WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 6 Влияние хвостов зон a-Si : H на заполнение состояний оборванных связей и величину фотопроводимости © С.В. Кузнецов, Е.И. Теруков¶ Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 119899 Москва, Россия 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.) Представлены результаты численного расчета температурных зависимостей фотопроводимости и заполнения состояний оборванных связей для a-Si : H с различным уровнем легирования. Расчеты показывают, что энергетическое положение ловушек оказывает существенное влияние на характер температурных зависимостей фотопроводимости. Это влияние осуществляется не только через участие ловушек в рекомбинации при низких температурах, но и через влияние на заполнение состояний оборванных связей. Установлено, что для a-Si : H p-типа концентрация нейтральных оборванных связей (D0-центров) в области средних и низких температур не зависит от уровня Ферми. Показано, что эта особенность — следствие асимметрии положения D0- и D--центров (отрицательно заряженных оборванных связей), а не асимметричности расположения ловушек в запрещенной зоне относительно краев разрешенных зон.

1. Введение распределения плотности состояний в щели подвижности рассматриваются четыре дискретных уровня: Etp, ED, К настоящему времени опубликовано большое количе- ED+U и Etn. Уровни Etp и Etn с концентрацией состояний ство экспериментальных результатов и численных расче- Ntp и Ntn — эффективные уровни хвоста валентной тов, посвященных свойствам a-Si : H и фотопроводимости зоны и зоны проводимости соответственно. Уровни ED и (ph), в частности. Однако до сих пор нет модели, ED+U — энергетические уровни положительно корреликоторая удовлетворительно объясняет все особенности рованных состояний оборванных связей. При феноменоph. К числу спорных вопросов относится интерпретация логическом описании рекомбинации в полупроводниках асимметричной зависимости ph от положения уровня локализованные состояния делят в зависимости от их Ферми (EF-EV ). Ранее было показано, что фотопрово- положения по отношению к демаркационным уровням на димость a-Si : H p-типа, в отличие от ph a-Si : H n-типа, рекомбинационные и ловушки. Как правило, состояния слабо зависит от величины EF - EV [1,2] и от концен- хвостов действуют, как ловушки, поэтому для уровней трации оборванных связей (D-центров) [2]. Было пред- Etp и Etn в дальнейшем будут использоваться термиложено объяснять эту слабую зависимость асимметрией ны ”ловушки для дырок” и ”ловушки для электронов” хвостов зон, которая приводит к существенному отличию соответственно. В соответствии с рис. 1 в настоящей неравновесного заполнения D-центров от их заполнения работе были рассмотрены два возможных канала рекомв условиях равновесия [2]. В настоящей работе пред- бинации: прямой захват свободных электронов и дырок ставлены результаты численного расчета влияния энер- на D-центры (потоки U1, U2, U5 и U6) и туннельгетического положения ловушек в хвостах зон на вид температурной зависимости фотопроводимости a-Si : H p-типа.

2. Модель Для проверки рекомбинационных моделей, интерпретирующих экспериментальные результаты, часто используется компьютерное моделирование. Как правило, численные расчеты выполняются для упрощенной плотности состояний в щели подвижности и учитывают только основные для рассматриваемой модели рекомбинационные и эмиссионные потоки. Модель плотности состояний, использованная в наших расчетах, представлена на рис. 1. Как видно из этого рисунка, вместо непрерывного Рис. 1. Схематическое представление электронных переходов ¶ E-mail: eug.terukov@pop.ioffe.rssi.ru для упрощенной модели плотности состояний в щели подвижFax: (812) ности a-Si : H.

Влияние хвостов зон a-Si : H на заполнение состояний оборванных связей... ная рекомбинация между электронами, захваченными на состояния хвоста зоны проводимости, а также дырками, захваченными на состояния хвоста валентной зоны (U13). В предыдущей статье [3] приведены аргументы в пользу выбора такой модели рекомбинации и записаны соответствующие кинетические уравнения. В следующем параграфе будут представлены результаты численного решения этих уравнений при тех же значениях входящих в них параметров при варьировании EF - EV, Etp и Etn.

