WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 6 Влияние эрбия на электронные ловушки в структурах a-Si : H(Er)/c-Si, полученных методом плазмохимического осаждения © В.С. Лысенко, И.П. Тягульский, И.Н. Осиюк, А.Н. Назаров, Я.Н. Вовк, Ю.В. Гоменюк, Е.И. Теруков, О.И. Коньков Институт физики полупроводников Национальной академии наук Украины, 252028 Киев, Украина Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 9 ноября 2000 г. Принята к печати 15 ноября 2000 г.) Впервые исследованы электрические свойства и характеристики дефектов верхней половины запрещенной зоны, образующихся при введении эрбия в аморфный гидрированный кремний a-Si : H(Er), полученный методом плазмохимического осаждения (PECVD).

Обнаружение эффективной фотолюминесценции Образцы и методика эксперимента ионов эрбия при комнатной температуре в аморфном гидрогенизированном кремнии a-Si : H(Er), изготовлен- Исследованные образцы были получены в обычной установке для синтеза a-Si : H методом ВЧ разложения ном методом магнетронного распыления [1], стиму(PECVD) газовой смеси: 25% SiH4 + 75% Ar. Источнилировало исследования эрбиевой люминесценции в ком эрбия служил порошок Er(ТМНД)3, нагреваемый a-Si : H(Er), полученном по различным технологиям.

в специальном термическом испарителе до температур Так, в работе [2] впервые сообщается о наблюдении эрби140, 165, 190C. Процесс получения слоев a-Si : H(Er) деевой люминесценции в a-Si : H(Er), полученном методом тально описан в работе [4]. В качестве подложки испольплазмохимического осаждения (PECVD). Как известно, зовался монокристаллический кремний n-типа проводиэтот метод является основным для изготовления мости марок КЭФ-4.5 или КЭФ-40. Осаждение пленок аморфного кремния приборного качества для солнечных производилось при температуре подложек Ts = 220C.

элементов. Механизм возбуждения электролюминесценТолщина исследуемых пленок составляла 0.6 мкм при ции, как считают авторы [3], обусловлен оже-процессом, времени осаждения 60 мин. Профили концентрации ввев котором электроны из зоны проводимости a-Si : H денного Er и H, а также сопутствующих примесей C и O захватываются на оборванные связи кремния (D-центры) определялись методом вторичной ионной масспектромес передачей энергии в f -оболочку ионов эрбия.

трии (ВИМС). Концентрация эрбия составляла 3 · Введение эрбия в аморфную матрицу a-Si : H и 1021 см-3 для пленок, полученных при температуре приводит, наряду с образованием оборванных связей, к испарителя 140 и 190C соответственно, и кислорода — локальной дисторсии водородно-кремниевых и кремний5 · 1021 см-3 для обоих режимов эксперимента. В качекремниевых связей. В последнем случае, как известно, стве контакта к поверхности a-Si : H(Er) использовался образуются системы мелких ловушек вблизи края термически напыленный алюминий. Контакт к тыльной стороне кристаллической подложки (c-Si) осуществлялразрешенных зон. До настоящего времени остается невыясненным вопрос о характере электрически ак- ся с помощью эвтектического сплава Ga–Zn.

Исследования энергетического спектра электрически тивных центров (энергии активации, энергетического активных центров в полученных таким образом гетерораспределения) в аморфном гидрогенизированном структурах a-Si : H(Er)/c-Si проводились методом термокремнии, возникающих при введении эрбия, хотя поактивационной токовой спектроскопии в широком темдобные исследования целесообразны как для уточнения пературном диапазоне от 7 до 350 K, причем в инфизической модели электролюминесценции структур, тервале температур 7-170 K (условно обозначенном I, содержащих эрбий, так и для контроля технологии или ”низкотемпературным” интервалом) использовалась (уменьшение безызлучательной рекомбинации и т. д.).

