Диссертация (1105259), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Основные результаты диссертации докладывались на всероссийских имеждународных конференциях, в том числе: 3 Всероссийская школа-семинар студентов,аспирантов и молодых ученых по направлению «Наноматериалы» (Рязань, Россия), VIII и IXМеждународная конференция «Аморфные и микрокристаллические полупроводники»(Санкт-Петербург, Россия, 2012, 2014), VII и VIII школа молодых ученых и специалистов11«Кремний-2011» и «Кремний-2012» (Москва, Россия), IX и X Курчатовская молодежнаянаучная школа (Москва, Россия, 2011, 2012), Научная конференция «Ломоносовские чтения 2012» (Москва, Россия), Week of doctoral students (Прага, Чехия, 2013), InternationalConference on Coherent and Nonlinear Optics and International conference on Lasers, Applications,and Technologies (ICONO/LAT 2013, Москва, Россия), XI Российская конференция по физикеполупроводников (Санкт-Петербург, Россия, 2014), SPIE Photonics Europe 2014 (Брюссель,Бельгия), International Conference on Amorphous and Nanocrystalline Semiconductors 2015(Аахен, Германия).Публикации.
По теме диссертационной работы опубликовано 38 работ (в том числе 15статей в списке изданий, рекомендованных ВАК).Личный вклад автора. В основу диссертации легли результаты исследований, проведенныеавтором в период 2010 – 2015 г.г. на кафедре полупроводников физического факультета МГУимени М.В. Ломоносова.
Автор внес определяющий личный вклад в выполненную работу:участвовал в формировании задач исследований, интерпретации и обсуждении полученныхрезультатов; выполнил комплекс работ по исследованию структуры, электрических,фотоэлектрических и оптических свойств двухфазных пленок гидрогенизированногокремния.Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 159 страницах машинописноготекста, иллюстрирована 81 рисунком, содержит 1 таблицу.
Список цитируемой литературысодержит 178 ссылок. Работа состоит из введения, 5 глав, заключения, содержащегоосновные результаты и выводы, и списка литературы.Содержание диссертации. В первой главе представлены литературные данные о способахполучения, структуре, электрических, фотоэлектрических и оптических свойствах пленок aSi:H и двухфазных пленок гидрогенизированного кремния. Под двухфазными пленкамипонимаются пленки гидрогенизированного кремния, состоящие из аморфной матрицы,содержащей нанокристаллы кремния. Имеющиеся литературные данные для пленокдвухфазного гидрогенизированного кремния в первой главе рассматриваются по отдельностив зависимости от объемной доли кристаллических включений (fC): нанокристаллическийкремний (fC > 10%), протокристаллический и полиморфный кремний (fC < 10%).
Так же вэтой главе приводятся литературные данные о механизмах кристаллизации пленок a-Si:Hлазерными импульсами нано- и фемтосекундной длительности и свойствах полученноголазерно-модифицированного материала.12Основныеметодики, использованныев работедляисследованияструктуры,электрических, фотоэлектрических и оптических свойств пленок двухфазного кремния,описаны во второй главе.Основные результаты работы и их обсуждение изложены в третьей, четвертой и пятойглавах. 3 глава посвящена исследованию структуры и свойств пленок протокристаллическогогидрогенизированного кремния.
Структура пленок исследовалась при помощи спектроскопиикомбинационного рассеяния света (КРС). Анализ температурных зависимостей темновой ифотопроводимости, спектральных зависимостей коэффициента поглощения, измеренногометодом постоянного фототока, и фотолюминесцентных свойств пленок позволилопределить влияние наличия малой доли нанокристаллических включений в аморфнойматрице на свойства пленок протокристаллического кремния.В главе 4 описаны проведенные исследования структуры и свойств полиморфногогидрогенизированногокремния(pm-Si:H).СпектроскопияКРСипросвечивающаяэлектронная микроскопия использовались для идентификации структуры пленок pm-Si:H.ЭПР спектроскопия использовалась для изучения парамагнитных центров в структурепленок.
Варьирование условий получения пленок pm-Si:H позволило определить влияниетемпературы подложки, толщины пленок, а так же давления и состава газовой смеси при ихполучении на структуру и фотоэлектрические свойства пленок, в том числе на стабильностьпараметров pm-Si:H под действием длительного освещения.Глава 5 посвящена изучению пленок a-Si:H, облученных фемтосекундными лазернымиимпульсами.СпектроскопияКРС,рентгеновскаяфотоэлектроннаяспектроскопия,оптическая, атомно-силовая и растровая электронная микроскопия были использованы дляхарактеризации структуры облученных пленок. Это позволило исследовать процессыкристаллизации, спалляции и оксидации пленок под действием лазерного облучения, а так жепроследить изменение морфологии поверхности образцов.
