WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

обусловлено сильным захватом положительного заряда Процесс (1) приводит к распрямлению зон на границе в пористом слое. Немонотонная особенность кинетики раздела por-Si/p-Si. Фотоэдс при облучении слабопоглоИФН наблюдалась спустя 2 мкс после освещения кван- щаемым светом с h = 1 2 эВ была всегда отрицатами с энергиями h1 и h2 (рис. 5). На наш взгляд, тельной. Следует отметить, что компонента (1) может это обусловлено захватом положительного заряда и его быть индуцирована фотолюминесценцией por-Si. Этот быстрым выбросом. В-третьих, заметная амплитуда ИФН эффект наиболее выражен для ультрафиолетового облуимела место при облучении por-Si сильно поглощаемым чения образцов с высоким квантовым выходом (рис. 5, светом с h4 (рис. 5). Как следует из проведенного кривая 4).

нами анализа, форма и амплитуда ИФН после освещения ультрафиолетовым светом может быть объяснена как результат перепоглощения ФЛ por-Si подложкой p-Si.

Отметим, что окисленные образцы характеризовались более высоким квантовым выходом ФЛ. Согласно нашим измерениям, близкие величины |UPV |max фиксировались при освещении с энергией h4 (рис. 5) и также при освещении с энергией h1 и амплитудой, уменьшенной до интенсивности I0/200 (рис. 3, кривая 4). Это дает порядка 0.5% для ФЛ, возбуждаемой светом с h4, что согласуется с величиной, полученной из прямых оптических измерений (см. выше).

4. Модель фотовольтаических явлений На основе полученных экспериментальных результатов можно предложить схему фотовольтаических процессов в структурах por-Si/p-Si (рис. 6). В ее основе лежат два основных положения:

(1) разделение неравновесных носителей заряда в области пространственного заряда кремниевой подложки на границе раздела с por-Si, Рис. 6. Схематическое изображение структуры por-Si/p-Si и ее (2) захват положительного заряда на поверхности энергетической диаграммы до (жирные линии) ипосле (тонкие наноструктур. линии) освещения.

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 618 В.Ю. Тимошенко, Е.А. Константинова, Т. Дитрих Обсуждая процесс (2), необходимо принять во внима- емые молекулы (например, вода) могут формировать поние как быстрые, так и медленные состояния. Быстрые ложительно заряженные центры [19]. В самом деле, мы состояния определяют неэкспоненциальные особенности наблюдали уменьшение количества захваченного заряда кинетики UPV (t) и, вероятно, участвуют в формировании в экспериментах по КРП после прогрева образцов [11,12] сигнала фотоэдс в измерениях КРП [11,12]. Зарядка при T = 450 K, что достаточно для десорбции с поверхмедленных состояний порождает фотоэдс с большим ности Si слабосвязанных молекул воды [19].

временем релаксации (более 1 с), так называемую оптическую зарядку [12]. Однако причина быстрых и ме5. Заключение дленных компонент фотоэдс, на наш взгляд, одна — это ”оптическое легирование” наноструктур por-Si в резульВ данной работе фотовольтаические явления в структате разделения зарядов в кремниевых ”проволоках” и турах por-Si/p-Si были исследованы бесконтактным меобразования положительного ”оптического” заряда на их тодом импульсного фотонапряжения. Использовались поверхности. В наноструктурах por-Si, где характерные как свежеприготовленные, так и окисленные структуры.

размеры много меньше дебаевской длины экранироваТакже для сравнения анализировались монокристаллиния, заряженные поверхностные дефекты играют роль ческие образцы p-Si, обработанные в HF. Полученные заряженных примесей и приводят к изменению полоданные свидетельствуют о наличии барьерной фотоэдс жения краев зон относительно уровня Ферми (рис. 6).

на границе пористого слоя и подложки, а также о суОбсуждаемый процесс по существу представляет собой ществовании поверхностной фотоэдс. Последняя формиоптическое легирование por-Si и определяет характер руется в результате образования положительного заряда формирования фотоэдс в данном материале.

на поверхности наноструктур и вызванного этим оптичеМожно показать, что как положительные, так и отского легирования пористого слоя. Было показано, что рицательные значения фотоэдс в исследуемых образцах неоднородное по глубине пористого слоя оптическое обусловлены захватом только положительного заряда, легирование ведет как к положительному, так и отрипроисходящим в различных областях пористого слоя.

цательному значению фотоэдс.

Действительно, когда свет поглощается только в кремниевой подложке, то происходит распрямление зон в Авторы благодарны П.К. Кашкарову и С.Н. Козлову за p-Si (см. выше) и диффузия неравновесных носителей ценные замечания и полезные обсуждения результатов.

заряда из p-Si в por-Si. Плотность заряженных центров Данная работа была частично поддержана Росспадает от границы с подложкой в глубь por-Si на сийскими государственными научно-техническими протолщинах порядка длины диффузии носителей заряда.

граммами ”Поверхностные атомные структуры” (проЭто приводит к изгибу зон в por-Si и формированию ект 96-1.33) и ”Физика твердотельных наноструктур” отрицательной компоненты фотоэдс (рис. 6). Очевидно, (проект 1-064).