криогенная установка с хладоагентом — жидким гелием, В настоящей работе впервые представлены результаты а в диапазоне 80-350 K (обозначенном II, или ”высоисследований электрических свойств и характеристик котемпературным” интервалом) — установка с жидким уровней, образующихcя в верхней половине запрещеназотом. Криогенные установки включали в себя управляной зоны a-Si : H(Er), полученного методом плазмохиемые с помощью ЭВМ терморегуляторы, реализующие мического осаждения путем высокочастотного (ВЧ) раз- как линейный режим нагревания образца с постоянной ложения силана с использованием в качестве источника скоростью 0.1-0.3 K/c, так и режим ”фракционного” эрбия металлоорганического порошка Er(ТМНД)3. (ступенчатого) нагревания образца [5].

650 В.С. Лысенко, И.П. Тягульский, И.Н. Осиюк, А.Н. Назаров, Я.Н. Вовк, Ю.В. Гоменюк...

Измерения термоактивационных токов проводились по следующим схемам, различным для I и II интервалов температур. При работе в I интервале гетероструктура a-Si : H(Er)/c-Si закорачивалась при комнатной температуре и в таком состоянии охлаждалась в темноте до температуры 7-10 K (температуры заполнения — Tmod).

Затем к структуре прикладывалось напряжение, полярность которого соответствовала обратному смещению гетероструктуры (напряжение заполнения уровней — Vmod). Структура освещалась лампой накаливания малой интенсивности в течение 1 мин. После прекращения освещения структура нагревалась с постоянной скоростью и регистрировался термоактивационный ток.

В случае исследований от азотных температур и выше к структуре при различных температурах заполнения (от 100 до 320 K — во II температурном интервале) прикладывалось напряжение заполнения, и под этим напряжением она охлаждалась до температуры жидкого азота. После снятия напряжения заполнения структура закорачивалась на электрометр, нагревалась и измерялся термоактивационный ток. Проводились также эксперименты по заполнению центров при 77 K путем освещения структуры с приложенным обратным смещением.

Результаты исследований и их обсуждение Рис. 1. Низкотемпературные спектры термостимулированНа рис. 1 приведены типичные спектры термоактива- ного тока образцов a-Si : H(Er)/c-Si, полученных при различ ных температурах источника эрбия, C: 1 — 190, 2 — 140;

ционного тока, измеренные в I интервале температур для 3 — нелегированная пленка. Заполнение светом при 7 K.

структуры a-Si : H(Er)/c-Si. Как видно из рисунка, введеa — начальная часть спектра при 10-35 K. Для наглядности ние эрбия существенно изменяет вид спектра выше 17 K, кривая 1 смещена вниз на 1.5·10-13 A; b —полныйвидспектра.

а именно, в спектре появляется два зависящих от эрбия пика тока (L2 и L3), особенно хорошо проявляющиеся при большой концентрации эрбия. Их температуры максимума составляют 21 и 30 K соответственно. Видно, что термоактивационных токов при варьировании темперас ростом концентрации эрбия от 3 · 1020 до 1021 см-туры заполнения, а также заполнение светом при 80 K амплитуда пика L2 увеличивается почти на порядок и служили комплиментарным методом для определения начинает проявляться относительно широкий пик L3.

количества и температуры максимумов тока. КачественС увеличением концентрации эрбия значительно возный анализ этих результатов позволил заключить, что в растает термоактивационный ток во всем диапазоне спектрах термоактивационных токов проявляются электемператур (рис. 1, b, кривые 1, 2). При большой тронные ловушки, принадлежащие верхней половине концентрации эрбия в диапазоне температур 80-160 K запрещенной зоны, за исключением пика P1 (рис. 2), проявляется четкая структура пиков тока (рис. 1, b, имеющего поляризационную природу.

кривая 1).

