WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 7 Дефекты, ближний и средний порядок в структурной сетке аморфного гидрированного кремния © О.А. Голикова, В.Х. Кудоярова Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 4 ноября 1997 г. Принята к печати 10 ноября 1997 г.) Исследовано влияние дефектов (оборванных связей Si–Si), образованных в процессе осаждения пленок a-Si : H методом тлеющего разряда, при его легировании бором а также фотоиндуцированных, на изменения ближнего и среднего порядка в структурной сетке. Показано, что при постоянной концентрации дефектов ND = const заряженные дефекты значительно сильнее влияют на структуру a-Si : H, чем нейтральные.

1. Введение 2. Методики экспериментов Условия получения пленок псевдолегированного В настоящее время возрос интерес к изучению измеa-Si : H методом тлеющего разряда (glow discharge нений структуры, сопутствующих образованию дефектов method, или PECVD) были подробно описаны в рабо(оборванных связей Si–Si) в аморфном гидрированном те [8], а условия легирования пленок бором из газовой кремнии (a-Si : H). Эти изменения могут быть связаны фазы и ионной имплантации — в работе [9]. Температура с особенностями локальной структуры как ближнего осаждения всех пленок была постоянной Ts = 300C.

порядка (например, с разбросом в величинах углов меИзвестно [10], что в a-Si : H при воздействии светом жду связями), так и промежуточного (среднего) порядка возникает фотопроводимость ph, величина которой (например, с дисперсией диэдрических углов), а также падает со временем засветки t по закону th t-.

с различными особенностями статистики колец, состаМы предполагаем, что воздействие света приводит вленных из кремниевых тетраэдров. В наибольшей стене только к образованию дефектов (оборванных свяпени это относится к образованию фотоиндуцированных зей Si–Si), но и к дополнительным изменениям струкдефектов, которые, согласно гипотезе Fritzsche [1], должтуры в объеме материала. Для изучения влияния заны сопровождаться перестройкой структуры на уровсветки на структуру выбирался псевдолегированный мане среднего порядка. Действительно, такие изменения териал, обладающий быстрой кинетикой падения фоструктуры a-Si : H в результате засветки были обнарутопроводимости: при воздействии светом от источника жены методом ЯМР [2,3]. Кроме того, были устанотипа АМ-1, мощностью 100 мВт/см2 в спектральном влены и другие фотоструктурные изменения a-Si : H, в диапазоне < 0.9 мкм показатель = 0.66. После частности, уменьшение энтропии [4], изменение величин засветки в течение 5 ч фотопроводимость выходит на углов между связями Si–Si [5], уменьшение напряжения стационарный уровень и можно ожидать, что произошли сжатия [6], а также было обнаружено расширение пленки фотоструктурные изменения.

после интенсивной засветки [7]. В работе [8] было Информация о структуре на уровне ближнего и средпоказано, что образование дефектов в процессе роста него порядка была получена на основе анализа рамановнелегированной пленки a-Si : H, контролируемое услови- ских спектров, как в работе [11]. Спектры снимались на ями осаждения, сопровождается не только изменениями приборе U-1000 (диапазон 20 620 см-1, шаг 1 см-1, положения уровня Ферми (псевдолегирование), но и из- щель 5 см-1, точность измерений ±2.5см-1). Длина менениями параметра Урбаха EU, частоты поперечного волны возбуждающего излучения = 488 нм, мощность 100 мВт. Полуширина пика поперечного оптичеоптического фонона TO и ширины линии в спектре рамановского рассеяния оптического фонона на полувы- ского фонона TO дает информацию о дисперсии углов между связями Si–Si (ближнем порядке), интенсивность соте TO, т. е. параметров, характеризующих степень пика поперечного акустического фонона (ТА), приведенупорядоченности аморфной структуры. Известно, что ная к интенсивности TO-пика, ITA/ITO, дает информацию легирование a-Si : H электрически активными примесями о среднем порядке. Согласно работе [11], рост величины также приводит к образованию дефектов, однако харакITA/ITO свидетельствует о возрастании неупорядоченнотер сопутствующей этому трансформации структурной сти в расположении Si-тетраэдров.

сетки установлен менее определенно.

Цель данной работы — сравнение изменений в ближнем и среднем порядке в структурной сетке a-Si : H 3. Экспериментальные результаты при образовании дефектов различными способами: в и их обсуждение процессе осаждения пленок нелегированного a-Si : H (deposition-induced or ”native” defects), в результате Рассмотрим, как изменяются TO и ITA/ITO в зависизасветки (фотоиндуцированные дефекты), а также при мости от положения уровня Ферми F в щели подвижлегировании бором. ности a-Si : H относительно края зоны проводимости c Дефекты, ближний и средний порядок в структурной сетке аморфного гидрированного кремния (рис. 1). Для псевдолегированного a-Si : H n-типа проводимости (c - F)T =0 =E, где E — энергия активации темновой проводимости; для легированного бором a-Si : H p-типа проводимости (c - F)T =0 = Eg - E (Eg — оптическая ширина щели с учетом известного уменьшения величины Eg при легировании бором [9]).

