1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Более детально эти вопросы рассмотрены в литературе [254, 255!. 3.5.! Электронные свойства Исходя из общих соображений, многие считают, что можно получить совершенные по структуре диэлектрические пленки, близкие по толщине к мономолекулярным слоям и сохраняю- Р6 ! О 292 ! 0,354 0,381 0,431 0,450 1,179 2,229 1,209 2,349 1,229 2,649 1,259 2,829 1,329 3,029 1,409 3,259 1,519 3,539 1,639 3,839 1,749 4,209 1,799 ~ 4,419 0,514 0,534 0,589 0,615 0,635 0,656 0,678 0,697 0,723 0,737 0,704 0,756 0,821 0,892 0,984 1,087 1,2! 5 1,393 1,610 1,937 1,859 1,949 2,059 2,229 2,339 2,519 2,659 2,799 3,009 3,339 5,!89 0,773 5,499 0,780 5,889 0,795 6,329 0,807 6,899 0,825 7,649 0,846 8,589 0,866 5 Глава 3 216 Энергия сродства к электрону.
эв Диэлектрическая про- никаемость Ширина запрещен- воа зоны, эн Показатель преломлениях) Материал 1,00 слОз 510 5)зна 1,44 (1,6) 1,7 (6,0) 2,05 12 4 (кристаллический) 5 (аморфный) 4,3 3 3,7 3,3 2,0 4,20 1,4 7,3 4,4 4,3 3,9 4,56 4,22 4,98 1,72 25 30... 40 10 5,5 39 12 12 9,65 та О Т1 Хпз мйр, )4ьзОа Сн О 5Ь О СгзОз Мйо 2,2 (0,59) 2,2 ... 2,7 (0,55) 2,2 (2,0) 1,37 (0,59) 1,77 (0,36) 1 В скобках указаны значения длвнм волны з микрометрах.
щие диэлектрические и оптические свойства соответствующих массивных материалов. В пользу этого вывода говорят результаты некоторых единичных измерений характеристик пленок стеарата кадмия толщиной 2,46 нм, нанесенных на сколы моно- кристаллов В!аТетбб. Сверхтонкие диэлектрические пленки, осаждаемые из паровой фазы, приобретают сплошность только при определенной толщине, зависящей от условий образования и роста зародышей, которая в случае создания аморфных пленок может составлять всего несколько десятых долей нанометра. Диэлектрические и оптические свойства несплошных гранулированных пленок зависят от коэффициента заполнения пленки веществом и от характеристик этого вещества в массивных образцах.
Полагают, что средняя длина свободного пробега носителей заряда и свойства поверхностных состояний не влияют на диэлектрические параметры пленок. Установлено, что по электрической прочности тонкие пленки оксидов не уступают массивным образцам. Если реализуется лавинный механизм пробоя, то можно ожидать, что напряженность поля, вызывающего пробой, будет увеличиваться при уменьшении толщины пленки, когда толщина пленки не превосходит средней длины свободного пробега электронов, образующих ток пробоя. Для большинства материалов этот эффект наблюдается при толщине пленки менее 2 нм.
Однако в некоторых пленочных материалах зависимость электрической прочности от толщины пленки обнаружи- Таблица З.б. Электрические н оптические параметры диэлектрических пленок, применяемых в тонкопленочных солнечных элементах 217 Физические свойства тонких пленок 2,7 1,7 1,6 2,5 1,5 2,1 0,2 0,6 1,0 1Л 0,5 0,4 0,5 0,6 д, мкм Л, ммм а 6 Рис.
3 39. Спектральные зависимости показателей преломления пленок А!зОз, осажденных методом вакуумного испарения на подложки с температурой 40 и 300 'С (а), и анодной пленки ТатОз (б) [234]. вается при значительно ббльших толщинах, что, по-видимому, связано с особенностями их микроструктуры. Толстые физически сплошные пленки как с монокристаллической, так и аморфной структурой (оксидные пленки в своем большинстве являются именно аморфными) и массивные образцы соответствующих материалов имеют примерно одинаковые диэлектрические свойства. Характерные особенности пленок, такие, как наличие сквозных пор, неоднородность толщины, нестехиометричность и неоднородность состава, анизотропия свойств, а также существование ловушечных уровней, связанных со структурными дефектами, влияют на их диэлектрические свойства и процесс переноса электронов.