Энергии активации электронных ловушек определяСпектр термоактивационного тока, измеренный во лись методами начального наклона [6], анализа темII интервале температур (80-350 K) для структуры пературного положения пика тока [7] и фракционной с максимальной концентрацией эрбия, представлен на термической расчистки [8]. Как видно из рис. 3, наличие рис. 2. Этот рисунок демонстрирует также влияние ”полочек” на температурной зависимости эффективной напряжения заполнения уровней на спектр термоактиваэнергии активации свидетельствует о системе квазидисционного тока, что позволило определить температуры кретных уровней электрически активных дефектов [8].

максимумов отдельных пиков, формирующих ток. Важно Энергии активации ловушек, определенные различными отметить, что приложение напряжения к структуре при методами, приведены в таблице.

температуре жидкого азота не приводило к проявлению термоактивационных процессов, что свидетельствует о Среди ловушек в верхней половине запрещенной золокализации глубоких уровней в слое a-Si : H. Измерения ны, существующих в гетероструктурах a-Si : H(Er)/c-Si в Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Влияние эрбия на электронные ловушки в структурах a-Si : H(Er)/c-Si... Рис. 2. Зависимости термостимулированного тока структуры a-Si : H(Er)/c-Si (температура источника эрбия 190C) при заполнении уровней напряжением при температуре 320 K, Vmod, В: 1 —8, 2 —6, 3 —4, 4 —2.

температурном диапазоне 7-350 K, можно выделить три энергиям локальных поверхностных фононов различной группы доминирующих центров. природы пpоявляется для структур SiO2/Si [14]. ПодобВо-первых, мелкие центры, формирующие ярко вы- ные соображения, на наш взгляд, могут быть применены и к системе a-Si : H(Er)/c-Si. Как уже отмечалось в раженный пик термоактивационного тока с температуработе [1], исследуемый материал обладает сложной рой максимума Tmax = 15-16 K. Явной зависимости структурой, содержащей в окружении атома Er как от содержания эрбия в пленке не обнаружено (этот связи C–H, так и группы O–H, а рамановские спектры же пик проявляется и в нелегированном слое a-Si : H (рис. 1, кривая 3), однако его интенсивность в слоях a-Si : H(Er) несколько выше). Этот пик проявляется в нелегированных слоях, полученных как на подложке КЭФ-4.5, так и на КЭФ-40. Таким образом, он не связан с мелкими примесями, термодонорами и дефектами подложки. Оценка энергии активации по температуре максимума дала значение 34 мэВ. Анализ формы пика, проведенный по методу [11], показал, что полуширина пика L1 всегда меньше рассчитанного теоретически для случаев самого узкого пика чисто термоактивационной природы (моноэнергетического уровня, расположенного в приповерхностной области c-Si с малым перезахватом).

Следует отметить, что подобные пики термоактивационного тока наблюдались в системах SiO2/Si [12] и в a-SiC/c-Si [13] и приписывались ловушкам, локализованным в тонких переходных слоях (толщиной 0.4-2.5нм) между SiO2 (или a-SiC) и кристаллическим Si, отделенных потенциальным барьером от c-Si подложки. Разрядка ловушек при нагревании структуры (формироваРис. 3. Температурная зависимость эффективной энергии ние термоактивационного тока) обусловлена туннельноактивации EA, полученной фракционной термической расчистактивационным механизмом с участием фононов, локакой спектров термостимулированного тока, представленных на лизованных на дефектах переходного слоя [14]. Наи- рис. 2, для структур a-Si : H(Er)/c-Si (температура источника более четко соответствие энергий активации ловушек эрбия 190C).

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 652 В.С. Лысенко, И.П. Тягульский, И.Н. Осиюк, А.Н. Назаров, Я.Н. Вовк, Ю.В. Гоменюк...

Энергия активации пиков термостимулированного тока структур a-Si : H(Er)/c-Si Эксперимент Литературные данные Предполагаемая Энергия активации, эВ Температура природа Тип максимума J.T. Randall et al. R.A. Cresswell et al. S. Libertino et al. J.L. Benton et al.