Из рис. 1 следует, что TO и ITA/ITO, представленные как функции (c - F)T =0, стремятся к минимуму, соответствующему a-Si : H с (c -F)T =0 = 0.85 эВ. Отметим также, что при сдвигах F от минимума величины TO и ITA/ITO возрастают одновременно, при этом относительное изменение ITA/ITO для псевдолегированного a-Si : H больше, когда уровень Ферми сдвигается в сторону края валентной зоны, т. е. когда (c-F)T =0 > 0.85 эВ.

Кроме того, из рис. 1 следует, что как TO, так и Рис. 2. Плотность дефектов ND (I) и содержание водороITA/ITO резко увеличиваются для пленок a-Si : H, когда да CH (II, III ) в зависимости от положения уровня Ферми.

(c - F) =1.05 1.15 эВ.

Кривые I, II данные [8], полученные для псевдолегированных Известно, что плотность дефектов ND, образующихся образцов; кривая III — данные работы [9], полученные для образцов, легированных бором. 1, 2 — образцы, легированные в пленках псевдолегированного a-Si : H, минимальна при бором методом ионной имплантации и из газовой фазы соот(c - F)T =0 = 0.85 эВ [8]. На основании данных, предветственно.

ставленных на рис. 2, то же можно сказать и о пленках a-Si : H, легированных бором как ионной имплантацией, так и из газовой фазы.

Содержание связанного с кремнием водорода, TO и ITA/ITO в этой области возрастают как для CH, определенное по инфракрасным спектрам, в псевдолегированного, так и для легированного бором псевдолегированных пленках минимально, когда a-Si : H (рис. 1). Поэтому можно заключить, что (c - F)T =0 = 0.85 эВ. В то же время в изменения CH на TO и ITA/ITO решающего влияния пленках с примесью бора CH падает в области не оказывают. С этим заключением согласуются, по (c - F)T =0 = 0.85 1.15 эВ (рис. 2). Однако крайней мере в отношении TO, результаты [12]: при CH 5 25 ат% TO = 70 73 см-1. Данные об ITA/ITO в [12] не приводятся; пленки были получены методом тлеющего разряда.

Рассмотрим теперь TO и ITA/ITO в зависимости от плотности дефектов, ND, определенной методом постоянного фототока (рис. 3). Далее мы будем говорить об ND в областях изменения (c - F)T =0 = 0.65 0.85 и 0.851.15 эВ. Как видно из рис. 3, зависимость TO от ND для обеих указанных областей можно описать одной плавной кривой, на которую ложатся точки, полученные для всех пленок: псевдолегированных и легированных бором. В то же время зависимости ITO/ITA от ND для псевдолегированных пленок из двух указанных выше областей заметно различаются, что, по-видимому, связано с различными зарядовыми состояниями дефектов (оборванных связей), D- и D+ соответственно [8]. В легированном a-Si : H атомы бора, встраивающиеся в Si-тетраэдры, приводят к дополнительному разупорядочению структуры. Действительно, при плотности дефек-тов ND 5 · 1016см наблюдается более резкий рост как ITA/ITO, так и параметра Урбаха EU (точки 3, на рис. 3). Отметим, что существенных различий EU для псевдолегированных пленок из двух указанных выше Рис. 1. Зависимости TO и ITA/ITO от положения уровобластей не наблюдается.

ня Ферми относительно края зоны проводимости a-Si : H.

Рассмотрим влияние засветки на TO и ITA/ITO. Из1 — псевдолегированный a-Si : H (стрелками показаны перехоменение TO и ITA/ITO в результате засветки для одноды в состояние после засветки). 2 — a-Si : H, легированный бого из образцов показаны стрелками на рис. 1, плотность ром методом ионной имплантации; 3 — a-Si : H, легированный фотоиндуцированных дефектов составила 1017 см-3. В бором из газовой фазы.

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 878 О.А. Голикова, В.Х. Кудоярова ровании и легировании. Таким образом, именно образование заряженных дефектов приводит к резкому росту неупорядоченности структуры на всех уровнях. При этом изменения зарядовых состояний дефектов особенно влияют на средний порядок: об этом говорят различия зависимостей ITA/ITO от ND для псевдолегированных пленок из двух указанных выше областей (рис. 3), а также различие величин ITA/ITO для двух пленок при (c - F)T =0 = const: для не засвеченной пленки из области 0.85 1.05 эВ и засвеченной пленки из области 0.65 0.85 эВ (рис. 1).

