Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
4.4.4. Стабильность структуры
Ожидается, что термическая стабильность пленок a-SixNi _х : Н по сравнению с a-Si: Н будет выше, так как эффузия связанного с матрицей водорода из нитрида кремния стехиометоического состава не идет даже при температурах выше 600 °С. Действительно, как видно из рис. 4.4.5, связи Si-H в a-SixNi_x: Н остаются стабильными вплоть до 400 °С, а после отжига при 550 °С в матрице остается 50 % растворенных атомов водорода. Поведение пленок a-Si : Н противоположно: экстракция водорода из
2200 2000 2,2 2,6 30 3,4
Рис. 4.4.5. Спектрпоглощения модами растяжения связей н „ „ пленках a-Siv.Ni V ¦ Н отожженн^ п™ „. связей Ы - Н в нелегированных
вых) (Л'г.н^Л'д^ = 0?2бГ различных температурах (см. цифры у кри-
учения, и,71 эВ, 2 - после светового облучения, 0,73 эВ
202
a-Si: Н происходит уже при 350 °С, а после отжига при 550 иС матрицу a-Si покидает более 80 % атомов водорода. По-видимому, присутствие в a-Si: Н связей Si—N стабилизирует связи Si—Н. Более очевидным доказательством высокой стаоильности структуры пленок a-SixN|_x:H является исчезновение в них эффекта Стаеблера-Вронских. Из рис. 4.4.6 можно видеть, что сильная подсветка пленок a-SixNi_x: Н практически не изменяет величину темновой проводимости и ее энергию активации. В результате подсветки заметно изменяется также и фотопроводимость материала.
4.4.5. Управление типом и концентрацией носителей заряда B^-SixN! _х : Н
Известно, что трехкомпонентные твердые растворы a-SixCi_x:H, a-SixNi_x:H и a-SixOi_x:H, также как и a-Si: Н, можно легировать примесями замещения. Механизм растворения этих примесей в трехком-понентных твердых растворах отличен от механизма в случае легирования a-Si: Н [74—76]. Целью настоящего раздела является выяснение характерных особенностей поведения легирующих примесей в сетках a-SixN, _х : Н. На рис. 4.4.7 показаны зависимости а и ее энергии активации от уровня легирования. Отношение мольных долей /VNH /^sih поддерживалось постоянным (0,26). Проводимость пленок a-SixNi_x:H легированных бором, минимальна при Htl(^s?HA + ^ш3) = Ю-3, что соответствует п ->р -конверсии типа проводимости и максимальной величине энергии активации. Проводимость пленок рттипа с повышением уровня легирования постепенно увеличивается, однако максимально достижимая проводимость не превышает в этом случае величины 10"6 См/см. На рис. 4.4.7 показана также фотопроводимость пленок, измеренная в условиях АМ-1 (мощность светового потока 100 мВт). При увеличении содержания в газовой смеси В2Н6 выше 2 ¦ 10"2 мольных долей для фотонов с энергией выше 1,6 эВ заметно возрастает коэффициент поглощения. Спектр оптического поглощения пленок a-SixNi _х : Н, легированных фосфором, от уровня легирования не зависит. Вблизи энергии 1,9 эВ наблюдается резкий край оптического поглощения. Сетка a-SixNi^x :Н состоит в основном из тетраэдрически связанных атомов кремния и некоторого количества атомов азота с координационным числом три, поэтому механизм электрической активации атомов бора и фосфора по сравнению с сетками a-Si: Н здесь довольно сложен. Для выявления локальных особенностей химической связи с помощью ИК-спектров поглощения (рис. 4.4.8) проанализированы колебательные спектры легированных пленок a-SixNi_x '• Н. При содержании в газовой смеси легирующих добавок < 9,1 ¦ 10"4 мольных долей ИК-спектры поглощения легированных пленок не отличаются от спектров нелегированных пленок (рис. 4.4.8). С повышением уровня легирования бором в пленках a-SixN(_x:H монотонно увеличивается интегральная поглощательная способность колебательных мод растяжения связей Si-H, что связано с усилением поглощения фотонов низких энергий.
203
/V,
2000 1т
2800 7800 ПОО 1000 600 v,cm~
Рис. 4.4.7. Зависимость темновой проводимости (7), ее энергии активации (2) и фотопроводимости (3) пленок а-51хМ)_х : Н от уровня легирования
Рис. 4.4.8. Колебательные спектры пленок а-51хе))_х:Н, легированных бором и полученных в условиях:
а - постоянного отношения Л,[^н 1>У<цн ~ 0,26 с переменным уровнем легирования (см. цифры у кривых); б - постоянного уровня легирования/Уц н /(^Ж + + Л7]^!^ ) = 9,3 • Ю-2 при переменном отношении /Л^^ (см. цифры у кри-
вых); (я) - растяжение; ф) - изгиб; (I ¦ у) - решеточные колебания; (IV) - качание
При содержании в газовой смеси В2Н6 > 1,9 • 10"2 мольных долей в спектрах появляются максимумы поглощения, обусловленные модой растяжения связей В-Ы (1300 см"1) [82], а концентрация связей N-11 насыщается. Образование связей В—N приводит к падению поглощательной способности решеточной моды колебания матрицы 81М. Этот результат, а также характер кривых на рис. 4.4.7 свидетельствуют о том, что атомы бора занимают не только позиции кремния в окружении четырех атомов кремния, но и другие позиции, в которых они образуют связи В—N. Вот почему обусловленный присутствием бора сдвиг частоты колебательной моды растяжения связи Б!—Н от 2100 до 2050 см"2 может быть объяснен уменьшением в матрице концентрации связей 51—^ что в свою очередь вызывает снижение суммы электроотрицательностей для связи 51 [79]. Этим и обусловлен наблюдаемый частотный сдвиг. Для получения количественных данных о частотных сдвигах колебательной моды растяжения связи в пленках а-Б^^-* : Н изменяли концентрацию атомов азота при посто-204
