WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

j Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 476 С.А. Аржанникова, М.Д. Ефремов, Г.Н. Камаев, А.В. Вишняков, В.А. Володин Параметры модели для расчета положения уровня Ферми зависит от уровня легирования пленки. В случае рис. 6, a и 6, b локализованные состояния в запрещенной зоне не Параметры модели Взонах В запрещенной зоне учитывались с целью анализа влияния именно нанокриEstdk, эВ Ev Ec - 0.сталлических включений.

Estdk, эВ -0.04 -0.Результаты учета локализованных состояний отражеNstdk, см-3/эВ 1021 0.5 · 1014, 0.5 · ны на рис. 6, c. Видно, что при учете локализованных Estak, эВ Ec Ec - 0.состояний влияние нанокристаллов менее существенно.

Estak, эВ 0.025 0.Тем не менее для высокой концентрации примеси при Nstak, см-3/эВ 1021 0.5 · 1014, 0.5 · 1017.

низких температурах по-прежнему наблюдается „пининг“ уровня Ферми на состояниях в нанокристаллах.

Выбранная модель плотности состояний в аморфном кремнии предполагает учет экспоненциально спадающих от границ зон аддитивных плотностей состояний:

E - Estdk Nsd(E) = Nstdk · exp, Estdk k E - Estak Nsa(E) = Nstak · exp.

Estak k Полный заряд на состояниях в запрещенной зоне:

Ec Nqs(T, EF) = Nsd(E)dE Ev Ec E - EF -- 1 + exp (Nsd(E) +Nsa(E)) dE.

k · T Ev Плотность состояний в запрещенной зоне Ns (E) задавалась так, чтобы минимум концентрации состояний приходился на энергию Ec - 0.7 эВ для согласования модели с экспериментом. Концентрация в минимуме состояний — Nsmin = 1014 см-3.

В таблице приведены параметры для экспоненциально спадающих энергетических состояний в запрещенной зоне, вводимые при расчетах. Ширина запрещенной зоны Eg была выбрана равной 1.8 эВ, что соответствует аморфному гидрогенизированному кремнию [12].

Положение уровня Ферми находили, решая уравнение электронейтральности.

Температурные зависимости уровня Ферми были рассчитаны для различных уровней легирования. Концентрация примеси варьировалась от 1012 до 1020 см-3.

В качестве донорной примеси при расчетах брали фосфор с Ed = 0.044 эВ, в качестве акцепторной — бор с Ea = 0.045 эВ.

На рис. 6 представлены расчетные данные по положению уровня Ферми в аморфном гидрогенизированном кремнии в зависимости от уровня легирования. Без легирующей примеси уровень Ферми лежит посередине запрещенной зоны. Введение примеси приводит к тому, что уровень Ферми при низких температурах стремится к энергии примесного состояния (рис. 6, a). Расчеты Рис. 6. Температурная зависимость уровня Ферми. a —с учепоказали, что нанокристаллы существенно влияют на том мелкой примеси; b — с учетом мелкой примеси и нанокриположение уровня Ферми (рис. 6, b). При низких темсталлов кремния Nnc = 1017 см-3; c — с учетом мелкой припературах уровень Ферми закрепляется на квантовых меси, нанокристаллов и плотности состояний в запрещенной уровнях в нанокристаллах, причем значение энергии зоне Ns = 1014 см-3/эВ.

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Особенности электропроводности легированных пленок -Si : H с нанокристаллами кремния за счет увеличения зонной проводимости. Этот вывод подтверждается резким изменением энергии активации проводимости при понижении температуры для одного и того же образца (кривая 2 на рис. 1), что впрямую свидетельствует о смене механизма проводимости. Сильная концентрационная зависимость проводимости, наблюдаемая для нелегированных пленок (кривые 2, 3 на рис. 1), также подтверждает высказанное предположение о том, что при введении сравнительно большой концентрации нанокристаллов прыжковый транспорт становится доминирующим механизмом. При этом в транспорте могут принимать участие как состояния в нанокристаллах, так и в окружающей матрице, находящиеся вблизи уровня Ферми. То обстоятельство, что уровень Ферми стремится к энергии уровней в нанокристаллах, лишь облегчает участие нанокристаллов в прыжковом транспорте заряда.

Для легированных пленок в результате лазерных обработок наблюдается возрастание проводимости и уменьшение эффективной энергии активации, что внешне схоже со случаем нелегированных пленок. Однако прямое сопоставление этих случаев при одних и тех же условиях лазерных обработок доказывает то, что при лазерных обработках происходит переход атомов фосфора в электрически активное состояние. С увеличением плотности энергии лазерного воздействия наблюдаемое различие проводимости достигает более чем 3-х порядков. Активация примеси в свою очередь приводит к движению уровня Ферми к зоне проводимости, что увеРис. 7. Температурная зависимость проводимости пленок гидличивает проводимость с одновременным уменьшением рогенезированного аморфного кремния (Ns = 1014 см-3/эВ) в энергии активации (рис.7).

зависимости от степени легирования: a — без нанокристаллов, b — с нанокристаллами. Цифры у кривых обозначают величину Nd, см-3.

4. Заключение Таким образом, в работе показано, что нанокристаллы кремния, формирующиеся в аморфном кремнии при Если пренебречь температурной зависимостью полазерных обработках, повышают электропроводность движности, то можно рассчитать электропроводность пленок при одновременном уменьшении эффективной пленок с нанокристаллами и без них. Результаты расчета энергии активации проводимости с 0.7 до 0.14–0.17 эВ.

