Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
Т)\ -линия обычно появляется в непосредственной близости от й2 -линии, трудно проследить за спектральной зависимостью УЗ, -линии.
На рис. 3.2.4 показаны типичные ОДМР-спектры, полученные при возбуждении 2 Вт/см2 (200 мВт) на' образце а-БкН (№12). На рис. 3.2.5 показаны спектральные зависимости ?>2- и А -линий, т.е. относительные изменения их интенсивностей люминесценции при резонансе, (Д^/-0эпР> а также спектр люминесценции1. Спектральные зависимости для других образцов показаны на рис. 3.2.6—3.2.7.
Ниже представлена модель [36, 38, 40], позволяющая интерпретировать спектральные зависимости А- и ?>2 -линий, а также изменения ширины линий от энергии люминесценции. В этой модели принимают, что люминесценция происходит в результате излучательной рекомбинации захваченных ЭДП, причем захваченные электроны находятся на краю зоны и в запрещенной зоне, а захваченные дырки локализованы
1 Спектры люминесценции, данные в работе [38] и соответствующие рис. 3.2.5-3.2.6, а, были неправильно откалиброванны. Прим. авт.
98
А, м/гм 1,81,61,4 1,2 1,0 0,8
1
4
_ 1ГПТТТ 1 1 1 1 /\ і а
І І І-^І І І І I
1\2
і і і і 1 1 1 -1 т і і і
1 1 >7-| 1 -1_-4-~1 1 1
А, м/гм 1,81,61,4 1,2 1,0 0,8 мп і і пі—і—т—і-г
/А в
0,8 1,0 1,2 1,4 пУ,Зв
0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8
Рис. 3.2.6. Спектр люминесценции (І, 1' ) и спектральная зависимость ОДМР-сигналов ?>2 -центра (2, 2) и А-центра (3, 3' ), наблюдаемые при возбуждении светом лазера на ионах аргона мощностью 0,25 Вт/см2 до (/, 2, 3) и После (Г , 2' ,3' ) усталости на образце:
а - № 519 а-Бі.Н, [38] (Г= = 300 °С; б - № 524, а-5і:Н П8] (^подл = 200°С); в - № 814, а-Бі-Н, Р' [ 40] (Гпода = 300 °С)
на ^-центрах (рис. 3.2.8). На рис. 3.2.8 показана схема процесса рекомбинации, протекающего при люминесценции в а-БьН, а также приведены уровни А- и ?>2-центров. Поскольку значение g для У32-линии совпадает с этим значением для центров свободных связей (# = 2,0055), ее следует приписать центрам свободных связей. Линия А приписывается центрам захваченных дырок на основе общей непротиворечивости приводимой ниже интерпретации представленной модели, а также исходя из положительного ?-сдвига.
Так как ширина А -линии меняется с энергией люминесценции и ВЧ мощности, ее следует приписать центрам захваченных дырок, которые связаны с центрами захваченных электронов. Такое взаимодействие электронов и дырок приводит к уширению линии. Наблюдалось завися-
99
!в 1,6 1,4 1,2 1,0 0,3
0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 hv,3B
Рис. 3.2.7. Спектр люминесценции (7) и спектральные зависимости ОДМР-сигналов ?>2 -центра (2) и А-цснтра (i), наблюдаемые при возбуждении светом лазера на ионах аргона мощностью 0.25 Вт/см2 на образце № 813 a-Si: Н. !•"
Рис. 3.2.8. Схематическое изображение изпучательных (сплошные линии) и безызлу-чательных (штриховые линии) процессов рекомбинации. Для образца a-Si: Н № 12 показаны энергии, отвечающие положениям локализованных уровней |38].ЛВ -дважды заполненные центры свободных связей [361; 37/ - зона проводимости; ВЗ - валентная зона; Ь' - электронные центры
1
1 1 I I
0 i z
3 пс
Рис. 3.2.9. ОДМР-спектр, наблюдаемый при 2 К и 34 ГГц на образце W 12 a-Si:II и регистрирующий испускаемый свет энергией 1,16 эВ при возбуждении светом лазера на ионах аргона мощностью 2 Вт/см2
Рис. 3.2.10. Характеристический сигнал ОДМР /4-центра, соответствующий частоте модуляции 1 кГц. Наблюдается испускаемый свет энергией 1,08 эВ при возбуждении светом лазера на ионах аргона мощностью 2 Вт/см2 на образце № 519 a-Si.ll
100
щее от частоты уширение линии, как показано на рис. 3.2.9*. Это означает, что Л-линия неравномерно уширяется благодаря распределению значений # центров захваченных электронов. Этот факт позволяет объяснить, почему в а-8кН не наблюдается ОДМР центров захваченных электронов. Другой причиной этого явления можно, по-видимому, считать то, что при резонансе излучательные электронные йенгры дают двухкратное изменение интенсивности люминесценции, т.е. положительные изменения в уравнениях (3.2.3), (3.2.4) и отрицательные изменения в уравнениях (3.2.8), (3.2.9), и что оба эти вклада могут взаимной компенсироваться.
Величина относительного изменения интенсивности люминесценции при резонансе измерялась с помощью цифрового оперативного запоминающего устройства и цифрового интегратора. На рис. 3.2.10 показан типичный пример для резонанса на А -центре. Характеристический сигнал, показанный на рис. 3.2.10, является типичным для ОДМР излучающих центров, на что ранее указалось в работе [46]. При наблюдении люминесценции с 1,08 эВ, происходящей при возбуждении 2 Вт/см2 и высокочастотной мощности ~1 Вт, величина (Д///)ЭГТр составляла 2-10~2.
Спектральная зависимость ?>2-линии, показанная на рис.3.2.5—3.2.7, может быть объяснена в рамках процессов безызлучательной рекомбинации [36], в частности, высокоэнергетический участок интерпретируется в рамках активируемых безызлучательных процессов перехода, когда электрон рекомбинирует с дыркой на центрах свободных связей. Пик в низкоэнергетической области спектральной зависимости считается результатом туннельного перехода захваченного электрона на излучательном центре в центр свободной связи, как показано на рис. 3.2.8, гак как туннельный переход усиливает безызлучательную рекомбинацию, в результате чего (Д///)Эпр линии ?>2увеличивается. Такая интерпретация объясняет также, почему (Д///)ЭПр линии А растет с уменьшением энергии фотона, после того как величина (Д///)ЭПр линии /32 уменьшается: если захваченные электроны лежат ниже центров свободных связей, которые термически не возбуждены, безызлучательная рекомбинация на центрах свободных связей не возникает, так что начинает преобладать излучатель-ная рекомбинация и в результате (Д///)эпр линии Л увеличивается согласно уравнению (3.2.3). Анализ спектральной зависимости ОДМР-сигналов позволяет определить положения уровней А -центров и дважды занятых центров свободных связей. Детальное рассмотрение подобного анализа приведено в работе [40]. В табл. 3.2.2 дана сводка значений ЕА и Ер совместно со значениями Е()К. Ещ и Е/1, где ЕА и Еп обозначают глубину уровней Л-центров и дважды занятых центров свободных связей соответственно, а через Е0 ЕИ1 и Е1А обозначены оптическая ширина запрещенной зоны и энергии фотонов высокоэнергетического и низкоэнергетического краев спектра люминесценции соответственно. Зна-