уровней ловушки Tmax, K [7] [8] [9] [10] L1 15.8 0.034 Ловушки на интерфейсе a-Si : H(Er)/c-Si L2 20.9 0.043 E(S) Донорные 0.уровни L3 29.2 0.062 0.L4 60 0.12 Не связан с эрбием L5 90 0.18 0. L6 100 0.20 0.Комплексы Er-O 0.15 (E5) 0. L7 120 0.25 0.20 0.20 (E4) 0.L8 128 0.27 0.28 0.26 (E3) 0.L9 138 0.28 0.L10 147 0.30 0.34 0.36 (E2) 0.0.L11 176 0.46 0.L12 225 0.55 0.51 (E1) L13 240 0.L14 260 0.D-центр L15 274 0.P1 304 0.84 Поляризация Er-комплекса отражают увеличение композиционного и структурного Ко второй группе центров следует отнести уровбеспорядка, связанного с встрaиванием примесей (Er, O, ни, формирующие при термоактивации пики L2 и LC) в матрицу аморфного гидрогенизированного крем- (рис. 1, a) с энергиями активации 43 и 62 мэВ, амплитуды ния. О фазовой неоднородности структур a-Si : H(Er)/c-Si которых увеличиваются с концентрацией эрбия. Посвидетельствуют также данные по ВИМС (рис. 4), под- видимому, наблюдаемые в a-Si : H(Er)/c-Si уровни имеют тверждаемые оптическими измерениями [4]. Пик L1, ту же природу, что и мелкие доноры в монокристалпо нашему мнению, связан с ловушкой, локализованной лическом кремнии, имплантированном ионами эрбия, на интерфейсе между a-Si : H(Er) и c-Si, разряд которой обнаруженные как в холловских измерениях (энергия при нагреве происходит по механизму, предложенному в активации 70 мэВ) [16], так и в нестационарной емкостработе [14]. Увеличение амплитуды пика, наблюдаемое ной спектроскопии глубоких уровней (НСГУ) [10]. По после введения эрбия, может быть связано с увеличени- нашему мнению, комплекс, содержащий эрбий, который ем механических напряжений на границе раздела, вызы- формирует при ионной имплантации моноэнергетичеваемых введением примесей на границе в процессе роста. ский донор с энергией активации 70 мэВ [16], идентичен К первой группе пиков, не связанных напрямую с присут- центру с энергией активации 62 мэВ. Уменьшение энерствием эрбия, следует отнести и пик L4. Максимальная гии активации может быть обусловлено как спецификой величина этого пика наблюдается на нелегированной формирования мелкого донора в аморфной матрице, так структуре, а ”следы” проявляются и в легированных и существенно неравновесным характером применяемоструктурах (рис. 1, b). Необходимо отметить, что в го нами метода термоактивационного анализа (влиянием низкотемпературных (20-100 K) спектрах термостиму- сильного поля и эффектов типа Пула–Френкеля). Дейлированной проводимости на объемном a-Si : H подобный ствительно, донорный характер двух мелких электронпик не проявляется [15], и для выяснения его природы ных состояний был установлен в работе [10] из анализа необходимы детальные исследования гетероинтерфейсов проявления эффекта Пула–Френкеля в НСГУ. Энергия a-Si : H/c-Si. активации более глубокого из них составляла 60 мэВ Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Влияние эрбия на электронные ловушки в структурах a-Si : H(Er)/c-Si... но образование стабильного Er–O-комплекса с энергией активации Ec - 0.15 эВ, вызывающего эффективное возбуждение Er посредством рекомбинации электроннодырочных пар, связанных на этом уровне [17]. В работе [10] усиление электролюминесценции эрбия связывается с уровнем 0.16 эВ. По мнению авторов [16], обнаруженная ими трансформация донорного состояния Ec - 0.117 эВ в более глубокое донорное состояние с энергией Ec - 0.145 эВ при увеличении температуры постимплантационного отжига способствует процессам возбуждения центров, содержащих эрбий.

Pages:     || 2 |



© 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.