Измерения температурныхзависимостей проводимости и фотопроводимости исследованных пленок, а так жеспектральныхзависимостейкоэффициентапоглощенияпозволилоохарактеризоватьфотоэлектрические свойства двухфазного материала, полученного в ходе лазернойобработки. Последняя часть главы посвящена исследованию изменения концентрацииводорода в пленках a-Si:H под действием лазерного облучения.В заключении сформулированы основные результаты работы и выводы.13Глава 1.
Литературный обзорДанная глава диссертационной работы посвящена обзору литературных данных опленках гидрогенизированного кремния.Впервойчастиобзораописаныосновныеособенностинеупорядоченныхполупроводниковых материалов, в частности, аморфного гидрогенизированного кремния (aSi:H).Вторая часть литературного обзора посвящена двухфазным пленкам, состоящим изматрицы a-Si:H и нанокристаллов кремния.
Здесь будет рассказано о структуре и свойствахматериалов, исследованию которых посвящена основная часть диссертационной работы, атак же о связанных с данными материалами нерешенных проблемах. Эта часть поделена натри раздела. Первый из них посвящен нанокристаллическому кремнию (nc-Si:H), долякристаллической фазы в структуре которого превышает 10%. Во втором и третьем разделахбудет рассказано об известных на данный момент свойствах протокристаллического (pc-Si:H)и полиморфного (pm-Si:H) кремния. Оба материала представляют собой аморфнуюкремниевую матрицу с включением малой доли нанокристаллов кремния.
Оба материалаобладают улучшенными электронными свойствами и более высокой стабильностьюхарактеристик по сравнению с пленками аморфного кремния. В заключительной частилитературного обзора приведены данные о пленках двухфазного нанокристаллическогокремния, полученных при помощи фемтосекундной лазерной кристаллизации a-Si:H.1.1 Аморфный гидрогенизированный кремнийВ 70х годах двадцатого века работы У. Спира и П. Ле Комбера положили началоширокому исследованию аморфных тетраэдрических полупроводников [1,2].
В 1973 г.ученые обнаружили, что пленки аморфного кремния, получаемые путем разложениямоносилана (SiH4) в плазме тлеющего разряда, обладают электронными свойствами,нехарактерными для негидрогенизированного аморфного кремния. В 1975 г. они отметили,что свойства пленок a-Si:H можно изменять в широких пределах путем контролируемоговведения в газовую фазу небольших добавок диборана B2H6 или фосфина PH3. Уже в 1976 г.Д.
Карлсоном и К. Вронски были впервые созданы солнечные элементы (СЭ) на основе aSi:H. Их КПД составлял только 2,4%, однако с их создания началось активное развитие вобласти аморфных полупроводников [3–8]. Впервые солнечный элемент на основе a-Si:H,14имевший конструкцию p–i–n-структуры, был изготовлен в 1980 г. группой ученых подруководством Й.
Хамакавы. В том же году фирма «Sanyo» впервые использовала СЭ наоснове a-Si:H в коммерческих целях для питания ручных калькуляторов.Ключевымидостоинствамиa-Si:Hявляютсяболеевысокиепоглощениеифоточувствительность в области солнечного спектра по сравнению монокристаллическимкремнием. Это позволяет использовать тонкие фоточувствительные слои для созданиясолнечных элементов, что существенно снижает их конечную стоимость. Кроме того тонкиепленки a-Si:H могут быть получены практически на любых подложках, в том числе гибких, ипозволяют создавать устройства больших площадей.
Дополнительным плюсом являетсярадиационная устойчивость материала, обеспечивающая стабильную работу приборов вусловиях воздействия жесткого ионизирующего излучения.1.1.1 Способы получения и структура пленок a-Si:HАморфный гидрогенизированный кремний представляет собой цепочку ковалентныхсвязей Si-Si и Si-H.
Однако, в отличие от кристаллического кремния, в расположении атомовматериала отсутствует дальний порядок.Основнымспособомполучениянелегированныхпленокa-Si:Hявляетсяплазмохимическое разложение силана (SiH4) или его смеси с инертными газами (plasmaenhanced chemical vapor deposition — PECVD) в тлеющем разряде. В настоящий моментсуществуетбольшоеколичествотехнологийполученияпленокаморфногогидрогенизированного кремния, а именно: радио-частотное (13,56 МГц) и высокочастотноеплазмохимическое разложение силана (RF- и VHF-PECVD) [9,10], микроволновоехимическоеэлектронногоосаждение(MWCVD)циклотронного[11],резонансахимическоеосаждение(ECRCVD)[12],сиспользованиемхимическоеосаждение,использующее высокотемпературное разложение моносилана (hot wire CVD – HWCVD) [13]и другие.
Несмотря на большое количество отличий в процессах осаждения, свойстваматериалов, полученных указанными методами, очень похожи. Это связано с низкимитемпературами осаждения и присутствием атомов водорода в пленках, полученных всемиуказанными методами.Аморфная природа материала приводит к наличию пор и оборванных связей вструктуре a-Si:H. Типичная концентрация дефектов в пленках a-Si:H приборного качествасоставляет 10 15-1016 см-3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