Все указанные отклонения параметров пленок от идеальных, свойственные много- компонентным диэлектрическим пленкам, определяются условиями их осаждения. В частности, при получении пленок В(Ок вакуумным испарением параметр х может изменяться от 1 до 2 1260]. Пленки В(О„, осаждаемые из паровой фазы как физическими, так и химическими методами, всегда неоднородны по составу, а в некоторых случаях они содержат смесь В1 с В(О . Анализ состава пленок, осуществляемый различными методами, показывает, что слой нестехиометрического состава, образующийся на границе раздела выращиваемой пленки В(02 и подложки из Я, имеет толщину от нескольких мономолекулярных слоев до 1,2...1,3 нм. Диэлектрическая проницаемость и оптические постоянные неоднородных по составу пленок существенно отличаются от соответствующих параметров массивных образцов и зависят от температуры и метода осаждения.
Подтверждением этому служат приведенные на рис. 3.39 спектральные зависимости показателя преломления пленок А!,ОФ полученных вакуумным испарением, и анодной пленки Та206. Под влиянием структурных несовершенств и механических напряжений диэлектрические потери в пленках увеличиваются по сравнению с потерями в массивных образцах.
Вследствие этого пленки имеют более высокий температурный коэффици- 218 Глава 3 т,'с !О"' 150 50 0 — 50 -100 ент диэлектрической проницаемости, а, = (гт!питт(Т), который с помощью приближенного уравнения Гейвера может быть представлен в виде -140 1О-' и, = А 1п 6 — ис (1+ и). Здесь А — постоянная величина, 1дб — тангенс угла диэлектрических потерь и аь — коэффициент линейного теплового расширения. Наличие сквозных пор и ловушечных уровней, а также неоднородность состава оказывают сильное воздействие на процесс переноса электронов в тонких диэлектрических пленках.
Несмотря на активные исследования в данной области (254, 255), вопрос о преобладающем механизме переноса электронов в этих пленках до сих пор остается нерешенным. Высказаны предположения о существовании различных механизмов переноса, причем отдельные из них (или их сочетания) наблюдались разными авторами в пленках неодинакового состава. Рис. 3.40 иллюстрирует наличие нескольких механизмов переноса электронов в пленках 3101514. Основные результаты многочисленных исследований диэлектрических пленок толщиной менее 1О нм в электрическом поле, создаваемом между металлическими электродами, охватывающими пленку, могут быть представлены в виде следующих выводов. 1.
Тип преобладающего механизма проводимости зависит от напряженности поля и температуры. В сверхтонких пленках (толщиной (3 нм), как правило, наиболее важную роль играет процесс тупвелировання носителей. 2. Количественное сопоставление экспериментальных данных с теоретическими результатами возможно только при подборе соответствующих значений высоты потенциального барьера или толщины пленки (или обоих параметров одновременно).
К отличительным характеристикам каждой конкретной пленки относятся: высота и форма барьера, энергия сродства к электрону, степень неоднородности пленки по толщине, плотность сквозных пор, диэлектрическая проницаемость, возможность диффуЗии на границе раздела пленки с подложкой, а также параметры поверхностных и примесных уровней. 1О-' 10 л 2 4 0 В 1042'т(т, к) Рис. 3.40. Температурная зависимость тока, проходящего через диод со структурой див Явйв — эн при напряженности электрического поля 3,3.!04 В!см [2611.
!'! — ток, обусловленный эмиссией Пула — Френкеля, !'в — туннельный ток, тв — омический ток. Физические свойства тоикиз олеиок Образование в пленках сквозных пор является следствием статистического, вероятностного характера процесса осаждения из паровой фазы и наличия частиц пыли в атмосфере, окружающей растущую пленку. Плотность пор размером менее 1 мкм можно уменьшить до значения -10' см — ', что не обязательно приведет к существенному изменению туннельного тока. В неоднородных по толщине пленках возможны значительные пространственные вариации туннельного тока, который связан с толщиной пленки экспоненциальной зависимостью. При осаждении аморфных пленок разброс их толщины по площади (или шероховатость) определяемый законом Пуассона, пропорционален 1с( (И вЂ” толщина пленки).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
