WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

3 200 350 2 · 10-8 4 · 102 0.Из приведенных зависимостей видно, что проводимость пластины, изготовленной из высокотемпературного поpошка, почти на порядок величины превышает проводимость пластины, изготовленной из низкотемпеk — постоянная Больцмана), в то время как при более ратурного порошка. Из кривых 1 и 2 также видно, низких температурах наблюдается отклонение от этого что для обеих пластин существуют две температурные закона. Однако отжиг пластины в атмосфере аргона при области, в которых поведение темновой проводимости температурах t > 300C приводит к тому, что экспоненописывается различными законами. В области темперациальный закон становится хорошим приближением для тур T > 270 K проводимость хорошо аппроксимируется темновой проводимости пластины практически во всем законом = 0 exp(- E/kT) ( E — энергия активации, измеренном температурном диапазоне, т. е. в пределах 180 T 400 K (рис. 3, кривая 3).

Величины темновой проводимости при комнатной температуре (T = 290 K), константы 0 и энергии активации E для пластин, изготовленных из низкотемпературного и высокотемпературного порошков nc-Si, а также для пластины, сделанной из высокотемпературного порошка и подвергнутой в течение 1 ч отжигу в атмосфере аргона при температуре t = 350C, приведены в таблице. Проводимость указанных пластин соответствует кривым 1, 2 и 3 рис. 3.

Из приведенной таблицы видно, что темновая проводимость при комнатной температуре увеличивается на порядок величины в том случае, когда пластина изготавливается из высокотемпературного порошка nc-Si, и еще на порядок при часовом отжиге пластины в аргоне при t = 350C, достигая значений = 2 · 10-8 Ом-1 · cм-1, что сравнимо с характерными значениями проводимости Рис. 3. Темновая проводимость пластин в зависимости от для тонких пленок нелегированного аморфного кремобратной температуры 1/T. Температура аргона, при которой ния [17,18].

синтезированы исходные порошки, tAr, C: 1 — 20, 2, 3 — 200.

Экспоненциальная температурная зависимость прово3 — проведен отжиг пластины в аргоне при 350C в течедимости указывает на то, что электронный транспорт ние 1 ч.

в исследованных образцах при температурах T 270 K осуществляется свободными носителями заряда. Величины энергий активации E при этом весьма близки к половине ширины запрещенной зоны в кристаллическом кремнии. Ширина запрещенной зоны для низкотемпературного порошка была определена нами ранее из анализов спектров поглощения в видимой области [8] и составляет 1.1 эВ. Так как для пластины, изготовленной из этого порошка, E = 0.53 эВ, можно утверждать, что уровень Ферми в этой пластине располагается вблизи середины запрещенной зоны.

При температурах T < 270 K обнаруживаются значительныe отклонения в поведении темновой проводимости от экспоненциального закона. Вместе с тем, построив температурные зависимости в координатных 1/2 -1/осях lg( T ) — T (см. рис. 4), мы обнаружили, что хорошим приближением является закон -1/ = AT exp(-BT-1/4). Этот закон дает основание Рис. 4. Температурные зависимости проводимости пластин 1/2 -1/полагать, что при температурах T < 270 K основным в координатах lg( T ) - T. Температура аргона, при механизмом, ответственным за транспорт носителей которой синтезированы исходные порошки, tAr = 20 (1) и 200C (2) (см. рис. 3, кривые 1 и 2). тока в пластинах, является прыжковая проводимость Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 872 Н.Н. Кононов, Г.П. Кузьмин, А.Н. Орлов, А.А. Сурков, О.В. Тихоневич по локализованным состояниям, находящимся в за- перенос заряда в пластинах nc-Si осуществляется свопрещенной зоне вблизи уровня Ферми [17]. Наличие бодными носителями. При T < 270 K транспорт носитаких состояний может быть связано, во-первых, со телей связан с прыжковой проводимостью по локализосвободными валентными связями атомов кремния на ванным состояниям в запрещенной зоне вблизи уровня границах наночастиц и, во-вторых, с дефектами решетки Ферми. Из численного анализа аппроксимационной заков аморфной компоненте кремния, которая присутствует номерности, характерной для этого типа проводимости, в исходных порошках [8].

