WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 8 Фотоиндуцированная релаксация метастабильных состояний в a-Si : H (B) © Н.Н. Ормонт¶, И.А. Курова, Г.В. Прокофьев Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (Физический факультет), 119992 Москва, Россия (Получена 27 декабря 2004 г. Принята к печати 12 января 2005 г.) Исследована кинетика термической релаксации ансамбля фотоиндуцированных метастабильных электрически активных атомов бора в пленках a-Si : H (B) после частичной релаксации ансамбля в темноте и при подсветках разной интенсивности и длительности. Определены параметры растянутой экспоненты, описывающей кинетику релаксации ансамблей. Установлено, что фотоиндуцированная релаксация метастабильных состояний проявляется в условиях, когда ее скорость превышает скорость их фотоиндуцированного образования. Показано, что изменения функции распределения метастабильных состояний по временам релаксации вследствие термической и фотоиндуцированной релаксации подобны.

Фотоиндуцированная релаксация метастабильных концентрации МЭАП ансамбля при этой температуре оборванных связей (МОС) в аморфном гидрированном согласно соотношению кремнии сначала была предсказана теоретически [1] и N(t) =A lg d(t)/d0, затем экспериментально обнаружена в нелегированных пленках a-Si : H [2,3]. В наших предыдущих работах [4,5] где d0 — равновесная темновая проводимость при была обнаружена фотоиндуцированная релаксация данной температуре, A — определяется температурой и метастабильных электрически активных атомов примеси постоянной плотностью состояний в области изменения (МЭАП) в слабо легированных бором пленках a-Si : H.

уровня Ферми при релаксации МЭАП.

Цель настоящей работы заключалась в более детальном В настоящей работе были проведены измерения киисследовании процесса фотоиндуцированной релаксации нетики изменения проводимости пленки a-Si : H (B) с МЭАП в пленках a-Si : H, слабо легированных бором, в различными ансамблями фотоиндуцированных МЭАП частности, в исследовании кинетики изменения функции при температуре 410 K. Отметим, что образование фотораспределения МЭАП по временам релаксации под индуцированных МЭАП приводило к увеличению прововлиянием освещения. димости пленки, а релаксация МЭАП — к уменьшению Исследовались пленки a-Si : H, легированные бором, ее проводимости. На рис. 1 приведены экспериментально полученные методом осаждения в плазме ВЧ тлеющего полученные временные зависимости lg[d(t)/d0], которазряда. Легирование пленок проводилось из газовой рые описываются растянутыми экспонентами с разными фазы. Полная концентрация бора, определенная методом SIMS, составляла величину NB = 3 · 1017 cм-3.

Методика исследований и ее обоснование подробно изложены в работах [4,5]. Основой методики является определение и сравнение параметров кинетики термической релаксации ансамблей МЭАП, полученных при частичной релаксации в темноте и при наличии подсветки ансамбля МЭАП, предварительно созданного сильным освещением. Кинетика термической релаксации ансамблей МЭАП описывается растянутой экспонентой с параметрами, характеризующими эти ансамбли, N(t) =N(0) exp -(t/0), где N(0) — полная начальная концентрация МЭАП в ансамбле; 0 — эффективное время релаксации ансамбля, близкое к значению в максимуме f ( ) — функции распределения МЭАП по ; -1 — харак- Рис. 1. Кинетика изменения темновой проводимости пленки теризует полуширину функции f ( ). Было показано a-Si : H (B) после образования в ней ансамбля МЭАП-I (кривая 1). Кинетика изменения темновой проводимости этой плентакже, что в исследованных пленках a-Si : H (B) кинеки после образования в ней ансамбля МЭАП-I и последующей тика изменения темновой проводимости пленки d(t) частичной его релаксации в темноте (кривые 2–4) и при слапри данной температуре отражает кинетику изменения бой подсветке с интенсивностью 1.3 мВт · cм-2 (кривые 5–7) в ¶ E-mail: ormont@phys.msu.su течение 100, 300 и 1200 c.

Фотоиндуцированная релаксация метастабильных состояний в a-Si : H (B) Таблица 1. Параметры термической релаксации различных ансамблей МЭАП до и после частичной релаксации ансамбля МЭАП-I в темноте и при подсветке 1.3 мВт · см-Ансамбли МЭAП N(0) отн. ед. 0, c МЭАП-I 0.57 2520 0.МЭАП-I после Втемноте При подсветке Втемноте При подсветке В темноте При подсветке частичной релаксации 60 c 0.54 0.51 2680 2910 0.8 0.100 c 0.53 0.49 2800 3230 0.82 0.300 c 0.47 0.42 2950 2860 0.84 0.1200 c 0.32 0.34 3620 2690 0.89 0.параметрами (кривые 1–7), отражающими кинетику ре- временах частичной релаксации ансамбля МЭАП-I в лаксации МЭАП в следующих ансамблях. условиях подсветки становится существенным процесс Кривая 1 — термическая релаксация исходного ан- фотоиндуцированного образования МЭАП.

