Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
Полоса поглощения 650 см-1 также обусловлена накоплением фтора. В работе [92] эту полосу предварительно связали с индуцированной второй продольной акустической модой колебаний связи Si-Si. Первую моду колебаний Si- Si наблюдали ранее в ИК-спектрах комбина-
те1 v,cm-
Рис. 2.3.8. ИК-Спекгр поглощения a-Si F, полученном осаждением в атмосфере газовой смеси различного состава (цифры у кривых) [92]: ПО - поперечная оптическая зона; ПрА - продольная акустическая зона
ционного рассеяния. Обусловленный фтором частотный сдвиг полос поглощения чистого a-Si (480 и 620 см-1) в сторону больших частот" приблизительно на 30 см-1 приводит, таким образом, к появлению в ИК-спектрах a-Si:F двух новых полос — 515 и 650 см-1 соответственно. Такое сильное влияние на спектры атомов фтора можно объяснить следующим образом. Так как фтор обладает намного большей электроот-рицательностью, чем кремний, любая связь Si Si, расположенная вблизи атома фтора, искажается и поляризуется. Это в свою очередь приводит к увеличению частот колебаний связи Si - Si и к усилению поглощения излучения с соответствующей длиной волны. Такое индуцированное фтором или модифицированное ИК-поглощением явление само по себе может служить методом исследования сетки связей Si-Si в a-Si.F. В этом случае, конечно, можно использовать также и полосы поглощения излучения с меньшим волновым числом.
Комбинационное рассеяние как метод исследования структуры связей
ИК комбинационное (рамановское) рассеяние, представляющее собой процесс, дополнительный к ИК-поглощению, также может быть использовано для исследования структуры связей в аморфных материалах. Так как в неупорядоченных системах правила отбора для ИК-рассея-ния нарушаются, все энергетически разрешенные моды колебаний в той или иной степени становятся рассеивающими. Такое вызванное беспорядком комбинационное рассеяние должно быть чувствительным к локальной атомной структуре.
Ишидате и др. [119] изучали спектры комбинационного рассеяния в гидрогенизированном аморфном кремнии под высоким давлением. Примеры спектров для a-Si.H, полученного различными методами, и для a-Si:H, находящегося под высоким внешним давлением, показаны на рис. 2.3.9. На основании того, что интенсивность всех полос спектра при неизменном их энергетическом положении с ростом концентрации водорода (Си) уменьшается, авторы [119] по аналогии с фононным
500 Ш 300 200 700 500 Ш 300 200 100
Частота, см 4
Рис. 2.3.9. Спектры комбинационного рассеяния: „О„с:.о
а - а-8,:Н, полученный в различных условиях (7 - РР-а-5, чистый; 2 РР-а-5,.Н 6%(ат.);3 - то же, 17%(ат.);4 --ТР-а-^Н, 7 %(ат.);5 - тоже, 18 %(ат.), б - РР а 81:11, 24 %(ат.)..полученный в условиях гидростатического давления (6 - 0,1 мпа, 7 - 2,5 МПа)
61
спектром кристалла разделили комбинационный спектр a-Si на четыре зоны и дали последним обозначения: ПО (поперечное оптическое), ПрО (продольное оптическое), ПрА (продольное акустическое) и ПА (поперечное акустическое). Оказалось, что с повышением внешнего давления зоны ПО и ПрО сдвигаются в сторону больших частот, а зона ПА — в сторону меньших. Интерпретация этих эффектов в отношении структуных изменений в матрице и силовых постоянных, вызванных высоким давлением и накоплением в a-Si водорода,дана в [119]. В частности, высокочастотный сдвиг зоны ПО объясняется изменением при высоких давлениях силовых постоянных a-Si, а понижение интенсивности ПА полосы рассеяния — снижением концентрации водорода, обусловливающим уменьшением амплитуды флуктуации в углах между
1700150013001100 1700150013001100 Раманодшй савиг, см-'
Рис. 2.3.10. Участок спектра комбинационного рассеяния в области частот колебаний связи С-С в а-&хС1-хП, где а - л-=0,8; б -0,86; в - 0,92; г - 0,98; д - 1) (Иноуе и др.)
связями. Другими словами, авторы [119] предположили, что атомы водорода уменьшают локальные внутренние напряжения и деформации в сетке a-Si.
Иноуе и др., измеряя комбинационное рассеяние полученных различным образом сплавов a-Si^C,'_д-:Н, обнаружили колебательные моды связей Si-Si (380-580 см-'), Si-C (750-850 см"1), С-С (1300-1600 см-1) и отвечающую комбинационному рассеянию второго порядка моду Si-Si (950-1000 см"1). Интересной особенностью полученных спектров является поведение максимума, отвечающего рассеянию на колебаниях связи С—С. Из рис. 2.3.10 следует, что колебательная мода С—С существенно зависит от метода приготовления a-Si^C^^.H. Интенсивность максимумов рассеяния в образцах, приготовленных методом реактивного распыления с использованием графитовой мишени, оказалось много выше интенсивности для a-SixC?x:H. Отсюда следует, что при реактивном распылении концентрация углеродистых кластеров в образцах выше. Путем сравнения максимумов рассеяния, обусловленных связью С—С в PP-a-SiACi ^Х:Н и стеклообразном графите, Иноуе и др. показали, что максимум 1360 см-1 обусловлен или разупоря-доченными кластерами углерода, по структуре близкими графиту, или тетраэдрически координированными связями С-С.
62
Микрокристаллический кремний мк-Si-H
