WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 1 Прыжковая 2-проводимость легированных бором пленок a-Si : H, подвергнутых высокотемпературному отжигу в водороде © И.П. Звягин, И.А. Курова, М.А. Нальгиева, Н.Н. Ормонт¶ Московский государственнный университет им. М.В. Ломоносова (физический факультет), 119992 Москва, Россия (Получена 6 апреля 2005 г. Принята к печати 20 апреля 2005 г.) Показано, что высокотемпературный отжиг в потоке водорода приводит к существенному изменению температурной зависимости проводимости легированных бором и нелегированных пленок a-Si : H. Для отожженных легированных пленок, наряду с зонным вкладом и вкладом прыжковой проводимости с переменной длиной прыжка, в области промежуточных температур обнаружена 2-проводимость, связываемая с прыжковой проводимостью по локализованным состояниям вблизи края валентной зоны. Возможность появления 2-проводимости обусловлена возрастанием концентрации электрически активных атомов бора и существенным изменением положения уровня Ферми при высокотемпературном отжиге легированных пленок в атмосфере водорода. Измеренные параметры 2-проводимости позволили определить размер области неэкспоненциального спада плотности локализованных состояний вблизи валентной зоны.

PACS: 72.20.Ee, 73.61.Jc, 81.05.Gc 1. Введение существенно уменьшаются, это открывает возможность получить информацию об изменении состояний примесКак известно, свойства пленок аморфного гидрирован- ных атомов бора в легированных пленках при высоконого кремния (a-Si : H) зависят не только от методов и температурных воздействиях.

В работе исследовались пленки a-Si : H, полученные технологических режимов получения пленок, но и от методом осаждения в плазме высокочастотного тлепоследующих внешних воздействий. В ряде работ [1–7] ющего разряда при температуре подложки 280C. Леисследовалось влияние высокотемпературного отжига гирование пленок бором проводилось из газовой фазы.

на свойства пленок a-Si : H, причем отжиг осуществлялПолная концентрация бора в пленках, определенная ся в вакууме или в атмосфере аргона. Основная часть методом вторичной ионной спектроскопии, составляла работ посвящена исследованию нелегированных пленок;

3 · 1018 см-3. Отжиг пленок проводился в потоке возначительно меньше изучено влияние отжига на свойдорода при температуре 650C в течение 30 мин. Для ства легированых пленок.

установления влияния примеси бора на электрические Было установлено, что при отжиге легированных свойства отожженных легированных пленок исследовабором пленок a-Si : H в вакууме при температурах отлись также одновременно отожженые нелегированные жига Ta 400C происходит смещение уровня Ферми к пленки a-Si : H, выращенные при тех же технологических валентной зоне и увеличение проводимости; этот эффект режимах. Измерения темновой проводимости нелегиобусловлен увеличением концентрации электрически рованных и легированных пленок a-Si : H до и после активных атомов бора [5]. При высокотемпературном отжига были проведены в интервале температур от отжиге (400 < Ta < 520C) таких пленок в вакууме до 480 K.

изменение электрических, оптических и других параметров пленок в значительной степени связано с эффузией 2. Результаты измерений водорода. При этом значительно возрастает концентрация оборванных связей кремния, энергетические уровни Проводимость всех пленок до высокотемпературного которых расположены вблизи середины запрещенной отжига изменялась с температурой по активационному зоны; это приводит к смещению уровня Ферми в глубь закону запрещенной зоны и понижению проводимости пленки.

EПо этой причине исследования проводимости и смещеd(T ) =01 exp -, (1) kT ния уровня Ферми не дают непосредственной инфоргде энергии активации E1 и предэкспоненциальные мномации об изменении состояний примесных центров и жители 01 имели значения, характерные для зонной концентрации электрически активных атомов примеси проводимости. Параметры E1 и 01 оказались равныпри высокотемпературном отжиге.

ми 0.72 эВ и 8 · 103 Ом-1 · см-1 для нелегированной В настоящей работе воздействие высоких темпераи 0.75 эВи 6 · 103 Ом-1 · см-1 для легированной пленок.