самбля МЭАП-I, образованного предварительным осве- Предложенное выше объяснение подтверждается слещением исследуемой пленки в течение 300 с белым дующими экспериментальными данными. На рис. светом с интенсивностью 80 мВт · cм-2 от галогеновой показана кинетика изменения проводимости пленки в лампы с ИК фильтром.

процессе релаксации ансамбля МЭАП-I в темноте (криКривые 2, 4, 6 — термическая релаксация ансамбля вая 1) и при наличии слабой подсветки 1.3 мВт · см-МЭАП-I после его частичной термической релаксации, (кривая 2) и 10 мВт · cм-2 (кривая 3). Видно, что велисоответственно, в течение 100, 300 и 1200 с.

чина стационарной проводимости пленки при больших Кривые 3, 5, 7 — термическая релаксация ансамб- временах (кривые 2 и 3) больше величины равновесной ля МЭАП-I после его частичной термической релак- темновой проводимости (кривая 1), что указывает на сации при наличии слабой подсветки интенсивности увеличение концентрации МЭАП в пленке в результате 1.3 мВт · см-2, соответственно, в течение 100, 300 и фотоиндуцированного образования их под воздействием 1200 с.

длительной подсветки.

Параметры кривых 1–7, отражающих кинетику термиДифференцируя кривые 1, 2 и 3 (рис. 2) по времени, ческой релаксации этих ансамблей МЭАП, приведены в получаем временные зависимости скоростей изменения табл. 1.

концентрации МЭАП в темноте — v1(t) и при подсветИз таблицы видно.

ках — v2(t) и v3(t). На рис. 3 приведены зависимости 1. При увеличении времени частичной термической v1(t), v2(t) и v3(t) (соответственно кривые 1, 2 и 3).

релаксации ансамбля МЭАП-I уменьшается концентра- Видно, что скорости релаксации МЭАП при подсветция МЭАП, при этом 0 и увеличиваются. Это свидетельствует о том, что при термической релаксации происходит преимущественно релаксация состояний с малыми временами релаксации, в результате чего эффективное время релаксации увеличивается и ширина функции распределения f ( ) уменьшается.

2. Все параметры (N(0), 0 и ) термической релаксации ансамблей, полученных после частичной релаксации ансамбля МЭАП-I в темноте и при наличии подсветки, различны. Это указывает на наличие фотоиндуцированной релаксации МЭАП.

3. Эти различия зависят от времени предварительной частичной релаксации ансамбля МЭАП-I. При малых временах в условиях подсветки N(0) уменьшается, а и увеличиваются, как и в темноте, но на большую величину. При увеличении времени предварительной релаксации действие подсветки иное: параметр N(0) уменьшается слабее, 0 и не увеличиваются, а Рис. 2. Кинетика изменения темновой проводимости пленки уменьшаются. Это указывает на расширение функции a-Si : H (B) после образования в ней ансамбля МЭАП-I в распределения f ( ) в область малых времен. Такое темноте (кривая 1) и при подсветке с интенсивностью 1.3 и действие подсветки обусловлено тем, что при больших 10 мВт · см-2 (кривые 2 и 3).

5 Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 962 Н.Н. Ормонт, И.А. Курова, Г.В. Прокофьев релаксацией ансамбля МЭАП-I с малыми временами релаксации. Времена предварительной релаксации, равные 300 и 1200 с, больше величины tc = 160 c. Это обусловливает малую величину скорости фотоиндуцированной релаксации МЭАП во время предварительной релаксации ансамбля МЭАП-I, и, следовательно, изменение параметров 0 и определяется фотоиндуцированным образованием МЭАП с малыми временами релаксации.

В табл. 2 представлены значения параметров релаксации ансамбля МЭАП-I после его частичной релаксации в течение 300 с в темноте и при различных интенсивностях подсветки от 0.5 до 10 мВт · cм-2. Видно, что полная начальная концентрация МЭАП в ансамблях — N(0) уменьшается монотонно с увеличением интенсивности подсветки во время предварительной частичной релаксации ансамбля МЭАП-I. В то же время величины 0 и Рис. 3. Временные зависимости скоростей изменения концентрации МЭАП в пленке a-Si : H (B) в темноте (кривая 1) и при изменяются немонотонно с увеличением интенсивности.

подсветке с интенсивностью 1.3 и 10 мВт · cм-2 (кривые 2 и 3).

При малой интенсивности подсветки (0.5 мВт · см-2) значения 0 и больше значений этих параметров при отсутствии подсветки во время предварительной релаксации ансамбля МЭАП-I. При увеличении интенке (v2, v3) при малых временах больше скорости терсивности подсветки до 1.3 и 10 мВт · см-2 значения мической релаксации МЭАП (v1). В моменты времени и не увеличиваются, а уменьшаются. Это обусловлеt2 и t3 скорости v2 и v3 сравниваются со скоростью v1, но тем, что при увеличении интенсивности подсветки а при больших временах скорости v2 и v3 становятся уменьшается время tc, когда сравниваются скорости фоменьше v1. Скорости v2 и v3 определяются четырьмя тоиндуцированной релаксации и фотоиндуцированного скоростями — термической и фотоиндуцированной реобразования МЭАП. Поэтому при малой интенсивности лаксации и генерации МЭАП, а скорость v1 только двуподсветки преобладает фотоиндуцированная релаксация мя скоростями — термической релаксации и генерации МЭАП, так как время 300 с < tc. При интенсивностях МЭАП. Следовательно, в моменты времени t2 и t3 сравподсветки 1.3 и 10 мВт · см-2 преобладает фотоиндуниваются скорости фотоиндуцированной релаксации и цированное образование МЭАП, так как 300 с > tc.

