Электрические, фотоэлектрические и оптические свойства модифицированных пленок a-Si-H (1105262)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТим. М. В. ЛОМОНОСОВАФизический факультетНа правах рукописиНАЛЬГИЕВА Мадина АлихановнаЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ, ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ОПТИЧЕСКИЕСВОЙСТВА МОДИФИЦИРОВАННЫХ ПЛЕНОК a-Si:H.01.04.10. – Физика полупроводниковАвтореферат диссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква - 20062Работа выполнена на кафедре физики полупроводников физического факультетаМосковского государственного университета имени М.
В. Ломоносова.Научный руководитель:кандидат физико-математических наук,старший научный сотрудник И. А. КуроваОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессор С. Н. Козловкандидат физико-математических наук,старший научный сотрудник Д. Г. ЯркинВедущая организация:Московский инженерно – физический институт.Защита состоится «»_____________ 2006 года в ______ часов на заседанииСпециализированного Совета Д 501.001.70 в МГУ им.
М. В. Ломоносова по адресу: 119899,ГСП, г. Москва, Воробьевы Горы, МГУ им. М. В. Ломоносова, физический факультет,криогенный корпус, ауд. 2-05а .Автореферат разослан «» _____________ 2006 года.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ им. М. В.Ломоносова.Ученый секретарьСпециализированного Совета Д 501.001.70в МГУ им. М. В. Ломоносовадоктор физико-математических наук,профессорГ.
С. Плотников3ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.Актуальность темы. Одним из самых интересных с научной точки зрения иперспективных для практического применения аморфных материалов является аморфныйгидрированныйкремний.Аморфныйгидрированныйкремнийотличаетсявысокойфотопроводимостью, большим коэффициентом поглощения и возможностью эффективноголегирования, что определяет использование широкого круга методов для его научногоисследования, а также его практическое применение. Большой практический интерес к aSi:H связан также с дешевизной и высокой технологичностью этого материала,обусловленных, в частности, возможностью получения пленок различных толщин набольших площадях при невысоких температурах.На основе a-Si:H созданы: солнечные элементы с к.п.д до 13%; фотоприемники,фотоэлементы, видиконы; полевые транзисторы для адресации жидкокристаллическихдисплеев; элементы памяти, запоминающие устройства; элементы интегральных схем;приборы для электрографии и т.д.Для изготовления полупроводниковых приборов необходимы материалы с различнымисвойствами.
Особенностью пленок a-Si:H является возможность модифицировать ихсвойства внешними воздействиями, в частности, термическим отжигом. Установлениеприроды этих модификаций является важным научным направлением, позволяющим понятьфизику этого материала и новые возможности его практического применения.Изменение свойств пленок a-Si:H под влиянием термического отжига исследовалось вомногих работах. Наиболее исследованы нелегированные пленки. Было установлено, что притемпературах отжига Tа меньших температуры их получения Ts изменения параметровнелегированных пленок незначительны и связаны с несовершенством изготовленных пленок,например, с неоднородностью распределения водорода.При температурах отжига Tа > Tэ ( Tэ – температура, соответствующая максимальнойскорости выхода водорода из пленок) происходят существенные изменения электрических,фотоэлектрических и оптических свойств пленок.
Эти изменения обусловлены структурнойперестройкой водородных связей и интенсивным образованием оборванных связей кремния(ОС). Имеются литературные данные и о таких структурных перестройках, как образованиев a-Si:H микрокристаллической фазы или цепочечных структур кремния – силицина.В легированных бором отожженных пленках a-Si:H существенные измененияэлектрических, фотоэлектрических и оптических свойств наблюдались и при температурахотжига ниже Tэ .
Например, увеличивалась темновая проводимость и фотопроводимость, что4было обусловлено увеличением концентрации электрически активных атомов примеси бора.При отжиге этих пленок при Tа > Tэ в результате эффузии водорода происходилоинтенсивное образование оборванных связей кремния на фоне, которого более слабыйпроцесс увеличения концентрации электрически активных атомов примеси не проявлялся.Надо отметить, что исследования проводились в основном для пленок, отожженных ввакууме и только до температур отжига ниже 520ºС. После отжига в вакууме при такойвысокой температуре, из-за интенсивной эффузии водорода, наблюдались механическиеповрежденияпленок.Этомешалопроведениюисследованийихэлектрических,фотоэлектрических и оптических свойств.В настоящей работе проводился отжиг пленок a-Si:H при температурах выше 520ºС.Отжиг проводился в потоке водорода, что уменьшало скорость эффузии водорода исущественно предотвращало механические повреждения пленок.Цельюнастоящейработыбылоустановлениеизмененияэлектрических,фотоэлектрических и оптических свойств нелегированных и легированных бором пленок aSi:H после высокотемпературного отжига их в потоке водорода и определение влиянияпримеси бора на эти изменения.Научная новизна работы состоит в следующем.1.Обнаружено, что в отожженных, легированных бором пленках a-Si:H (p-типа) вобласти низких температур (Т < 150К) наблюдается прыжковая проводимость с переменнойдлиной прыжка по состояниям оборванных связей кремния ( D + , D 0 ).2.