тур на свойства пленок изучалось с использованием Из измерений темновой проводимости можно оценить высокотемпературного отжига (Ta > 500C) в потоке положение уровня Ферми [8,9]. Полагая, как и обычно, водорода. Благодаря наличию атмосферы водорода эфmin = 200 Ом-1 · см-1 [9], мы находим, что при комфузия и связанное с ней образование оборванных связей натной температуре уровень Ферми в нелегированной ¶ E-mail: ormont@phys.msu.ru пленке расположен на 0.65 эВ ниже дна зоны проводимоПрыжковая 2-проводимость легированных бором пленом a-Si : H, подвергнутых... На рис. 2 показана зависимость lg w от lg T для отожженой нелегированной пленки, вычисленная из данных, представленных на рис. 1. Достаточно протяженный линейный участок, отвечающий области низких температур (T0 < 260 K), дает значения параметров x = 0.и T0 = 1.2 · 108 K; эти значения характерны для моттовской проводимости с переменной длиной прыжка.

Используя стандартное выражение для T0 [12,13].

T0 = 17.63/kF, (5) где k — постоянная Больцмана, — обратный радиус локализации электрона на локальном центре, F — плотность состояний вблизи уровня Ферми, и полагая = 2 · 107 см-1, мы может оценить плотРис. 1. Температурная зависимость темновой проводиность состояний вблизи уровня Ферми; получаем мости нелегированной пленки a-Si : H после высокотемF = 1.8 · 1019 см-3 · эВ-1.

пературного отжига. Кружки — экспериментальные данВ области более высоких температур величина lg w ные проводимости d. Кривая 1 — температурная зави T x сначала возрастает (при T > 260 K), а затем (при симость прыжковой проводимости h = h0 exp -, где T T > 400 K) снова начинает уменьшаться с температуh0 = 7.4 · 103 Ом-1 · см-1, T0 = 1.2 · 108 K, x = 0.25. Квадрарой, что указывает на смену механизма проводимости.

тики — вычисленные значения проводимости 1 = d - h.

Грубая оценка параметров, основанная на линейной Кривая 2 — температурная зависимость проводимости Eаппроксимации высокотемпературного участка кривой 1 = d - h = 01 exp -, где 01 = 1.9 · 103 Ом-1 · см-1, kT lg wvs lg T, дает значения параметров, характерные для E1 = 0.7эВ.

зонной проводимости, однако из-за малости температурного интервала, в котором наблюдается уменьшение lg w при высоких температурах, точность определения парасти, а в легированной бором пленке — на 0.68 эВ выше метров проводимости в этой области мала. Для повыпотолка валентной зоны.

шения точности определения параметров зонной провоНа рис. 1 представлена температурная зависимость димости мы использовали следующий прием. Сначала темновой проводимости d(T ) нелегированной пленопределялись параметры T0 и x по протяженному низки a-Si : H после отжига в потоке водорода при 650C котемпературному линейному участку на рис. 2. Затем в течение 30 мин. Видно, что после отжига темперавычислялась разность измеренной проводимости плентурная зависимость проводимости d не описывается ки d и прыжковой проводимости h в области высоких активационным законом. Это указывает на то, что наряду с зонным в исследованной области температур проявляются другие механизмы проводимости.

Анализ температурной зависимости проводимости удобно проводить, воспользовавшись подходом, предложенным Забродским [10,11]. В этом подходе данные измерений используются для построения зависимоd ln d стей ln w от ln T, где w =. Для простого активациd ln T онного закона зависимость ln w от ln T линейна, ln w = b - ln T, (2) E где b = ln. Прыжковая проводимость с переменной k длиной прыжка обычно описывается законом T0 x h = h0 · exp -, (3) T где h0, T0 и x — параметры. В этом случае зависимость ln w от ln T имеет вид Рис. 2. Температурная зависимость lg w нелегированной пленки a-Si : H после высокотемпературного отжига.

ln w = a - x ln T, (4) lg d Кружки — значения lg w = lg, определенные из экспе lg T риментально измеренных величин d(T ). Кривая 1 —lg w = где a = ln x + x ln T0. Используя соотношения (2) и (4) d lg(1+h) T0 x E= lg, где h = h0 exp -, 1 = 01 exp для линейных участков зависимости ln w от ln T, d lg T T kT мы можем определить соответствующие параметры E, и h0 = 7.4 · 103 Ом-1 · см-1, T0 = 1.2 · 108 K, x = 0.25;

T0 и x. 01 = 1.9 · 103 Ом-1 · см-1, E1 = 0.7эВ.