фотоиндуцированной генерации МЭАП. Таким образом, Соответственно при малой интенсивности подсветки если время предварительной частичной релаксации ани увеличиваются в результате фотоиндуцированной самбля МЭАП-I при подсветке меньше времени tc, при релаксации МЭАП с малыми временами релаксации.

котором сравниваются скорости фотоиндуцированной При больших интенсивностях — 0 и уменьшаются релаксации и генерации МЭАП, то фотоиндуцированное вследствие фотоиндуцированного образования МЭАП с образование МЭАП во время частичной релаксации при малыми временами релаксации.

подсветке мало. В этом случае идет преимущественно Итак, в работе установлено, что фотоиндуцированная процесс фотоиндуцированной релаксации. Если время релаксация фотоиндуцированных метастабильных элекчастичной релаксации больше tc, то преобладающим трически активных атомов бора в пленках a-Si : H (B) становится процесс фотоиндуцированного образования проявляется при их релаксации с подсветкой, когда МЭАП. На рис. 3 видно также, что t3 < t2, т. е. при скорость фотоиндуцированной релаксации метастабильувеличении интенсивности подсветки критическое время tc уменьшается.

В табл. 1 приведены найденные значения параметров Таблица 2. Параметры термической релаксации различных N(0), 0 и полной термической релаксации ансамбля ансамблей МЭАП до и после частичной релаксации в течение МЭАП-I, а также ансамблей, полученных после частич300 с ансамбля МЭАП-I в темноте и при подсветке различной ной релаксации ансамбля МЭАП-I в течение разного интенсивности времени в темноте и при наличии слабой подсветАнсамбли МЭАП N(0) отн. ед. 0, c ки 1.3 мВт · cм-2. Время tc для этой интенсивности подсветки, согласно рис. 3, составляет 160 с. Времена МЭАП-I 0.57 2520 0.предварительной релаксации 60 и 100 с меньше этой МЭАП-I после частичной величины. Это условие обусловливает малую величирелаксации:

ну скорости фотоиндуцированной генерации МЭАП во в темноте 0.47 2880 0.время предварительной релаксации ансамбля МЭАП-I при подсветке 0.5 мВт · см-2 0.44 2920 0.при подсветке, и, следовательно, изменение парамет- при подсветке 1.3 мВт · см-2 0.42 2820 0.при подсветке 10 мВт · см-2 0.40 2680 0.ров N(0), 0 и определяется фотоиндуцированной Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Фотоиндуцированная релаксация метастабильных состояний в a-Si : H (B) ных состояний существенно превышает скорость их фотоиндуцированного образования. Выполнение этого условия зависит от начальной концентрации фотоиндуцированных метастабильных состояний, интенсивности и длительности подсветки. Проведенные исследования показывают также, что изменения функции распределения f ( ) в ансамбле фотоиндуцированных метастабильных состояний вследствие термической и фотоиндуцированной релаксации подобны. Это указывает на идентичные механизмы термической и фотоиндуцированной релаксации.

Работа выполнена при поддержке программы „Интеграция“.

Список литературы [1] D. Redfield. Appl. Phys. Lett., 52, 492 (1988).

[2] R. Meaudre, M. Meaudre. Phys. Rev. B, 45, 12 135 (1992).

[3] H. Gleskova, P.A. Morin, S. Wagner. Appl. Phys. Lett., 62, (1993).

[4] И.А. Курова, Н.Н. Ормонт, А.Л. Громадин. ФТП, 37, (2003).

[5] И.А. Курова, Н.Н. Ормонт, А.Л. Громадин. ФТП, 37, (2003).

Редактор Л.В. Беляков Photo-induced relaxation of metastable states in a-Si : H (B) N.N. Ormont, I.A. Kurova, G.V. Prokofyev Faculty of Physics, Moscow State University, 119992 Moscow, Russia

Abstract

The thermal relaxation kinetics of the ensemble of photo-induced metastable electrically active B atoms in a-Si : H (B) films was investigated after its partial relaxation in the darkness and under the light of different intensity and duration. The parameters of the stretched exponent, that approximates the relaxation kinetics of this ensembles, were calculated. It was found that photo-induced relaxation of metastable states can be essential provided that its rate is higher then the rate of their photo-induced generation. It was obtained, that due to the thermal and photo-induced relaxation the variations of the distribution function in ensemble of metastable states are similar.




© 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.