Обнаружено, что в отожженных, легированных пленках a-Si:H (p-типа), с большейконцентрацией бора, в области промежуточных температур наблюдается прыжковая ε 2 проводимость по состояниям хвоста валентной зоны.3. Определен размер области неэкспоненциального спада плотности локализованныхсостояний хвоста валентной зоны в отожженных пленках a-Si:H(В) p-типа.4. Установлено уменьшение оптической ширины запрещенной зоны E g и увеличениедлинноволнового показателя преломления n0 нелегированных и легированных бором пленокa-Si:H в результате высокотемпературного отжига их в потоке водорода.
Показано, что этиизменения, связанные с уменьшением концентрации водорода, не зависят от начальногосодержания водорода и примеси бора в пленках.5Практическая ценность работы. Данные, полученные в работе об измененииэлектрических, фотоэлектрических и оптических свойств пленок a-Si:H в результатевысокотемпературного отжига могут быть использованы при создании на основе a-Si:Hматериалов с заданными параметрами.Основные результаты и положения, выносимые на защиту.1. Обнаружено, что темновая проводимость отожженных сильно легированных боромпленок a-Si:H ( C B = 4 ⋅ 1018 см −3 ) имеет неактивационную температурную зависимость иопределяется суммой зонной проводимости, прыжковой проводимости с переменной длинойпрыжка по состояниям оборванных связей кремния ( D + , D 0 ) и прыжковой ε 2 -проводимостипо состояниям хвоста валентной зоны.
Возникновение прыжковой ε 2 -проводимости связанос увеличением концентрации электрически активных атомов бора и смещением уровняФерми к потолку валентной зоны.2. Определен размер области неэкспоненциального спада плотности локализованныхсостояний хвоста валентной зоны в отожженных сильно легированных бором пленках a-Si:H,как разность энергий активации зонной и прыжковой ε 2 - проводимости.3. Установлено, что в результате высокотемпературного отжига в потоке водороданелегированных и легированных бором пленок a-Si:H происходит уменьшение оптическойширины запрещенной зоны E g и увеличение длинноволнового показателя преломления n0 .Показано, что эти изменения связаны с уменьшением концентрации водорода и не зависят отначального содержания водорода и примеси бора в них.Апробация работы и публикации.
Основные результаты диссертационной работыдокладывались на следующих семинарах и конференциях: IV Международная конференция"Аморфные и микрокристаллические полупроводники" (С-Петербург, 2004 г.), третьяРоссийская школа ученых и молодых специалистов "Кремний. Школа-2005" (Москва,2005г.), научная конференция "Ломоносовские чтения" (Москва, 2005г.), VII Российскаяконференция "Полупроводники 2005" (Звенигород, 2005г.), научная сессия "МИФИ – 2006"(Москва, 2006г).Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав,выводов, списка цитируемой литературы и публикаций автора. Объем работы составляет 117страниц, включая 35 рисунков и 2 таблицы. Библиография содержит 108 наименований.КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.6Во введении дается обоснование актуальности и практической значимости темыдиссертации, сформулированы цель работы, ее научная новизна и приведены положения,выносимые на защиту.В первой главе представлен литературный обзор основных работ, посвященныхисследованию влияния термического отжига на электрические, фотоэлектрические иоптические свойства нелегированных и легированных пленок a-Si:H.В разделе 1.1 приводятся основные результаты исследований влияния термическогоотжига в вакууме на электрические свойства нелегированных и легированных пленок.Показано, что при отжиге этих пленок при температурах Tа ниже и выше температур,соответствующих максимальным скоростям выхода водорода из пленок Tэ их электрическиесвойства изменяются по-разному.
При Tа < Tэ наблюдается незначительное увеличениетемновой проводимости σ d , что в нелегированных пленках объясняется уменьшениемнеоднородности образца, а в легированных бором и фосфором пленках - увеличением послеотжига эффективности легирования, т.е. увеличения концентрации электрически активныхатомов примеси бора. При Tа > Tэ и в нелегированных и в легированных пленках a-Si:Hнаблюдается резкое уменьшение темновой проводимости, очевидно вследствие эффузииводорода из пленок, которая приводит к увеличению концентрации оборванных связейкремния,создающихдополнительныелокальныеэлектронныесостояниявщелиподвижности.В аморфных пленках с высокой плотностью оборванных связей (~ 10 19 эВ -1 ⋅ см -3 ) припонижении температуры, когда зонная проводимость уменьшается, проявляется прыжковаяпроводимость, определяемая туннельными переходами носителей с участием фононов иззанятых состояний в свободные состояния оборванных связей. Как видно из данного обзоралитературы, двумерная прыжковая проводимость с переменной длиной прыжка наблюдаласьв напыленных тонких пленках a-Si и a-Si:H; в тонкопленочных полевых транзисторах – ваккумуляционном слое на границе a-Si:H с диэлектрическим слоем a-SiNx:H, играющимроль затвора; в отожженных в вакууме слоистых нелегированных пленках a-Si:H,полученныхпутемциклическогоплазмохимическогоосажденияспромежуточнойтермической обработкой каждого слоя в водородной плазме.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
