Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
Аналогично протекает плазменная реакция разложения GeH4, в процессе которой в плазме постепенно уменьшается содержание одиночных ионов (GeHw)> однако скорость протекания реакции здесь выше, чем в случае разложения SiH4. Такое соотношение скоростей реакций приводит к тому, что при осаждении пленок в тлеющем разряде малой мощности разлагаются преимущественно молекулы GeH4, а составляющие компоненты газа SiH4 остаются в молекулярной форме.
4.1.3. Электрические и оптические свойства сплавов a"S' i -?-Ge*
Концентрация в пленках a-Si(_xGex :Н германия и водорода зависит от условий осаждения даже в случае неизменного содержания в исходной газовой смеси газов GeH4 и SiH4. Увеличивая в пленках содержание Ge, можно плавно менять оптическую ширину запрещенной зоны от 1,85 до 1,1 эВ. Значения оптической ширины запрещенной зоны/Tg определяются при этом путем экстраполяции зависимости коэффициента оптического поглощения а от энергии фотонов hv, построенной в координатах
101
Ъ> 10' г5
70*
*=1>0 о,П
S .«Vo
I х о • |
X °«* п X О. а
хоуг7 а 0,53 0,40 і і і і і і і . .
1,5
2,0
2,5
hv, ЭВ
Рис. 4.1.4. Спектральные зависимости коэффициента оптического поглощения а в пленках a-Si ] _xC?ex. Н различного состава (см. цифры у кривых), построенные в обычных координатах (а) и координатах -Jahv (б) отИр
164
х/оТгТ' от пи. На рис. 4.1.4 показаны зависимости а от пр (данные Нака-мура и др.). Содержание йе в пленках измеряли методом Оже-спектро-скопии. Величина оптической ширины запрещенной зоны?^ор/ в пленках а-8Ь_хСех :Н прямо пропорциональна содержанию в них Се. Оказалось также, что измерения матодом Оже-спектроскопии относительная концентрация Се в пленках больше, чем относительное содержание Се в газовой смеси. Это означает, что в плазме тлеющего разряда разложение газа СеН4 по сравнению с 8Ш4 протекает более эффективно. Однако при увеличений мощности высокочастотных разрядов эффективность разложения газа 8Ш4 растет и достигает значения для СеН4.
Электрические свойства пленок а-Б// -х^ех : Н
Измерялась зависимость темновой проводимости и ее энергии активации Еа в.пленках а-БИ-хСех : Н от оптической ширины запрещенной зоны ЕЯор[. В общем случае с увеличением Е8ор( темновая проводимость снижается, так как возрастает ее энергия активации. На рис. 4.1.5. показаны зависимости темновой проводимости от Е& х для пленок а-8ц_.(Сех : Н, условия осаждения которых сильно различались (данные Накамура и др.). Черными и светлыми точками обозначены экспериментальные данные, полученные для пленок, осажденных в высокочастотном тлеющем разряде соответственно большой и малой мощности. Из данных рис. 4.1.5 следует, что с увеличением мощности разрядов темновая проводимость пленок а-8ц _хСех : н падает. На рис. 4.1.6 показана зависимость энергии активации проводимости от оптической ширины запре-
-4
§-7
-10
1,2
1,6
1,8
E9apt у эВ
Рис. 4.1.5. Зависимость темновой проводимости пленок a-Si, xGcx:H от оптической ширины запрещенной зоны:
1 ~ oRT = о0 с\р (-EaJkT) [здесь а0=а00ехр (EJkT)]; 2 - oRT = o0cxp Еаг(кТ
(-Еа
с Г)
Рис. 4.1.6. Зависимость энергии активации проводимости в пленках а-51, хСсх:Н от оптической ширины запрещенной зоны:
1 -fa? =0,6?iopf-0,25; 2-Еа2
165
щенной зоны. Обозначения и образцы те же, что на рис. 4.1.5. Из этих данных следует, что в пленках, полученных в мощном тлеющем разряде, энергия активации больше, чем в случае тлеющего разряда малой мощности. В первом случае зависимость Еа от Е^ор1 может быть аппроксимирована уравнением
Еа2 = 0,5ЕВор{ (4.1.4)
для пленок, полученных в разряде малой мощности, имеем:
Еах = 0,6?*ор,-0,25. (4.1.5)
Различие значений энергии активации пленок, полученных в условиях маломощного и мощного разрядов, может быть обусловлено снижением некоторого паразитного влияния камеры реактора, такого, например, как накопление в процессе осаждения пленок неконтролируемых примесей.
Записывая выражение для темновой проводимости в виде
oj = со ехр (- EalkT),
(4.1.6)
можно видеть, что величина o? определяется не только энергией активации Еа, но и предэкспоненциальным множителем а0. На рис. 4.1.7 показаны зависимости а от Egop[ и энергии активации Еа. Черными и светлыми точками обозначены экспериментальные данные для пленок, рассмотренных на рис. 4.1.5 и 4.1.6. С увеличением содержания в пленках a-S?i^xGex : Н германия значение предэкспоненциального множителя монотонно падает от 1 • 106 до 2 • Ю2 См/см. Темновая проводимость в этом случае, как и в легированных пленках a-Si \ -xGex : Н, описывается уравнением Мейе-ра-Нельделя, согласно которому выражение для предэкспоненциального множителя а0 можно представить в виде
со = ooo ехр {EalkT),
(4.1.7)
1,0
-6 = 1 См/СМ j?»
Т„ = 780К *(,
o/o°Y
7 °о
- /
S
t-?—і—і і І_¦ ¦ ' ¦ і
1,5
Єд,ЗВ
2,0 0
0,5
Еа,зВ
1,0
Рис. 4.1.7. Зависимость предэкспоненциального множителя о„ от
а - оптической ширины запрещенной зоны; б - энергии активации проводимости | 16]
где Ооо и к Т — постоянные. Кривые на рис. 4.1.3 описывающие экспериментальные данные для пленок a-Si i ~xGex : Н подчиняются уравнению (4.1.7) при Ооо = 1 См/см и Т0 = 780 К. С помощью значений 0Оо и Т0, рассчитанных для одной концентрации Ge, можно также описать темновую проводимость пленок a-Si i ~xGcx : Н при любой концентрации Ge, т.е. для 0 =i,y С ]:
