WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 12 Фотоиндуцированные процессы в пленках a-Si : H при повышенных температурах © И.А. Курова, Э.В. Ларина, Н.Н. Ормонт, Д.В. Сенашенко Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Физический факультет, 119899 Москва, Россия (Получена 14 октябряя 1996 г. Принята к печати 1 апреля 1997 г.) Обнаружено, что при температурах T > 120C кинетика изменения темновой проводимости (d) нелегированных и легированных бором пленок a-Si : H во время и после освещения немонотонна: имеются быстрый и медленный процессы изменения d разного знака. Изменением длительности и интенсивности освещения или температуры пленки можно выделить быстрый или медленный процессы релаксации d, которые описываются растянутой экспонентой. Немонотонная релаксация d описывается суммой двух растянутых экспонент, параметры которых, зависят от характеристик пленки, а также от температуры, времени и интенсивности освещения. Обсуждается природа немонотонной релаксации.

Процессы образования и релаксации фотоиндуциро- Исследовалась кинетика изменения d во время и ванных метастабильных состояний (ФМС) в a-Si : H после выключения освещения пленок при повышенных исследовались во многих работах [1–3]. В основном температурах T > 120C. Источником света служила эти исследования проводились в области комнатных галогеновая лампа, интенсивность освещения пленок или азотных температур, когда наблюдалось монотон- изменялась с помощью нейтральных фильтров. В начале ное уменьшение темновой проводимости (d) и фото- каждого опыта пленки отжигались в течение 1 ч при проводимости (ph) в нелегированных и легированных температуре Ta = 190C и затем медленно охлаждались пленках n-типа проводимости во время освещения и до температуры, при которой проводились их освещение монотонное увеличение d после выключения освеще- и измерения.

ния. Было установлено, что эти изменения обусловлены На рис. 1 показана кинетика приведенной темновой образованием нейтральных метастабильных оборванных проводимости d(t)/d0 для пленки 4 во время ее освесвязей (МОС) [1]. В пленках p-типа проводимости, щения и после освещения различной длительности и легированных бором, в [4,5] наблюдалось увеличение при разных температурах. Видно, что изменение d во d при освещении, которое быстро исчезало при повывремя освещения немонотонно (кривая 1): сначала d шении температуры до 80C. Было показано, что этот уменьшается, затем растет. Кривые релаксации d после эффект обусловлен в основном оптической перезарядкой освещения зависят от времени освещения till. Если till локальных состояний в оксидном слое или на границе мало, т. е. соответствует падающему участку зависимости его с пленкой и образованием в пленке в результате этоd(till) (кривая 1), то релаксация d(t) монотонна (криго процесса приповерхностного аккумуляционного слоя повышенной дырочной проводимости. В более поздних работах [6,7] в легированных бором и фосфором пленках после освещения при повышенных температурах наблюдалась немонотонная релаксация d — быстрый рост d до значений выше равновесного d0 и затем медленное уменьшение к равновесному значению. Было установлено, что процессы релаксации — объемные [7]. Авторы работ предположили, что быстрый процесс увеличения d обусловлен отжигом фотоиндуцированных оборванных связей, а медленный процесс уменьшения d обусловлен деактивацией фотоиндуцированных электрически активных примесей. Однако подробных исследований закономерностей и природы немонотонной релаксации d в этих работах не проводилось.

В настоящей работе исследовались как нелегированные, так и легированные бором пленки a-Si : H. Все пленки были выращены в ГИРЕДМЕТ (г.Москва) методом осаждения в плазме высокочастного разряда, легироРис. 1. Кинетика изменения приведенной темновой провование производилось из газовой фазы. Характеристики димости пленки 4 при T = 415 K во время освещения исследованных пленок представлены в таблице. Конс W = 90 мВт/см2 (1) и после выключения освещения:

центрация бора в исследованных пленках определялась 2 — till = 3 с, T = 415 K; 3 — till = 60 с, T = 415 K;

методом вторичной ионной спектроскопии.

4 — till = 60 с, T = 430 K.

1456 И.А. Курова, Э.В. Ларина, Н.Н. Ормонт, Д.В. Сенашенко № d, мкм Ts, C NB, см-3 Ed, эВ d, Ом-1 · см-1 (T = 290 K) E1, эВ 1, с-1 E2, эВ 2, с-1 1 250 – 0.74 8 · 10-10 1.00 4 · 109 1.05 5 · 2 1 290 1 · 1017 0.83 2 · 10-10 1.05 1 · 1011 1.1 5 · 3 4 290 2 · 1017 0.85 1.2 · 10-11 1.13 2 · 1013 1.27 1.3 · 4 1 300 2 · 1018 0.66 2 · 10-9 0.86 1 · 109 0.88 1 · Примечание. d — толщина пленки, Ts — температура подложки при росте пленки, NB — общая концентрация бора, Ed — энергия активации темновой проводимости, d — темновая проводимость, E1,2 — энергия активации 1,2, 1,2 — предэкспоненциальный множитель для 1,2.

вая 2) и логарифм d(t)/d0 описываются растянутой наблюдается максимальное значение lg(d/d0). Поэтоэкспонентой му вначале находились параметры медленного процесса из зависимости lg[d(t)/d0] для t > tmax. Из суммы двух lg d(t)/d0 = A exp[-(t/ )]. (1) растянутых экспонент, описывающих немонотонную реЕсли время освещения увеличивается до значений, со- лаксацию d во всем временном интервале измерений, ответствующих возрастающей ветви изменения d(till), определялись параметры быстрого процесса с учетом то релаксация d после освещения немонотонная (кри- найденных параметров медленного процесса.

вая 3). Она включает два процесса: быстрое увеличение Логарифм отношения d(t)/d0 определяет изменеd до значений, больших d0, и медленное падение ние во времени положения уровня Ферми (EF) в d к равновесному значению. На рис. 1 видно также запрещенной зоне относительно равновесного значения:

(кривая 4), что можно выделить медленный процесс ре- lg(d/d0) = EF/kT. В предположении постоянства лаксации d, повышая температуру при освещении плен- плотности состояний вблизи уровня Ферми во время ки. Подавление первого процесса может быть связано освещения можно полагать, что EF(t) N(t), где с уменьшением концентрации ФМС, обусловливающих N — концентрация ФМС выше или ниже уровня Ферми;

этот процесс, вследствие увеличения скорости их отжига таким образом, при сделанных допущениях растянутыми при повышении температуры.

экспонентами описывается кинетика изменения конценИсследования показали, что медленный процесс релак- трации ФМС N(t).

сации d может быть выделен также уменьшением интен- На рис. 4 и на вставках к рис. 2 и 3 показаны темперасивности освещения пленки без изменения ее температу- турные зависимости параметров растянутых экспонент ры, т. е. путем уменьшения скорости образования ФМС, 1, 2 и 1, 2 для исследованных пленок (индексы обусловливающих первый процесс. На рис. 2 приведены и 2 относятся соответственно к быстрому начальному типичные зависимости кинетики релаксации d пленки и медленному конечному процессам). Отметим, что на после ее освещения с разной интенсивностью при одной вставке к рис. 2 для построения зависимостей 2(T ) температуре (кривые 1 и 3), а также после освещения с и 2(T ) использовались значения 2 и 2, определеннизкой интенсивностью при разных температурах (криные как из монотонной релаксации d при малой инвые 2–4). Из рис. 2 видно, что при T = 400 K после тенсивности освещения (W = 4 мВт/см2), так и из освещения пленки светом с большой интенсивностью немонотонной релаксации при большой интенсивности (W = 90 мВт/см2, till = 10 с) ралаксация d немонотонна (W = 90 мВт/см2). Видно, что 1 и 2 для всех пленок (кривая 1), а после освещения с малой интенсивностью экспоненциально зависят от температуры:

(W = 4 мВт/см2, till = 300 с) релаксация d монотонна -и соответствует медленному процессу уменьшения d 1,2 = 1,2 exp(E1,2/kT ). (2) к равновесному значению. Эта монотонная медленная Значения энергии активации 1,2 E1 и E2 и предэкспорелаксация d также описывается растянутой экспоненненциальных множителей 1 и 2 приведены в таблице.

той, параметры которой и зависят от температуры и Видно, что они различны для разных пленок, причем длительности освещения для каждой пленки.

во всех пленках E1 < E2, а 1 > 2, т. е. не соглаНа рис. 3 показана кинетика релаксации d нелегисуются с правилом Мейера–Нелдела. Это может укарованной пленки 1 после ее освещения при разных температурах светом с интенсивностью W = 90 мВт/см2 зывать на различную природу этих процессов. Главное отличие быстрого и медленного процессов проявляется и длительностью till = 15 с. Видно, что в нелегированной в температурной зависимости. Обнаружено, что пленке после освещения при повышенных температурах увеличивается, а 2 уменьшается с температурой во всех также наблюдается два процесса релаксации d, скорости которых увеличиваются с температурой. Немонотон- исследованных пленках в режиме как монотонной, так и немонотонной релаксации d (см. рис. 2), т. е. независимо ная зависимость lg[d(t)/d0] описывается суммой двух растянутых экспонент, параметры которых зависят от от наличия быстрого процесса.

температуры, длительности и интенсивности освещения. Увеличение с температурой наблюдалось в ряде Эти параметры определялись следующим образом. Пред- работ при отжиге ФМС, идентифицированных как нейполагалось, что быстрый процесс релаксации завершает- тральные оборванные связи [8], отжиг которых обуслося ко времени t tmax, где tmax — время, при котором вливает увеличение d при релаксации. Уменьшение Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Фотоиндуцированные процессы в пленках a-Si : H при повышенных температурах Рис. 2. Кинетика изменения приведенной темновой проводимости пленки 3 после выключения освещения: 1 — till = 5 с, T = 400 K, W = 90 мВт/см2; 2–4 — till = 300 с, W = 4 мВт/см2, T = 400, 407, 420 K соответственно. На вставках — температурные зависимости параметров и ; 1, 2 относятся соответственно к быстрому и медленному процессам; a — результат обработки немонотонных кривых релаксации, b — результат обработки монотонных кривых релаксации.

Рис. 3. Кинетика изменения приведенной темновой проводимости после выключения освещения для пленки 1 при температурах T, K: 1 — 423, 2 — 443, 3 — 455. till = 15 с, W = 90 мВт/см2. На вставках — температурные зависимости параметров и растянутых экспонент, описывающих немонотонные релаксационные кривые; 1, 2 относятся соответственно к быстрому и медленному процессам ралаксации.

4 Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 1458 И.А. Курова, Э.В. Ларина, Н.Н. Ормонт, Д.В. Сенашенко Рис. 4. Температурные зависимости параметров и (см. вставку) для пленки 4 после ее освещения с интенсивностью W = 90 мВт/см2 в течение 5 (1) и 60 с (2). 1, 2 относятся соответственно к быстрому и медленному процессам релаксации.

с температурой наблюдалось в [9] для релаксации тер- тролируемых примесей. Такими примесями могут быть моиндуцированных метастабильных связей в нелегиро- углерод, азот, кислород, введение которых сдвигает урованных пленках, выращенных при низких температурах вень Ферми к зоне проводимости [10]. Поэтому меTs 100C и имеющих вследствие этого много пор. Ав- дленные процессы изменения d в пленках 1–3 при их торы связывают такую зависимость (T ) с релаксацией освещении и после выключения освещения могут быть МОС не поверхности пор, размеры которых уменьша- связаны с процессами активации и деактивации этих ются с температурой. В исследованных нами пленках, примесей, а наблюдение немонотонного изменения d выращенных при высоких температурах (Ts > 250C), в нелегированных пленках могло бы служить основой наличие большой концентрации пор маловероятно и, для способа определения наличия неконтролируемых следовательно, мала вероятность того, что медленная примесей в них.