установлено, что порошки nc-Si, изготовленные при На основании численного анализа постоянных A и B, более высоких температурах потока буферного аргона, входящих в аппроксимационную формулу для прыжпозволяют получить материал с меньшей плотностью ковой проводимости, была оценена плотность элексостояний в запрещенной зоне по сравнению с низкотронных состояний в запрещенной зоне вблизи уровтемпературными порошками. Показано, что плотность ня Ферми N(EF). Обнаружено, что в пластине, изсостояний в запрещенной зоне значительно уменьшается готовленной из низкотемпературного порошка, N(EF) при отжиге пластин при температурах, больших 350C.

много больше значения 1018 эВ-1 · см-3, характерного Мы полагаем, что оптимизация параметров синтеза для тонких пленок аморфного кремния [17]. Однако исходных порошков наноразмерного кремния и создание для пластины, изготовленной из высокотемпературного технологической линии для их легирования позволит порошка, N(EF) 4 · 1015 эВ-1 · cм-3, что существенно делать такие пластины, свойства которых будут удовлениже этого значения и сравнимо с плотностью состоятворять требованиям, предъявляемым к конструктивным ний в малодефектном полиморфном кремнии, о котором элементам, используемым при создании фотовольтаичесообщалось в [19,20].

ских приборов и тонкопленочных транзисторов.

Как отмечалось ранее, после отжига в аргоне пластиВ заключение авторы искренне благодарят В.Г. Плотны, изготовленной из высокотемпературного порошка ниченко за весьма полезное обсуждение особенностей nc-Si, ее проводимость в области низких температур инфракрасных спектров, а также А.А. Белого за обсуприобрела зонный характер (рис. 3, кривая 3). Этот факт ждение проблемы, связанной с механически активируеозначает, что часовой отжиг при температуре 350C мыми химическими реакциями.

позволяет эффективно уменьшать плотность дефектных состояний, по крайней мере на 2 порядка.

Список литературы 5. Заключение [1] J. Meier, R. Fluckiger, H. Keppner, A. Shar. Appl. Phys. Lett., 65, 860 (1994).

В статье сообщается о компактизации порошков нано[2] O.I. Bomk, L.G. Ilchenko, V.V. Ilchenko, A.M. Pinchuk, кристаллического кремния при прессовании их под давV.M. Pinchuk, G.V. Kuznetsov, V.I. Strykha. Sens. Actuaлением до 109 Па. В результате получаются достаточно tors B, 62, 131 (2000).

прочные пластины, состоящие из nc-Si, имеющие толщи[3] V. Strikha, V. Skryshevsky, V. Polishuk, E. Souteyrand, ну до 100 мкм. Порошки nc-Si, которые использовались I.R. Martin. J. Porous Mater., 7, 111 (2000).

для изготовления пластин, могли синтезироваться в [4] J. Costa, P. Poura, J.K. Morante, E. Bertran. J. Appl. Phys., диапазоне температур потока аргона в зоне синтеза от 83, 7879 (1998).

20 до 250C.

[5] K. Накамото. Инфракрасные спектры неорганических и Свойства полученных пластин изучены на основе координационных соединений (М., Мир, 1966) с. 147.

анализа ИК спектров пропускания и темновой проводи[6] P. Roca i Cabarrocas, S. Hammea, S.N. Sharma, G. Viera, мости. Обнаружено, что в процессе прессования в этих E. Bertran, J. Costa. J. Non-Cryst. Sol., 227–230, 871 (1998).

пластинах формируются связи между атомами кремния, [7] H. Shirai, T. Arai, T. Nakamura. Appl. Surf. Sci., 113–114, составляющими основу порошков, и атомами водорода, (1997).

[8] G.P. Kuz’min, M.E. Karasev, E.M. Khokhlov, N.N. Kononov, кислорода и углерода, находящимися на поверхности V.G. Plotnichenko, O.V. Tikhonevich. Laser Phys., 10, кремниевых наночастиц. Пластины, изготовленные из (2000).