3. Результаты численного расчета и их обсуждение На рис. 2 представлены рассчитанные температурные зависимости фотопроводимости (ТЗФ) для Рис. 3. Численный расчет концентрации D0-центров EF - EV = 0.75 эВ (слабо легированный a-Si : H p-типа), при T = 250 K в темноте (4) и в условиях освесоответствующие трем разным соотношениям между по- щения (1–3) в зависимости от положения уровня Ферложениями ловушек: 1) симметричные мелкие ловушки ми для соотношений между (EC - Etn) и (Et p - EV ), эВ:

1 — EC - Etn = Et p - EV = 0.3; 2 — EC - Etn = 0.1, Etp-EV = EC-Etn = 0.1эВ(кривая 3), 2) симметричные Et p - EV = 0.3; 3 — EC - Etn = Etp - EV = 0.1.

глубокие ловушки Etp - EV = EC - Etn = 0.3эВ (кривая 1), 3) асимметричные ловушки Etp-EV = 0.3эВ, EC-Etn = 0.1эВ (кривая 2). На этом же рисунке построена температурная зависимость темновой проводимости 2 соответственно (т. е. EA = 0.5(Etp -EV )) и EA = 0.2эВ d, а также ТЗФ для плотности состояний, не содержа(кривая 1). Независимо от соотношения между Etp - EV щей ловушки, т. е. Etp - EV = EC - Etn = 0 (кривая 4).

и EC - Etn в этой области температур выполняется Для темпа оптической генерации (G) и концентрации соотношение pt = ND f, где pt — концентрация дырок, D-центров (ND) были взяты значения: G = 1019 см-3с-1, захваченных на ловушку для дырок, f — вероятность ND = 1016 см-3. Из рис. 2 следует вывод о возрастании нахождения оборванной связи в нейтральном состоявлияния ловушек на величину фотопроводимости с понии (D0-состоянии), ND — концентрация D-центров в нижением температуры и с ростом значений Etp - EV и D0-состоянии (концентрация D0-центров). Как показаEC - Etn. При этом, согласно расчетам, ловушки могут но ранее [2], это соотношение получается из условия стать рекомбинационными состояниями (для кривых электронейтральности и означает, что в a-Si : H p-типа и 2). Напротив, при высоких температурах, где d >ph, в условиях освещения неравновесный положительный влияние ловушек на ТЗФ незначительно. В области заряд локализован на состояниях хвоста валентной зоны, средних температур ТЗФ имеет активационный характер а неравновесный отрицательный заряд — на D-центрах.

с энергией активации EA = 0.05 и 0.15 эВ для кривых 3 и Следует заметить, что перезарядка D-центров при освещении (D+ + e D0 и D0 + e D-) в случае асимметричных ловушек приводит к температурному гашению фотопроводимости (ТГФ) (рис. 2, кривая 2).

При температурах ниже области ТГФ наклон ТЗФ равен 0.09 эВ, что близко к значению EC - Etn = 0.1эВ.

Теперь рассмотрим, как влияют параметры ловушек на заполнение D-центров. На рис. 3 представлены зависимости Nd f при T = 250 K от уровня Ферми (EF - EV ) для разных соотношений между Etp-EV и EC-Etn. Из рисунка следует, что зависимость величины ND f от (EF - EV ) имеет асимметричный характер независимо от параметров ловушек: для уровней Ферми, лежащих в верхней половине щели подвижности, концентрация D0-центров незначительно отличается от равновесной; напротив, для уровней Ферми в интервале EF - EV = 0.5-0.75 эВ (соответствующих a-Si : H p-типа) концентрация ND f не зависит от EF - EV и существенно отличается от равновесного значения. При этом следует заметить, что Рис. 2. Температурные зависимости фотопроводимости (1–4) для EF - EV = 0.75 эВ и разных соотношений между EC - Etn в a-Si : H p-типа величина ND f в основном определяется и Et p - EV. Подробности в тексте.