Работа поддержана грантом INTAS № 931916.

Список литературы [1] H. Fritzsche. Sol. St. Commun., 94, 953 (1995).

[2] H.M. Branz, P.A. Fedders. MRS Symp. Proc., 338, 129 (1994).

[3] M.J. Kernan, R.L. Corey, P.A. Fedders, D.J. Leopold, R.E. Norberg, W.A. Turner, W. Paul. MRS Symp. Proc., 377, 395 (1995).

[4] C.M. Formann, R.M. Dawson, H.Y. Liu, C.R. Wronski. Appl.

Phys., 76, 768 (1994).

[5] K. Shimizu, T. Shiba, T. Tabuchi, H. Okamoto. Japan. J. Appl.

Phys., 36, 29 (1997).

[6] K. Shimizu, T. Tabuchi, M. Iida, H. Okamoto. Abstracts Рис. 3. TO (a), ITA/ITO (b, c) и EU (d) как функции плотICAMS-17 (Budapest, 1997) p. 209.

ности дефектов. 1 — псевдолегированный a-Si : H из области [7] T. Goto, N. Masui, M. Kondo, S. Nonomura, A. Matsuda, c - F = 0.65 0.85 эВ, 2 — псевдолегированный a-Si : H из S. Nitta. Abstracts ICAMS-17 (Budapest, 1997) p. 210.

области c - F = 0.85 1.05 эВ, 3 — a-Si : H, легированный [8] О.А. Голикова, В.Х. Кудоярова. ФТП, 29, 1128 (1995).

бором методом ионной имплантации, 4 — a-Si : H, легирован[9] О.А. Голикова, У.С. Бабаходжаев, У.С. Дубро, М.М. Казаный бором из газовой фазы.

нин, М.М. Мездрогина, Р.Р. Яфаев. ФТП, 24, 1190 (1990).

[10] E. Sauvain, P. Pipos, A. Shah, J. Hubin. J. Appl. Phys., 75, 1722 (1994).

[11] A.P. Sokolov, A.P. Shebanin, O.A. Golikova, M.M. Mezdroрезультате засветки энергия активации темновой провоgina. J. Non-Cryst. Sol., 137/138, 99 (1991).

димости образца E возросла от 0.8 до 0.96 эВ. Из рис. [12] A.H. Mahan, B.P. Nelson, S. Salomon, R.S. Crandall. J. Nonследует, что если TO, определенная после засветки Cryst. Sol., 137/138, 657 (1991).

пленки, совпадает с TO другой, не засвеченной, плен[13] P. Stradins, H. Fritzsche, M.Q. Tran. MRS Symp. Proc., 336, ки при (c - F)T =0 = const, то ITA/ITO, определенные 227 (1994).

при указанных условиях для этих пленок, отличаются [14] О.А. Голикова. ФТП, 31, 281 (1997).

друг от друга: величина ITA/ITO засвеченной пленки Редактор Л.В. Шаронова существенно ниже. Кроме того, образование фотоиндуцированных дефектов не приводит к одновременному возрастанию величин TO и ITA/ITO: возрастает только Defects, short- and medium-range order in первая из них, а вторая падает, т. е. дисперсия углов amorphous hydrogenated silicon network между связами Si–Si увеличивается, но расположение O.A. Golikova, V.Kh. Kudoyarova тетраэдров становится более упорядоченным.

Результаты настоящей работы снова ставят вопрос о A.F. Ioffe Physicotechnical Institute, различии дефектов в структурной сетке a-Si : H, образоRussian Academy of Sciences, ванных различными способами, давно уже обсуждаемый 194021 St. Petersburg, Russia в литературе (см., например, [13,14]).

Как и ранее [8,14], мы исходим из того, что ней

Abstract

Effect of defects (Si–Si dangling bonds) created during тральные оборванные связи (D0) образуются в процессе film deposition by PECVD, doping with boron and also effect of осаждения только ”собственного” a-Si : H. В этом же photoinduced defects on short- and medium-range order in a-Si : H состоянии (D0) находятся и фотоиндуцированные дефекnetwork have been investigated. Charged defects were shown ты [14]. Приведенные нами данные показывают, что to affect a-Si : H structure much more than neutral defects at the при ND = const (ND 1017 см-3) фотоиндуцированные constant defect concentration.

дефекты приводят к значительно меньшим изменениям структуры, чем дефекты, образующиеся при псевдолегиФизика и техника полупроводников, 1998, том 32, №




© 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.