8 Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 114 И.П. Звягин, И.А. Курова, М.А. Нальгиева, Н.Н. Ормонт ратурой; их естественно связать с прыжковым и зонным вкладами соответственно. Наряду с этим в области температур, близких к 240 K, наблюдается особенность, указывающая на вклад еще одного механизма проводимости. Соответственно мы провели более детальный анализ обнаруженных вкладов в проводимость.

Параметры x и T0 для прыжковой проводимости легированной пленки в области низких температур (T < 160 K) мы определяли как из кривых зависимости lg w от lg T, так и непосредственно по кривым d(T ) (рис. 3) методом подбора параметров. Найденные значения x = 0.25, T0 = 9.2 · 107 K и h0 = 2.8 · 103 Ом-1 · см-1 характерны для прыжковой проводимости с переменной длиной прыжка в аморфных полупроводниках.

Рис. 3. Температурная зависимость темновой проводимости Вычитая из экспериментально измеренных величин d пленки a-Si : H, легированной бором, после высокотем- при T > 160 K соответствующие значения h (крипературного отжига. Кружки — экспериментальные вая 1 на рис. 3), мы получили компоненту проводиданные проводимости d. Кривая 1 — температурная мости (квадратики), температурная завиимость которой T0 x зависимость прыжковой проводимости h = h0 exp -, T не описывается одной экспонентой во всей области где h0 = 2.8 · 103 Ом-1 · см-1, T0 = 9.2 · 107 K, x = 0.25.

температур T > 160 K. Однако в области температур Квадратики — вычисленные значения проводимости 2 = 210-310 K (рис. 3) вычисленные значения проводимо= d - h. Кривая 2 — температурная зависимость сти ложатся на прямую 2, соответствующую зависимоE проводимости 2 = d - h = 02 exp -, где 02 = EkT сти 2 = 02 exp -, где 02 = 1.5 · 10-2 Ом-1 · см-kT = 0.015 Ом-1 · см-1, E2 = 0.26 эВ. Креcтики — вычисленные и E2 = 0.26 эВ. Малость предэкспоненциального мнозначения 1 = d - h - 2. Кривая 3 — температурная жителя 02 указывает на то, что в этой области Eзависимость проводимости 1 = d - h - 2 = 01 exp -, kT проводимость не является зонной. Экстраполируя эту где 01 = 1.74 · 102 Ом-1 · см-1, E1 = 0.55 эВ.

зависимость на область температур T > 320 K, мы видим, что при T > 320 K экспериментально измеренные значения темновой проводимости d заметно превышают 2(T ) (рис. 3). Вычитая из d при T > 320 K температур 1(T ) =d(T ) - h(T ). Температурная зависоответствующие вклады h (кривая 1) и 2 (кривая 2), симость проводимости 1 (кривая 2 на рис. 1) имеет активационный характер. Определенные из этой кривой значения энергии активации E1 и предэкспоненциального множитля 01 равны 0.7 эВ и 1.9 · 103 Ом-1 · см-1.

Эти значения соотстствуют зонному механизму проводимости отожженной нелегированной пленки в области высоких температур. На рис. 2 сплошной кривой поd lg казана вычисленная зависимость w = от lg T, где d lg T определяется суммой зонного 1 и прыжкового h вкладов с параметрами 01, E1, h0 и T0, приведенными в таблице. Видно, что во всем температурном интервале кривая хорошо согласуется с зависимостью lg w от lg T, определенной из экспериментально измеренных значений d(T ).

