1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 66
Текст из файла (страница 66)
В нескольких пленках а-Я: Н, полученных методом ионного распыления в атмосфере, состоявшей из смеси аргона с водородом, авторы измерили концентрацию Н, Аг и О. Концентрация водорода изменяется в пределах 2...25%, причем пленки наиболее высокого качества, паноснвшиеся при давлении газа -0,7 Па, содержат 17 о(о водорода. При повышении давления распыляющего газа концентрация аргона уменьшается, в то время как концентрация кислорода возрастает. Это означает, что пленки, осажденные при высоком давлении газа, должны окисляться более интенсивно.
Если давление распыляющего газа невелико, то наличие аргона (его положительное влияние усиливается именно при пониженном давлении газа [24]) способствует образованию пленок а-ВН Н, которые содержат в большом количестве моногидрид кремния и аргон. и не имеют микрополостей, существенно влияющих на свойства а-ЬН Н. 6.4.3 Оптические свойства Оптический коэффициент поглощения а пленок а-5(: Н превосходит коэффициент поглощения кристаллического кремния более чем на порядок величины почти во всей видимой области солнечного спектра [56]. На рис.
6.3,а представлены зависимости коэффициента поглощения пленок а-5|: Н, осаждаемых в тлеющем разряде, от температуры подложки. Рис. 6.3,б иллюстрирует влияние температуры подложки на оптическую ширину запрещенной зоны Е„рг (определяемую с помощью кривых зависимости (агат) нэ от йм) пленок а-Я: Н, получаемых в тлеющем разряде постоянного тока и в высокочастотном разряде [37].
Увеличение Е„рт при понижении температуры подложки объясняется возрастанием концентрации водорода в пленках [56]. Исследования методом фотоэлектронной эмиссии' [76] показали, что при введении водорода в аморфный кремний энергия, соответствующая краю валентной зоны, уменьшается, вгследствие чего возрастает оптическая ширина запрещенной зоны. Коэффициент поглощения света зависит также и от ряда других параметров процесса осаждения Глава 6 10' ' 1а" 1,7 1,6 и 1,4 1,6 2,2 2,6 ПмзВ 44 700 300 ааа Ваа т„, с 5 2,0 2,5 1ч ; г,а 1,5 0,2 0,4 0,6 0,6 с„, с, а — 4 — 5 — 2 — 1 0 1 2 10 О, ( а „вЂ” ошносашеаььая Валя пшамоз, К) (таких, как мощность разряда и давление газа), которые влияют на концентрацию водорода в пленках.
Поглощение света в а-о]1 Н при энергиях фотонов, меньших оптической ширины запрегценной зоны, не связано непосредственно с наличием водорода, а, по-видимому, обусловлено влиянием дефектов, образующих энергетические состояния в запрещенной зоне.
Данный эффект незначителен в том слзг- 'Рис. 6.3. и) Зависимости оптического коэффициента поглошеиия и пленок а-51: Н, осаждаемых в тлеющем разряде при различных температ) рах подложки Т„от энергии фотонов lгв ]37]. 1 — Тп = — 210 'С; 2 — Тп =325 'С; 3 — ҄— 415 'С; б) Зависимости оптической ширины запрещенной зоны Еогг пленок а-51: Н, осаждаемых в тлеющем разряде постоянного тока П) и в высокочастотном РазРЯде (2), от темпеРатУРы подложки Тп ]37)1 и) Зависимость Еорс пленок а-51: Р: Н, осаждаемых в тлеюшсм разряде, от отношения концентраций газов 5)Р и Нз Свг,'Стн в разрядной камере ]6]; е) Зависимости Еогс плевок а-51: Н, получаемых методом высокочастотиого иоииого распыления при различных давлениях р распыляюшего газа, от концентрации атомов водорода Сн в плазме ]24).
) — р = !О Па; 2 — - р = 5,3 Па; 3 — р.=- 2,7 Па; 4 — р =- 0,7 Па. зы Солнечные элементы ча основе аморфного кремния чае, когда температура подложки при нанесении пленки составляет — 300 'С ]37] (результаты измерений параметров фотолюминесценции и исследований пленок методом электронного парамагннтного резонанса подтверждают, что при этой температуре концентрация дефектов минимальна).
