, and Technologies (ICONO/LAT 2013, Москва, Россия), XI10Российская конференция по физике полупроводников (Санкт-Петербург,Россия, 2014), SPIE Photonics Europe 2014 (Брюссель, Бельгия), InternationalConference on Amorphous and Nanocrystalline Semiconductors 2015 (Аахен,Германия).Публикации.
По теме диссертационной работы опубликовано 38 работ (втом числе 15 статей в списке изданий, рекомендованных ВАК).Личныйвкладавтора.Восновудиссертациилеглирезультатыисследований, проведенные автором в период 2010 – 2015 г.г. на кафедреполупроводников физического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова.Автор внес определяющий личный вклад в выполненную работу: участвовалв постановке задач исследований, интерпретации и обсуждении полученныхрезультатов; выполнил комплекс работ по исследованию структуры,электрических, фотоэлектрических и оптических свойств двухфазных пленокгидрогенизированного кремния.Структура и объем диссертации.
Диссертация изложена на 159 страницахмашинописного текста, иллюстрирована 81 рисунком, содержит 1 таблицу.Список цитируемой литературы содержит 178 наименований.Содержание диссертацииВо введении обоснована актуальность темы диссертационной работы,сформулированы ее цель, задачи и новизна, указаны основные результаты иих практическая значимость.В первой главе представлены литературные данные о способахполучения, структуре, электрических, фотоэлектрических и оптическихсвойствах пленок гидрогенизированного кремния. В начале главы описаныособенности структуры, плотности электронных состояний, поглощения ипереноса носителей заряда в пленках a-Si:H.
Здесь так же описан эффектдеградации параметров пленок a-Si:H под действием длительного освещениямежзонным светом (эффект Стеблера-Вронского [1]).11Далее в первой главе рассмотрены свойства двухфазных пленокгидрогенизированногокремния,состоящихизаморфнойматрицы,содержащей нанокристаллы кремния. Имеющиеся литературные данные дляпленок двухфазногогидрогенизированногокремнияв первой главерассматриваются по отдельности в зависимости от объемной доликристаллических включений (fC): нанокристаллический кремний nc-Si:H (fC >10%), протокристаллический pc-Si:H и полиморфный кремний pm-Si:H (fC <10%).
Из представленных в литературном обзоре данных следует, что nc-Si:Hобладает большей подвижностью носителей заряда и большим поглощениемв области энергий квантов 1,1-1,7 эВ, по сравнению с соответствующимипараметрами a-Si:H. Пленки nc-Si:H, как и a-Si:H, формируются методомплазмохимического разложения смеси моносилана и водорода. Увеличениеконцентрацииводородавреакционнойкамереприводиткростуконцентрации нанокристаллов в структуре пленок. Отдельный подразделглавы посвящен пленкам, полученным в условиях начала формированиянанокристаллической фазы.
Показано, что данный материал, получившийназвание протокристаллический кремний, содержит небольшую долюнанокристаллов кремния, неоднородно распределенных по толщине пленки.В обзоре представлены имеющиеся литературные данные о физическихсвойствах pc-Si:H, в частности, показано, что параметры pc-Si:H болеестабильны при длительном освещении пленок, по сравнению с a-Si:H.В главе 1 также рассмотрены имеющиеся данные о пленкахполиморфного кремния, которые, как и pc-Si:H, состоят из аморфнойматрицы с включением малой доли кремниевых нанокристаллов.
Однако приосаждениипленокpm-Si:Hсоздаютсяусловияформированиянанокристаллов/кластеров кремния в газовой фазе, что приводит к иходнородному распределению по толщине растущей пленки. Представленныев обзоре данные свидетельствуют о том, что отличия в структуре пленок pcSi:H и pm-Si:H приводят к различию в оптических свойствах материалов.Пленки полиморфногокремнияхарактеризуютсянизкойплотностью12дефектных состояний и лучшей стабильностью параметров под действиемдлительного освещения, по сравнению с a-Si:H.В конце первой главы приведены литературные данные о механизмахкристаллизациипленокa-Si:Hлазернымиимпульсаминано-ифемтосекундной длительности, а также имеющиеся данные о структуре исвойствах полученного лазерно-модифицированного материала.
В данномразделе описаны электронные процессы, происходящие в пленках a-Si:H приих возбуждении фемтосекундным лазерным импульсом, с указаниемхарактерных временных масштабов этих процессов. В частности, описанэффект, так называемого, «холодного плавления» a-Si:H, наблюдающийсяприобработкепленоклазернымиимпульсамисубпикосекунднойдлительности.Вовторойглавеописаныметодикиисследованияструктуры,электрических, фотоэлектрических и оптических свойств двухфазных пленокгидрогенизированного кремния.
Подробно описана процедура анализаспектров комбинационного рассеяния света (КРС), с помощью которого вработе оценивались объемная доля нанокристаллической фазы в структуре идругие данные о структуре пленок. Кроме того приведено описание методапостоянного фототока (constant photocurrent method - CPM), который являлсяодним из основных методов, использованных в работе для изученияфотоэлектрических свойств исследованных материалов.Третьяглавадиссертационнойработыпосвященарезультатамисследований свойств пленок протокристаллического гидрогенизированногокремния. Была исследована серия кремниевых пленок, полученных приплазмохимическом разложении смеси моносилана и водорода, взятых вразличныхконцентрациях(RH=[H2]/[SiH4]=3-16).СпектроскопияКРСпозволила выделить из исследованной серии пленки, сформированные вусловиях перехода от структуры a-Si:H к структуре nc-Si:H.
Для данныхпленок в спектре КРС не наблюдалось выраженного максимума с центромоколо520см-1,соответствующегопоявлениювструктурепленок13кристаллической фазы с объемной долей fC > 10%. В тоже время максимум,соответствующий колебаниям поперечных оптических фононов в a-Si:H, дляпленок протокристаллического кремния, смещался в область больших частотна 2-5 см-1 по сравнению со спектром КРС a-Si:H.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