На рис. 3 приведена температурная зависимость темновой проводимости d(T ) легированной бором пленки a-Si : H после ее отжига в потоке водорода при 650C в течение 30 мин. Видно, что d(T ) также не описываетРис. 4. Температурная зависимость lg w пленки, легированной ся активационным законом. Как и для нелегированной бором a-Si : H после высокотемпературного отжига.

lg d пленки, путем обработки экспериментальных данных Кружки — значения lg w = lg, определенные lg T для d(T ) мы вычислили зависимость lg w от lg T, из экспериментально измеренных величин d(T ).

d lg(1+2+h) которая показана на рис. 4. Общий характер этой зави- Кривая 1 — lg w = lg, где h = hT d lgE2 T0 x Eсимости аналогичен полученному для нелегированных exp -, 2 = 02 exp -, 1 = 01 exp T kT kT пленок, подвергнутых высокотемпературному отжигу:

и h0 = 2.8 · 103 Ом-1 · см-1, T0 = 9.2 · 107 K, x = 0.25; 02 = имеются два участка (низкотемпературный и высокотем= 0.015 Ом-1 · см-1, E2 = 0.26 эВ; 01 = 1.74 · 102 Ом-1 · см-1, пературный), на которых функция lg w убывает с темпе- E1 = 0.55 эВ.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Прыжковая 2-проводимость легированных бором пленом a-Si : H, подвергнутых... Параметры проводимости пленок a-Si : H до и после отжига 01, E1, 02, E2, h0, T0, Eg, Пленки EF Ом-1 · см-1 эВ Ом-1 · см-1 эВ Ом-1 · см-1 K эВ a-Si : H 8 · 103 0.72 EC - 0.65 эВ - - - - 1.до отжига a-Si : H 1.9 · 103 0.7 EC - 0.65 эВ - - 7.4 · 103 1.2 · 108 1.после отжига a-Si : H(B) 6 · 103 0.75 EV + 0.68 эВ - - - - 1.до отжига a-Si : H(B) 1.7 · 102 0.55 EV + 0.55 эВ 0.015 0.26 2.8 · 103 9.2 · 107 1.после отжига мы получаем вклад в проводимость (крестики), тем- водорода в них [15] и, следовательно, об образовании пературная зависимость которого описывается экспо- оборванных связей кремния.

EИз таблицы видно, что положение уровня Ферми в ненциальным законом 1 = 01 exp - с параметрами kT запрещенной зоне в нелегированной пленке после вы01 = 174 Ом-1 · см-1 и E1 = 0.55 эВ. Эти значения пасокотемпературного отжига практически не изменилось.

раметров 01 и E1 характерны для зонной проводимости В легированной же пленке уровень Ферми после отжига в легированных пленках a-Si : H.

сместился к потолку валентной зоны на 0.13 эВ. ОтсутНа рис. 4 сплошной кривой показана рассчитанная d lg ствие сдвига уровня Ферми в исследованных в настозависимость lg w = lg от lg T, где определяется d lg T ящей работе отожженных в водороде нелегированных суммой зонного 1, прыжкового h вкладов, а также пленках определяется тем, что энергетические уровни вклада 2 в проводимость с соответствующими параметоборванных связей кремния, образующихся при отжиге рами 01 и E1, h0 и T0, 02 и E2, приведенными в таблив результате эффузии водорода, находятся в области, це. Видно, что во всем температурном интервале кривая близкой к уровню Ферми в неотожженной пленке. В ото lg хорошо согласуется с зависимостью lg w = lg от lg T жженных легированных пленках образование оборванlg T, определенной из экспериментально измеренных ных связей в глубине запрещенной зоны также должно величин d(T ).

было бы приводить к сдвигу уровня Ферми к середине запрещенной зоны. Поэтому обнаруженное смещение уровня Ферми к валентной зоне в легированных пленках 3. Обсуждение результатов при высокотемпературном отжиге указывает на увеличение концентрации электрически активных атомов бора.

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.