Диссертация (1105259), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Поскольку методСРМ основан на измерениях фотопроводимости, исследование спектров СРМ может пролитьсвет на особенности фотоэлектрических характеристик и плотности состояний в серединещели подвижности pc-Si:H.65Рис. 24. Схематическое изображение гетероперехода между a-Si:H и nc-Si:H и электронныхпроцессов при высоких (снизу) и низких (сверху) температурах.Спектральные зависимости коэффициента поглощения, измеренного методом СРМ,были близки у всех образцов исследованной серии pc-Si:H со значениями RH < 11. В качествепримера на рисунке 25 представлены спектральные зависимости α CPM, нормированные напоглощение при hν=1.8 эВ, для образцов Rh_5 и Rh_10. Полученная форма спектральныхзависимостей αCPM характерна для спектральных зависимостей α CPM, наблюдаемых для aSi:H.
На рис. 25 так же показаны спектральные зависимости αCPM в некоторых изисследованных пленок после их освещения при комнатной температуре в течение 1 часамонохроматическим излучением с энергией кванта 1.8 эВ и интенсивностью 2 мВт/см2.Длительное освещение использовалось для создания в пленках фотоиндуцированныхметастабильных оборванных связей (то есть для проявления эффекта Стеблера-Вронского).Как видно из рис. 25, в исследованных пленках длительное освещение приводит кнекоторому уменьшению α CPM в области энергий квантов 1.2-1.5 эВ и увеличению α CPM вобласти hν <1.2 эВ. Последний из отмеченных эффектов связан с ростом концентрацииоборванных связей под действием длительного освещения. Уменьшение αCPM последлительного освещения пленок в области 1.2-1.5 эВ не характерно для пленок a-Si:H, то естьявляется уникальной особенностью пленок pc-Si:H.
Отметим, что эффект возрастает сувеличением RH до 10. Отжиг при температуре 170 °С восстанавливает исходныеспектральные зависимости.66100aCPM(h n )/ aCPM(1.8 eV)-110-21011'22'-310-410-5100.81.01.21.41.61.82.0hn, eVРис. 25. Спектральные зависимости коэффициента поглощения в относительных единицахαCPM(hν)/αCPM(1.8 эВ) для пленок Rh_5 (1, 1') и Rh_10 (2, 2') в отожженном состоянии (1, 2) ипосле их освещения в течение 60 минут светом с энергией кванта 1.8 эВ и интенсивностью2 мВт˖см-2 (1', 2').Влияние различного времени и интенсивности освещения на спектральнуюзависимость αCPM пленки Rh_10 представлено на рисунке 26.
Кратковременное освещение (втечение 5 минут) приводит к уменьшению относительного поглощения, измеренногометодом СРМ, в области энергий квантов 1.2-1.5 эВ. При дальнейшем освещениипоглощение начинает возрастать. Подобное поведение было получено для всех образцовсерии и более ярко выражено для образцов с большим RH.
Отметим также, что крутизнаэкспоненциального участка изменения α CPM(hν) возрастает после освещения пленки.010-1aCPM(hn)/aCPM(1.8 eV)10-21012345-310-410-5100.81.01.21.41.61.82.0hn, eV67Рис. 26 Спектральные зависимости коэффициента поглощения в относительных единицахαCPM(hν)/αCPM(1.8 эВ) для пленки Rh_10 в отожженном состоянии (1) и после освещенияизлучением с hν=1.8 эВ и интенсивностью 2 мВт˖см-2 в течение 1 мин.
(2), 5 мин. (3) или 60мин. (4); а так же после освещения белым светом лампы накаливания с интенсивностью 40мВт˖см-2 в течение 80 минут (5).Проанализируем полученные результаты. Наблюдаемое в исследованных образцахфотоиндуцированное уменьшение относительного поглощения в области 1.2-1.5 эВ можетбыть вызвано следующими причинами: а) уменьшением плотности электронных состояний вщели подвижности, определяющих поглощение в данной области спектра в исследованныхпленках pc-Si:H, б) уменьшением заполнения данных состояний, в) уменьшением вкладаоптических переходов с данных состояний в фотопроводимость и, соответственно, впоглощение, регистрируемое методом СРМ.