релаксация d связана с отжигом МОС на поверхности Вместе с тем возможны и другие механизмы образопор. В то же время наличие медленного процесса с вания ФМС при освещении в нелегированных и легирохарактерной зависимостью (T ) во всех исследованных ванных пленках a-Si : H. В частности, в [11] перезарядка пленках, как с электронной, так и с дырочной проводиположительно и отрицательно заряженных оборванных мостью, заставляет предполагать единый механизм этого связей кремния, образующихся при росте как легипроцесса.

рованных, так и нелегированных пленок a-Si : H [12], В работах [6,7] медленный процесс релаксации d предложена в качестве механизма образования МОС объяснялся деактивацией фотоиндуцированных электри- при инжекции и освещении пленок. Такой механизм чески активных примесей после выключения освещения. использовался при интерпретации процессов релаксации В согласии с этой гипотезой медленная релаксация МОС, возникающих при инжекции носителей в пленках проводимости в исследованной нами пленке с дырочной p- и n-типа проводимости [13]. Наконец, быстрый и проводимостью (пленка 4) обусловлена деактивацией медленный процессы изменения d во время и после метастабильных фотоиндуцированных электрически ак- освещения могут относиться к разным областям пленки тивных атомов бора. Для пленок 1–3 с электронной с различными свойствами, определяемыми неоднородпроводимостью, не легированных специально донорной ным распределением водорода и примесей, типов их приместью, необходимо предположить наличие некон- связей с кремнием и т. п. Из сказанного следует, что Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Фотоиндуцированные процессы в пленках a-Si : H при повышенных температурах для решения вопроса о природе медленного процесса изменения d в пленках a-Si : H во время освещения и после его выключения требуются дополнительные исследования.

Авторы выражают благодарность И.П. Звягину и А.Г. Казанскому за полезные дискуссии.

Настоящая работа выполнена при финансовой поддержке Госкомвуза Российской Фередации (грант 95-071-153 в области фундаментального естествознания) и научно-технической программы ”Университеты России”.

Список литературы [1] M. Stutzmann, N.B. Jackson, C.C. Tsai. Phys. Rev. B, 32, (1985).

[2] E. Eser. J. Appl. Phys., 59, 3508 (1986).

[3] P. Stradins, H. Fritzsche. Phil. Mag. B, 69, 121 (1994).

[4] B. Aker, H. Fritzsche. J. Appl. Phys., 54, 6628 (1983).

[5] И.А. Курова, Д.А. Мочалова. ФТП, 23, 573 (1989).

[6] X.M. Dong, H. Fritzsche. Phys. Rev. B, 36, 9378 (1987).

[7] J. Jang, S.C. Park, S.C. Kim, C. Lee. Appl. Phys. Lett., 51, 1804 (1987).

[8] R.A. Street. Solar Cells, 24, 211 (1988).

[9] K. Takeda, H. Hikita, Y. Kimura, H. Yokomichu, K. Morigaki.

J. Non-Cryst. Sol., 198–200, 486 (1996).

[10] P.E. Vanier, A.E. Delahoy, R.W. Griffith. J. Appl. Phys., 52, 5235 (1981).

[11] R.S. Crandall. Phys. Rev. B, 43, 4057 (1991).

[12] H.M. Branz, M. Silver. J. Non-Cryst. Sol., 114, 639 (1989).

[13] M.W. Casrlen, Y. Xu, R.S. Crandall. Phys. Rev. B, 51, (1995).

Редактор Л.В. Шаронова Photoinduced processes in a-Si : H films at high temperatures I.A. Kurova, E.V. Larina, N.N. Ormont, D.V. Senashenko M.V. Lomonosov Moscow State University, 119899 Moscow, Russia

Pages:     || 2 |



© 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.