WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

ствующее дисперсивной диффузии водорода. Как видно, Согласно известным моделям [17,18], кинетика отжига энергия активации E определяет положение максимума метастабильных дефектов следует закону растянутой эффекта. Таким образом, данная модель демонстрирует экспоненты:

корреляцию между термическими эффектами и параметрами релаксационной кинетики.

Ns(t) - Ns() / Ns(0) - Ns() = exp -(t/ ), Данный подход был использован также для моделирования ВТЭ, который рассматривался как результат T = const, (3) структурной релаксации после эффузии водорода [9].

где Ns(t), Ns(0), Ns() — концентрации метастабильТаким образом, полный спектр ДСК представлялся как ных дефектов во время t, в начальный момент и в суперпозиция вкладов НТЭ и ВТЭ. Модельные кривые равновесном состоянии, — характеристическое время.

различных пленок представлены на рис. 1 вместе с Параметр дисперсии = T /T0, где T0 =600 K [17].

экспериментальными данными. Следует отметить, что Мы предположили, что величина интегральной те- расчеты для ВТЭ дали величину E = 0.7 эВ, что значиплоты, выделившейся в НТЭ, определяется тепловым тельно ниже величины, рассчитанной из эксперимента.

эффектом Qs реакции (2) и изменением плотности ме- Это означает, что ВТЭ не может быть полностью описан тастабильных дефектов Ns0(T ) = Ns(0) -Ns() при данной моделью, так как она не учитывает собственно T = const: эффузию водорода.

Q(T ) QsNs0(T ). (4) Результаты измерений ЭСВ (как зависимости фотопроводимости, ph(t), так и темновой проводимости, Элементарное изменение теплоты dQ(T ) при изменеd(t)) для пленок a-Si : H, осажденных при различных нии температуры dT определяется скоростью нагрева параметрах, подгонялись к виду, описываемому законом v = dT /dt и дифференциалом dNs0(T ), который растянутой экспоненты [19] с помощью метода наиуправляется кинетикой метастабильного отжига, следоменьших квадратов, откуда были получены параметры вательно, из (4) следует генерационной кинетики метастабильных дефетов:

dQ(T )/dT dNs0(T )/dT. (5) (t) - () / (0) - () = exp -(t/ ), (9) Таким образом, этот подход позволяет описать вклад где (t), (0), () — проводимость в момент t, в релаксационных процессов в экзотермический эффект начальном и равновесном состояниях, соответственно Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Метастабильность и релаксационные процессы в аморфном гидрогенизированном кремнии Таблица 3. Концентрация водорода NH, микроструктурный параметр R, параметры генерации и отжига метастабильных дефектов и фоточувствительность пленок a-Si : H, осажденных при различных параметрах gen ann ann Условия rg, NH E, эВ E, эВ E, эВ ph/d R изготовления /с ат% (ЭСВ) (ЭСВ) (НТЭ) T = 300 K Разбавленный H2 2.0 14.0 0.25 0.088 1.138 0.960 1 · Разбавленный He 2.0 7.2 0.20 0.034 0.964 0.990 8 · Разбавленный He 1.0 11.0 0.39 0.155 1.235 1.198 1 · 55 кГц 11.3 12.3 0.16 0.086 1.046 0.950 6 · 55 кГц 10.1 16.4 0.26 0.107 1.057 0.965 1 · 55 кГц 10.0 26.6 0.30 0.141 1.071 1.010 8 · Примечание. ЭСВ — эффект Стеблера–Вронского, НТЭ — низкотемпературный экзотермический эффект.

— характеристическое время и — параметр дис- микроструктурной неоднородности (параметр R). Кроме персии. Характеристическое время было термически того, величины энергии активации коррелируют с паактивированным: раметром R и с общим содержанием водорода NH для каждого типа процесса осаждения.

= 0 exp(E /kT ), (10) На рис. 4 показана зависимость величины энергии активации от микроструктурного параметра R. Как где E — энергия активации характеристического вре- ann видно, величины E, рассчитанные из измерений ЭСВ, мени генерации дефектов. Учитывая, что реакция (2) ann близки к соответствующим величинам E, оцененным является причиной ЭСВ (равновесие сдвигается в стопо данным ДСК. Этот результат, а также зависирону более высокой плотности дефектов под влиянием мость изменения этих параметров от R показывают обсветоиндуцироваанных избыточных свободных носитещую природу отжига светоиндуцированных дефектов и лей), рассчитывались величины энергии активации отжиНТЭ. Следовательно, реакция (2) может использоваться gen ann ann га E согласно [17] как E + F = Fg + E, где Eg — для описания генерации светоиндуцированных дефектов gen ширина запрещенной зоны, E — энергия активации (ЭСВ) и термического эффекта, соответствующего прогенерации.

цессу релаксации, на кривых ДСК. Из рис. 4 видно, gen ann Энергии активации генерации E иотжига E метачто кинетика реакции (5) контролируется водородной ann стабильных дефектов, а также энергия активации E, микроструктурой. Увеличение R ведет к увеличению полученная из моделирования НТЭ на кривых ДСК для энергии активации, что связано с замедлением диффузии пленок a-Si : H, осажденных при различных параметрах, водорода [19]. Большая стабильность пленок, осажденпредставлены в табл. 3. Скорость роста пленок rg, общее ных из моносилана, разбавленного He, при Ts = 300Cв содержание водорода NH, микроструктурный параметр R разряде 55 кГц, предположительно связана с образовании фоточувствительность, ph/d, измеренная на длине ем SiH2 или кластеров типа SiH на внутренних границах волны = 633 нм (T = 300 K), представлены там же. зерен микропустотах, порах и т. д., которые играют роль Как следует из таблицы, все образцы обладают хороший центров захвата при дисперсивной диффузии водорода. В этом случае увеличение микроструктурного параметра R фоточувствительностью вне зависимости от величины ведет к замедлению диффузии водорода и к увеличению энергии активации характеристического времени. Также следует отметить, что пленки, осажеднные в тлеющем разряде при 55 кГц и при высоких скоростях роста, обладают хорошими оптоэлектронными свойствами и высокой фотопроводимостью.