что хвосты кинетики ИФН (рис. 4, 5) и высокая амплитуда сигнала КРП [12] при освещении квантами с h = 1.4 2 эВ могут быть обусловлены указанными Список литературы процессами диффузии и захвата заряда.

[1] K. Jung, S. Shih, D. Kwong. J. Electron. Soc., 140, 346 (1993).

Когда возбуждающий свет сильно поглощается в por-Si [2] B. Hamilton. Semicond. Sci. Technol., 10, 1187 (1995).

(h = 3 4эВ), оптическое легирование максимально [3] M. Ben-Chorin, F. Moller, F. Koch. Phys. Rev. B, 49, вблизи поверхности образца и спадает по направлению к (1994).

подложке. Это обусловливает выход зависимостей UPV (t) [4] M. Ben-Chorin, F. Moller, F. Koch, W. Schirmacher, в область положительных значений для свежеприготовM. Eberhard. Phys. Rev. B, 51, 2199 (1995).

ленных образцов при облучении с h4 (рис. 4). Для [5] J.P. Zheng, K.L. Liao, W.P. Shen, W.A. Anderson, H.S. Kwok.

окисленных структур наряду с возникновением положиAppl. Phys. Lett., 61, 459 (1992).

тельной фотоэдс идет процесс формирования сигнала [6] G. Smestad, M. Kunst. Sol. Energ. Mat. & Solar Cells, 26, вследствие перепоглощения ФЛ пористого слоя подлож(1992).

кой p-Si (см. выше). В результате конкуренции этих [7] T. Ozaki, M. Araki, S. Yoshimura, H. Koyama, N. Koshida. J.

Appl. Phys., 76, 1986 (1994).

двух процессов кинетика ИФН при облучении с h[8] F. Yan, X.-M. Bao, T. Gao. Sol. St. Commun., 91, 341 (1994).

носит явно выраженный неэкспоненциальный характер [9] N.J. Pulsford, G.L.J.A. Rikken, Y.A.R.R. Kessener, E.J. Lous, (рис. 5). Отметим, что предложенный механизм объясняA.H.J. Venhuizen. J. Appl. Phys., 75, 636 (1994).

ет положительную фотоэдс для облучения высокоэнер[10] D.W. Boeringer, R. Tsu. Appl. Phys. Lett., 65, 2332 (1994).

гетичными квантами, обнаруженную в экспериментах [11] Th. Dittrich, P.K. Kashkarov, E.A. Konstantinova, V.Yu. Timoпо КРП [12]. Для окисленных образцов времена пеshenko. Thin Sol. Films, 255, 74 (1995).

резарядки ловушек замедляются потенциальным барье[12] P.K. Kashkarov, E.A. Konstantinova, A.B. Matveeva, V.Yu. Tiром оксида, следовательно, имеет место долговременная moshenko. Appl.Phys. A, 62, 547 (1996).

оптическая зарядка [11,12].

[13] V.Yu. Timoshenko, P.K. Kashkarov, A.B. Matveeva, E.A. KonЧто касается природы ловушек, участвующих в форstantinova, H. Fliether, Th. Dittrich. Thin. Sol. Films, 276, мировании фотоэдс в por-Si, то известно, что адсорбиру- (1996).

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Исследование фотоэдс в структурах пористый Si /Si методом импульсного фотонапряжения [14] V.Yu. Timoshenko, J. Rappich, Th. Dittrich. Jap. J. Appl. Phys., 36, L58 (1996).

[15] E. Yablonovitch, D.L. Allara, C.C. Chang, T. Gmitter, T.B. Bright. Phys. Rev. Lett., 57, 249 (1986).

[16] E.O. Jonson. Phys. Rev., 111, 153 (1958).

[17] Th. Dittrich, M. Braue, L. Elstner. Phys. St. Sol., 137, K(1993).

[18] K. Watanabe. Semicond. Sci. Technol., 9, 370 (1994).

[19] V.F. Kiselev, O.V. Krylov. Electronic Phenomena in Adsorption and Catalysis on Semiconductors and Dielectrics (Berlin, Springer Verlag, 1987).

[20] Д.Г. Яркин, Е.А. Константинова, В.Ю. Тимошенко. ФТП, 29, 669 (1995).

[21] Полупроводники, под ред. Н.Б. Хеннея (М., ИЛ. 1962).

Редактор Т.А. Полянская Investigation of photovoltage in por-Si/p-Si structures by pulsed photovoltage method V.Yu. Timosheno, E.A. Konstantinova, Th. Dittrich M.V. Lomonosov Moscow State University, 119899 Moscow, Russia Munich Technical University, D-85747 Garching, Germany

Abstract

Photovoltaic phenomena in porous silicon /silicon structures (por-Si/p-Si) were investigated by pulsed photovoltage method in time region from 100 ns up to 10 ms under laser nanosecond pulse radiation with quantum energies 1.4, 2.0, 2.and 3.7 eV. The data obtained evidence that besides the barrier photovoltage, which is due to separation of nonequilibrium charge carries in charge space region at the por-Si/p-Si interface, there exists an effective mechanism of photovoltage formation due to positive charging of por-Si nanostructure surface. The mechanism is peculiar to semiconductor nanostructures being interpreted as ”optical doping” of semiconductors.

E-mail: vtim@ofme.phys.msu.su (Timoshenko) Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, №

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.