Показатель преломления п пленок а-51: Н приблизительно равен показателю преломления кристаллического кремния. При повышении температуры подложки от 195 до 420 'С (концентрация водорода при этом снижается с 40 до 10 о)а) значение п увеличивается примерно на 5 а1а, что согласуется с наблюдаемым уменыпением ширины запрещенной зоны ]56] Бродски и Лиари ]11] исследовали влияние температуры на показатель преломления осаждаемых в тлеющем разряде пленок собственного и легированного а-%: Н и установили, что при введении легирующей примеси характер температурной зависимости п изменяется незначительно, причем для аморфного. и кристаллического кремния эти зависимости совпадают. Оптическая ширина запрещенной зоны пленок а-51: Р: Н, получаемых в тлеющем разряде, уменьшается при увеличении отношения концентраций' 54Р, и Нт в исходном газе (см.
рис. 6.3, в). При понижении отношения концентраций 51Р, и Н, количество содержащихся в пленках атомов Р и Н возрастает. Фтор и водород образуют с кремнием связи 51 — Р и 51 — Н, которые оказываются более прочными, чем связь. 51 — 51 ]6]. Вследствие этого оптическая ширина запрещенной зоны увеличивается. Пленки а-51: Н, создаваемые методом высокочастотного. ионного распыления, обладают аналогичными оптическими свойствами. При возрастании концентрации водорода и увеличении общего давления распыляющего газа край поглощения смещается в область более высоких энергий (см.
рис. 6.3, г). 6.4.4 Электрические свойства Существует прямая взаимосвязь между электронными свойствами пленок а-51: Н и фотоэлектрическими характеристиками изготовляемых на их основе приборов. Подробное исследование пленок гидрогенизированного аморфного кремния (как собственного, так и легированного) выполнено в нескольких работах [4, 20, 69, 96, 97]. Установлено, что в пленках. а-51: Н происходят значительные обратимые структурные изменения под действием тепла н света ]98, 99]. Мы ограничимся. рассмотрением электронных свойств таких пленок, которые хорошо отжигаются, не меняют свойств при воздействии света и поэтому обладают воспроизводимыми характеристиками ]55, 100]. Глава 6 312 6.4.4.! Удельная проводимость Темповое удельное сопротивление отожжениых нелегированных пленок а-51: Н, получаемых в тлеющем разряде, может изменяться от 10" Ом ° см при температуре подложки Т„- 100 'С до значений менее 10' Ом .см [Т„ 550 'С) [1, 101].
Пленки, выращиваемые на сильно нагретых подложках, имеют достаточно высокую проводимость п-типа. Удельное сопротивление и фотопроводимость зависят также и от других параметров процесса осаждения, поскольку условия выращивания пленок влияют на плотность состояний в запрещенной зоне. Температурная зависимость темновой удельной проводимости нелегированных пленок а-51: Н может быть представлена в виде о=о,ехр[ — Е„[ИТ). Найденные с ее помощью значения энергии активации Ел составляют 0,2...0,8 эВ [1, 101]. Анализ удельного сопротивления и фотопроводимости нелегированных пленок а-51: Н может быть выполнен исходя из температурной зависимости проводимости, обусловленной свободными носителями заряда.
Согласно данным некоторых авторов [37], во всем интервале температур 180 ... 330 К темновая удельная проводимость характеризуется единственным значением энергии активации, равным 0,58 эВ. Однако другие авторы [101] наблюдали изменение механизма проводимости при температуре около 250 К и высказали предположение, что ниже этой тем пературы реализуется прыжковый механизм переноса носите лей заряда по состояниям, локализованным в запрещенной зоне. Получение противоречивых результатов можно объяснить различными свойствами пленок, осаждав1пихся в неодинаковых условиях. Для удельной проводимости как легированных, так и нелегированных пленок а-51: Н справедливо правило Мейера— Нелделя [102], согласно которому предэкспоненциальный множитель оа в приведенном выше уравнении для о равен паоехр[Ел]йТа), где оса и ИТа — постоянные величины [37]. При средней напряженности электрического поля более 10' В/см проводимость в пленках а-81: Н носит неомический характер.