значением Etp - EV, а не EC - Etn.

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 686 С.В. Кузнецов, Е.И. Теруков к существенно неравновесной концентрации D0-центров, являющихся основными рекомбинационными центрами.

Авторы благодарят А.Г. Казанского за полезные дискуссии при обсуждении результатов.

Список литературы [1] P.E. Vanier. Solar. Cells, 9, 85 (1983).

[2] С.В. Кузнецов. ФТП, 34, 748 (2000).

[3] S.V. Kuznetsov. J. Non-Cryst. Sol. (in press).

[4] H. Fritzsche, M.Q. Tran, B.-G. Yoon, D.-Z. Chi. Proc. of ICAS 14 (Garmisch-Partenkirchen, 1991).

[5] F. Vaillant, D. Jousse, J.-C. Bruyere. Phil. Mag. B, 57, (1988).

Редактор Т.А. Полянская Рис. 4. Численный расчет концентрации D0-центров при T = 150 K в зависимости от положения уровня Ферми. Номера Influence of band tails in a-Si : H кривых соответствуют тем же условиям, что и на рис. 3.

on the occupation of dangling bonds states and magnitude of photoconductivity Рассмотрим зависимость ND f (EF-EV ) при T = 150 K S.V. Kuznetsov, E.I. Terukov (рис. 4). Из рис. 4 следует, что симметричным ловушкам Moscow State University, соответствуют симметричные (относительно ED + U/2) 119899 Moscow, Russia зависимости ND f (EF - EV ), а асимметричным — асимIoffe Physicotechnical Institute, метричная зависимость ND f (EF - EV ). Как видно из рис. 3 и 4, для a-Si : H p-типа соотношение между Etp-EV Russian Academy of Sciences, 194021 St. Petersburg, Russia и EC - Etn влияет только на величину ND f, но не на характер зависимости ND f (EF - EV ). Следует отметить,

Abstract

Results on calculations of the temperature dependence что асимметричные ловушки приводят к большей переof photoconductivity and the occupation of dangling bonds in зарядке D-центров, чем симметричные.

differently doped a-Si : H are presented. Calculations show that Анализ расчетов позволяет сделать вывод, что асимме0 the energy position of traps influence essentially on the shape of трия зависимости ND f (EF - EV ) при T = 250 K — следT -dependences of photoconductivity. This influence is realized ствие асимметрии положения уровней ED и ED +U отноby both recombination through traps and by dangling bonds сительно середины щели подвижности, а не асимметрии occupation. It was obtained that concentration of neutral [charged] расположения ловушек относительно краев зон EC и EV.

dangling bonds (D0-centers) in p-type a-Si : H at low and moderate Независимость ND f от EF - EV для a-Si : H p-типа temperatures doesn’t depend on Fermi level. As is shown, приводит к независимости фотопроводимости ph от this feature is a consequence of asymmetry of D0- and Dуровня легирования, если предполагать, что в области (negative charged dangling bonds) centers positions, but not that средних температур основным каналом рекомбинации of asymmetry of hole and electron traps in band tails.

является прямой захват свободных носителей через D-центры. В пользу такого типа рекомбинации говорят экспериментальные результаты о наличии эффекта ТГФ у слабо легированного бором a-Si : H p-типа [2,4], так как максимум фотопроводимости в области ТГФ связывается со сменой при повышении температуры туннельной рекомбинации или рекомбинации ”зона–хвост” [5] на рекомбинацию свободных носителей через оборванные связи.

4. Заключение Суммируя вышесказанное, можно сделать вывод, что независимость фотопроводимости в a-Si : H p-типа является имманентным свойством этого материала, задаваемым распределением плотности состояний в щели подвижности, которое приводит в условиях освещения Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып.




© 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.