для подвижности, равной 1 см2/В · с, приведенные на Увеличение проводимости нельзя описать в рамках рис. 7. Как следует из сопоставления рис. 7, a и 7, b, механизма проводимости по зоне. Уменьшение энергии введение нанокристаллов уменьшает проводимость по активации проводимости при понижении температуры, щели подвижности аморфного кремния для конценравно как и с увеличением концентрации нанокристалтраций мелкой примеси, меньших, чем концентрации лов, объясняется прыжковым транспортом с участием нанокристаллов. Таким образом, эффект существенного состояний в нанокристаллах кремния.

увеличения проводимости нелегированных пленок поВ результате воздействия лазерного излучения с длисле лазерных обработок, наблюдаемый в эксперименте ной волны 308 нм с плотностью ниже порога плавления (рис. 1), нельзя объяснить изменением зонной провов легированных фосфором аморфных пленках кремния димости вследствие введения нанокристаллов. Уровень происходит переход атомов фосфора в электрически Ферми при введении нанокристаллов сдвигается. Однако активное состояние. Наблюдаемое различие в проводив силу того что он стремится к энергии одного из уровмости превышает 3 порядка при комнатной температуре ней в нанокристалле, который является более глубоким, и растет с понижением температуры, что свидетельствучем состояние мелкой примеси, зонная проводимость ет об эффективной электрической активации примеси становится меньше, а энергия активации соответственно фосфора.

выше. Таким образом, в случае нелегированных пленок наблюдаемому увеличению проводимости и уменьше- Выражаем благодарность Л.И. Фединой и А.К. Гутанию энергии активации скорее следует искать объяс- ковскому за проведение исследования структур методом нение за счет изменения прыжкового транспорта, чем высокоразрешающей электронной микроскопии.

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 478 С.А. Аржанникова, М.Д. Ефремов, Г.Н. Камаев, А.В. Вишняков, В.А. Володин Работа выполнена при поддержке Сибирского отделе- Conductivity of doped -Si : H films ния РАН в рамках интеграционных проектов № 18 и 159.

containing silicon nanocrystals S.A. Arzhannikova, M.D. Efremov, G.N. Kamaev, Список литературы V.A. Vishnyakov, V.A. Volodin Institute of Semiconductor Physics, [1] Л. Журавлева. Перспективные технологии, 10, вып. Russian Academy of Sciences, Siberian Branch (2003).

[2] W.C. O’Mara. Sol. St. Technol., 1, 53 (1992). 630090 Novosibirsk, Russia [3] S.J. Matthews. Laser Focus World, 9, 103 (2001).

[4] V.V. Bolotov, M.D. Efremov, L.I. Fedina, E.A. Lipatnikov,

Abstract

The research of electrical properties for undoped and V.A. Volodin, I.G. Neizvestnij. In: Abstracts of Spring intentionally phosphorus doped -Si : H films, containing silicon Meeting of Material Research Society (San Francisco, 1993) nanocrystals, has been carried out. Silicon nanocrystals were p. A9.54.

formed during the solid-phase transition as a result of a nanosecond [5] M.D. Efremov, V.V. Bolotov, V.A. Volodin, L.I. Fedina, impact of XeCl excimer laser irradiation on the amorphous silicon E.A. Lipatnikov. J. Phys.: Condens. Matter, 8, 273 (1996).

film. Nanocrystals appearance inside of amorphous silicon film [6] T. Sameshima, S. Usui. J. Appl. Phys., 70, 1281 (1991).

was followed by both the increasing of conductivity by 2–3 orders [7] М.Д. Ефремов, В.В. Болотов, В.А. Володин, С.А. Кочубей, and lowering the activation energy from 0.7 eV down to 0.14 eV.

А.В. Кретинин. ФТП, 36, 109 (2002).

The dimension of nanocrystals was estimated from the Raman [8] Z. Iqbal, S. Veptek, A.P. Webb, P. Capezzuto. Sol. St.

and HREM measurements to be 2–10 nm depending on the Commun., 37, 993 (1981).

laser treatment parameters. On the basis of the calculations of [9] R. Tsu, J.G.-Hernandes, S.S. Chao, S.C. Lee, K. Tanaka. Appl.

quantum energies for localized electronic states in nanocrystals, Phys. Lett., 40, 534 (1982).

the temperature dependence of Fermi level was evaluated. As the [10] V. Paillard, P. Puech. J. Appl. Phys., 86, 1921 (1999).

temperature lowered Fermi level was shown to tend to quantum [11] M.D. Efremov, V.A. Volodin, L.I. Fedina, S.A. Kochubei, levels in nanocrystals within wide range of doping concentrations.

O.K. Shabanova, V.V. Bolotov. In: Abstracts of European The pinning“ of Fermi level at quantum energies in nanocrystals ” Materials Research Society, Spring Meeting (Strasbourg, is considered to be a result of their multicharge nature. An effective 2000) p. O/P24.

transition of phosphorus to the electrically active state was shown [12] А. Меден, М. Шо. Физика и применение аморфных to occur during laser treatments of doped amorphous films, the полупроводников (М., Мир, 1991).

latter being actual for the creation of shallow p-n-junctions and [13] Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Квантовая механика. Нереthe contacts to amorphous silicon films as well.

лятивистская теория (М., Наука, 1989).

Редактор Л.В. Беляков Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.