В последнем пункте речь идет о том, что методCPM регистрирует только поглощение, приводящее к появлению неравновесных носителейзаряда, которые дают вклад в фотопроводимость.Наиболее важным для объяснения результатов представляется идентификациясостояний, который дают вклад в поглощение при hν =1.2-1.4 эВ в исследованных образцах.В большинстве работ, посвященных измерению спектральных зависимостей коэффициентапоглощения в пленках a-Si:H, считается, что основной вклад в поглощение в данной областиэнергий квантов дают состояния оборванных связей. В тоже время, по нашему мнению,наблюдаемое уменьшение относительного поглощения в области 1.2-1.5 эВ в исследованныхпленках pc-Si:H не связано с изменением (уменьшением) плотности электронных состояний,соответствующих дефектам типа оборванных связей. Информация об изменении плотностиэлектронных состояний, соответствующих дефектам типа оборванных связей, может бытьполучена из кинетики изменения фотопроводимости от времени освещения, посколькуданные дефекты являются основными центрами рекомбинации неравновесных носителейзаряда в a-Si:H.
На рисунке 27 показана кинетика фотоиндуцированного измененияфотопроводимости в относительных единицах для исследованных образцов. Как видно,наблюдается монотонное уменьшение фотопроводимости со временем освещения. Этоуказывает на монотонное увеличение концентрации оборванных связей со временемосвещения и соответствующих им состояний в щели подвижности. Следовательно,изменение плотности состояний, соответствующих оборванным связям, не может отвечать зафотоиндуцированное уменьшения αCPM в области hν =1.2-1.4 эВ.68Рис.
27. Зависимости относительного изменения фотопроводимости исследованных пленокΔσph при комнатной температуре от времени их освещения till.В работах [148,149] высказывалось предположение, что вклад в спектральнуюзависимость αCPM в пленках a-Si:H в области энергий квантов 1.2-1.5 эВ могут даватьоптические переходы электронов из валентной зоны на состояния, расположенные вышеуровня Ферми в щели подвижности данного материала, с последующей их термическойгенерацией в зону проводимости. В тоже время в ряде работ (см.
например [150])предполагается, что поглощение в данных пленках при hν>1.2 эВ связано с поглощением вкремниевых нанокристаллах, присутствующих в данных пленках. Действительно, выше ужеупоминалось, что в области энергий 1.2-1.4 эВ коэффициент поглощения в кристаллическомкремнии более чем на два порядка превосходит коэффициент поглощения в a-Si:H.Оптические переходы в нанокристаллах, присутствующих в a-Si:H, могут бытьзарегистрированы методом СРМ, если они приведут к возникновению неравновесныхносителей заряда. Как уже отмечалось выше, разрыв на границе c-Si/a-Si:H для зоныпроводимости больше чем для валентной зоны (рис. 24).
Если данное соотношениевыполняется на границе кремниевого нанокристалла с аморфной матрицей, то при hν >1.2 эВвозможно оптическое возбуждение электронов в кремниевых нанокристаллах с ихпоследующим переходом в зону проводимости a-Si:H и вкладом в фотопроводимость. Еслипредположить, что в исследованной пленке Rh_10 в отожженном состоянии вклад впоглощение, измеренное методом СРМ, в области hν =(1.2 – 1.5) эВ дают нанокристаллыкремния, то уменьшение этого поглощения после длительного освещения пленки может бытьсвязано с уменьшением вероятности перехода возбужденных в нанокристаллах электронов в69зону проводимости a-Si:H и их вклада в поглощение, измеряемое методом СРМ. Этоуменьшение может быть вызвано как увеличением ΔЕС, так и увеличением энергетическогобарьера на границе раздела нанокристаллов с аморфной матрицей в результатефотоиндуцированного увеличения концентрации дефектов типа оборванных связей награнице нанокристаллов с аморфной матрицей.
Таким образом, предложенная интерпретацияпредполагает, что в результате освещения уменьшается вклад поглощения в нанокристаллахв измеряемый спектр СРМ в области энергий кантов 1.2-1.5 эВ.Для проверки данного предположения построим спектральную зависимость величины(αСРМ (А)- αСРМ(В))1/2, где αСРМ(А) и αСРМ(В) – спектральные зависимости коэффициентапоглощения, полученные для образца Rh_10, соответственно, до и после его освещения втечение 5 минут светом с энергией кванта 1.8 эВ и интенсивностью ~2 мВт·см-2.
Известно,что коэффициент поглощения в нанокристаллическом кремнии описывается формулойα= (hν – Eg)2(11)Поэтому экстраполяция зависимости (αСРМ(А)- αСРМ(В))1/2 к нулю должна показыватьзначение энергии, близкое к ширине запрещенной зоны материала, отвечающего за разницу впоглощении пленки до и после деградации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