порошков nc-Si, синтезированных при более высоких [9] S. Shuppler, S.L. Friedman, M.A. Marcus, D.L. Adler, Y.H. Xie, температурах потока буферного аргона, обнаруживают F.M. Ross, Y.I. Chabal, T.D. Harris, L.E. Brus, W.L. Braun, более ярко выраженную водородную микроструктуру E.E. Chaban, P.F. Sxajowski, S.B. Christman, P.H. Citrin. Phys.

по сравнению с пластинами, изготовленными из низкоRev. B, 52, 4910 (1995).

температурных порошков. Отжиг пластин в атмосфере [10] H. Richter, L. Ley. J. Appl. Phys., 52, 7281 (1981).

аргона приводит к разрыву большинства из образовав[11] Xi-Mao Bao, Xiang He, Ting Gao, Feng Yau, Hui-Lau Chen.

шихся связей, причем наименьшая температура отжига Sol. St. Commun., 109, 169 (1999).

требуется для разрыва связей Si–Hи Si–CHx (x = 1-3).

[12] M.H. Brodsky, M. Cardona, J.J. Cuomo. Phys. Rev. B, 16, Молекулы воды, адсорбированные на поверхности нано3556 (1977).

частиц, при отжиге являются одним из источников для [13] H. Fujiwara, Y. Toyoshima, M. Kondo, A. Matsuda. Phys.

формирования структурных групп Si–OH.

Rev. B, 60, 13 598 (1999).

Изучение температурной зависимости темновой про- [14] V.G. Plotnichenko, V.O. Sokolov, E.M. Dianov. J. Non-Cryst.

водимости показало, что при температурах T 270 K Sol., 261, 186 (2000).

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Оптические и электрические свойства тонких пластин... [15] T.D. Shen, I. Shmagin, C.C. Koch, R.M. Kolbas, Y. Fahmi, L. Bergman, R.J. Nemanich, M.T. McClure, Z. Sitar, M.X. Quan. Phys. Rev. B, 55, 7615 (1997).

[16] R.A. Bley, S.M. Kanzlarich, J.E. Davis, H.W.H. Lee. Chem.

Mater., 8, 1881 (1996).

[17] Н. Мотт, Э. Девис. Электронные процессы в некристаллических веществах (М., Мир, 1982).

[18] Аморфные полупроводники, под ред. М. Бродски (М., Мир, 1982).

[19] J.P. Kleider, C. Longeaud, M. Gautier, M. Meaudre, R. Meaudre, R. Butte, S. Vignoli, P. Roca i Cabarrocas. Appl.

Phys. Lett., 75, 3351 (1999).

[20] O. Saadan, S. Lebib, A.V. Kharchenko, C. Longeaud, P. Roca i Cabarrocas. J. Appl. Phys., 93, 9371 (2003).

Редактор Л.В. Шаронова Optical and electrical properties of thin wafers obtained from nanocrystalline Si powders N.N. Kononov, G.P. Kuz’min, A.N. Orlov, O.V. Tikhonevitch, A.A. Surkov General Physics Institute, Russian Academy of Scinces, 119991 Moscow, Russia The Natural Sciences Center at GPI

Abstract

The transmission spectra and dark conductivities of thin wafers made of nanocrystalline silicon (nc-Si) powders have been investigated. The original nc-Si powders were synthesized by the laser induced dissociation of silan (LICVD) within the temperature region of the ambient buffer gas from 20 up to 250C with subsequent compression from 108 to 109 Pa. It has been revealed that chemical bonds Si–H, Si–CHx and Oy –Si–Hx (x, y = 1-3) are created during the compression of powders.

These bonds are destroyed under annealing of wafers, the lowest temperature being required for breaking Si–H and Si–CHx structures. We have found that the dark conductivity of the wafers that were fabricated from nc-Si powders and synthesized at higher temperatures of buffer gas was larger then at lower temperature. For wafers investigated two temperature regions with different character of the dark conductivity are found. At the wafer temperatures above 279 K the dark conductivity is determined by charge carrying between extended states in conduction and valence bands while at low temperatures the electronic transport is attributed to hopping conductivity between localized states in the energy gap region.

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.