Результаты исследования зависимостей проводимости в сильном поле от температуры и толщины пленки показывают, что протекание тока, по-видимому, обусловлено эффектом Пула — Френкеля [37, 103]. Следует подчеркнуть, что процесс ионизации ловушечных уровней под действием поля мотцет способствовать повышению эффективности собирания носителей, генервруемых светом в области пространственного заряда солнечных элементов иа основе а-51: Н. Благодаря легированию пленки а-51: Н приобретают проводимость либо и-, либо р-типа, а их удельное сопротивление снижается до 1О' Ом см. Кривые зависимости удельной прово- Солнечные элементы иа основе аморфного кремния 313. -5 с -5 х -7 о -з -3 2 3 а 5 б 7 В 3 !В) т1т,н) В -гз го-г !О-г гб ч дб-г гб-г гб-г Сьг вгтге гч — — гь /Сг н„ а Рнс. 6.4. а) Зависимость темновой удельной проводимости ор (при комнатной температуре) легированных пленок а-31: Н, осаждаемых в тлеющем разряде, от отношения нонпентраций газов ВеНч и о!Н», а также РНа и 3!Нч [431; в нелегированном а-31 г Н проводимость зависит от параметров знергетичесних уровней в запрещенной зоне, связанных с дефектами структуры; б) Температурные зависимости удельной фотопроводимости ор нелегированных пленок а-3! г Н при различных плотностях потока фотонов: !в 2 1О'ь ем †.с ', 2 — 2 !О" см †' с †', 3 — 2 !О'а ем †' с-', 4 — 2.10гж см-а с †' 137]; длина волны света — 0,6! мнм; около кривых указаны значения знер гии антивации Ел, соответствующие различным механизмам рекомбинации; кривая Б — температурная зависимость темновой удельной проводимости отожженных образцов.
димости (при комнатной температуре) пленок а-51: Н п- и р-типа, осаждаемых в тлеющем разряде, от состава газа показаны на рис. 6.4, а. Условия осаждения нелегированных пленок а-51: Н оказывают существенное влияние не только на темновое удельное сопротивление, но и на фотопроводимость. Согласно результатам анализа фотопроводимости, существуют различные механизмы рекомбинации носителей.
заряда, что является следствием многообразия распределений глубоких уровней в а-51: Н. Зависимость удельной фотопроводимости о„ от интенсивное~и излучения Н имеет вид оп гю Нт, где у — постоянная величина. В диапазоне интенсивностей излучения, отличающихся на четыре порядка величины, значения у составляют 0,7...0,75, что исключает возможность реализации монополярного (у= 1) и биполярного (у=0,5) механизмов рекомбинации и свидетельствует о наличии распределения рекомбинационных центров, близкого к зкспоненциальному. На рис. 6.4, б представлены кривые температурной зависимости удельной фотопроводимости нелегированных пленок а-51: Н при различных плотностях светового потока, показывающие, что даже при низких температурах ( 120 К) прово- 314 Глава 6 -5 -с Ю СГ -7 0,6 х -7 -в Я о -9 о 'х — б х С а -1г а 0,2 0 4 0,6 0,6 ! с,„,у с„, 1 2 3 4 5 РС,Хс1,33,нв Рис.
6.5. Зависимости удельной фотопроводнмости пр в условиях АМ! (а), энергии активации Ел (б) и темновой удельной проводимости оп (в) пленок а-51: Р: Н, осаждаемых в тлеющем разряде, от отношения концентраций 5(РС и Не (6), Рис. 6.6. Зависимости удельной фотопроводимости ор (при комнатной температуре) пленок а-51: Н, получаемых методом ионного распыления, от парциального давления аргона Рх, лри парциальном давлении водорода, равном 0,03 Па (!) и 0,08 Па(2) (22); энергия фотонов †,06 эди плотность потока фотонов — !О" см — 'с — '.
димость обусловлена наличием свободных носителей заряда. Кривые имеют две температурные области, которым соответствуют различные значения энергии активации: Ел=0,05 эВ (у=0,7) и Ел=0,)2 эВ (у=0,5). Значение температуры, разделяющей эти области, определяется интенсивностью излучения. Такой характер температурной зависимости фотопроводимости согласуется с предположением о существовании различных механизмов рекомбинации. Однако приведенные данные противоречат результатам Спира и др. [96), наблюдавших изменение энергии активации в пленках а-51: Н, осажденных в высокочастотном тлеющем разряде, при температурах ниже 250'С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