Заключение Мы показали следующее:

— дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) является эффективным методом выявления структурной неоднородности в неупорядоченных материалах;

— низкотемпературный экзотермический эффект (НТЭ) вызван релаксацией слабых связей Si;

Рис. 4. Зависимости энергий активации характеристических — высокотемпературный эффект вызван эффузией вовремен генерации и отжига от микроструктурного параметра ann ann gen R для исследованных образцов: 1 — E, 2 — E, 3 — E. дорода и последующией релаксацией микроструктуры.

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 1454 Б.Г. Будагян, А.А. Айвазов, М.Н. Мейтин, А.Ю. Сазонов, А.Е. Бердников, А.А. Попов Этот анализ может быть использован для характериза- Metastability and relaxation processes ции водородной микроструктуры и степени разупорядоin amorphous hydrogenated silicon чения кремниевой сетки.

B.G. Budaguan, A.A. Aivazov, M.N. Meytin, Предложен метод расчета параметров кинетики струкA.Yu. Sazonov, A.E. Berdnikov, A.A. Popov турной релаксации из данных ДСК.

Из совместного анализа ДСК и эффекта Стеблера– Moscow Institute of Electronic Technology Вронского обнаружено, что генерация светоиндуциро(Technical University), ванных дефектов и НТЭ на кривых ДСК имеют общую 103498 Moscow, Russia природу и описываются реакцией между слабыми связя- Institute of Microelectronics, ми и оборванными связями. Скорость этой реакции как в Russian Academy of Sciences, прямом, так и в обратном направлении управляется во150007 Yaroslavl’, Russia дородной микроструктурой, а величина ее уменьшается с увеличением микроструктурного параметра R.

Abstract

Kinetics of structural relaxation of an amorphous Данная работа осуществлялась при финансовой под- hydrogenated silicon (a-Si : H) deposited by different techniques держке INTAS (проект 94-4352), а также в рамках гранта was studied by means of differential scanning calorimetry. The № 670 в области электроники и радиотехники и гранта results obtained were used for the analysis of nature of metastable № 85 ГР-96 в области фундаментальных проблем элек- states in a-Si : H and for investigation of connection between strucтротехники и электроэнергетики Министерства общего и tural relaxation and light-induced metastability (Staebler–Wronski профессионального образования Российской Федерации.

effect).

E-mail: mictech@orgland.ru (Budaguan) Список литературы [1] S.R. Wronski. Sol. St. Techn. 31, 113 (1988).

[2] J.B. Boyce, S.E. Ready, M. Stutzmann, R.E. Norberg. J. NonCryst. Sol., 114, 211 (1989).

[3] S.M. Lee, S.J. Jones, Yu.-M. Li, W.A. Turner, W. Paul. Phil.

Mag. B, 61, 547 (1989).

[4] P. Roca i Cabarrocas, Z. Djebbour, J.P. Kleider, C. Longeaud, D. Mencaraglia, J. Sib, I. Bouizem, M.L. Theye, G. Sardin, J.P. Stoquert. J. Phys. I, 2, 1979 (1992).

[5] W. Paul, S.J. Jones, W.A. Turner. Phil. Mag. B, 63, 247 (1991).

[6] F. Demichelis, C.F. Pirri, E. Tresso, V. Rigato, G. DellaMea.

J. Non-Cryst. Sol., 128, 133 (1991).

[7] L. Battezzati, F. Demichelis, C.F. Pirri, E. Tresso. Physica B, 176, 73 (1992).

[8] N. Sridhar, D.D.L. Chung, W.A. Anderson, J. Coleman. In:

Amorphous Silicon Technology-1995, ed. by E.A. Schiff et al.

(MRS Symp. Proc., Pittsburgh) 377, 319 (1995).

[9] A.A. Aivazov, B.G. Budaguan, A.Yu. Sazonov. Physica B, 193, 195 (1994).

[10] M. Cardona. Phys. St. Sol. (B), 118, 463 (1983).

[11] A. Canillas, J. Campmany, J.L. Andujar, E. Bertran. Thin. Sol.

Films, 228, 109 (1993).

[12] J.C. Knights, K.A. Lujan, M.P. Rosenblum, R.A. Street, D.K. Biegelsen, J.A. Reimer. Appl. Phys. Lett., 38, 331 (1981).

[13] B.G. Budaguan, A.A. Aivazov, A.Yu. Sazonov. In: Amorphous Silicon Technology-1996, ed. by M. Hack et al. (MRS Symp.

Proc., Pittsburgh) 420, 635 (1996).

[14] W. Beyer, H. Wagner. J. Appl. Phys., 53, 8745 (1982).

[15] H.E. Kissinger. Anal. Chem., 32, 1702 (1957).

[16] S.J. Jones, S.M. Lee, W.A. Turner, W. Paul. MRS Symp. Proc., 149, 45 (1989).

[17] G. Schumm. Appl. Phys. Lett., 66, 2706 (1995).

[18] B.G. Budaguan, O.N. Stanovov, M.N. Meytin. J. Non-Cryst.

Sol., 163, 297 (1993).

[19] J. Kakalios, W.B. Jackson. In: Amorphous Silicon and Related Materials, ed. by H. Fritzsche (World Scientific, New Jersey, 1988) p. 207.

Редактор Т.А. Полянская Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, №

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.