Формирование и свойства полупроводниковых пленок и структур для приемников УФ излучения

• Автор: Гудовских, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 148 с. : ил

Содержание

Перечень условных обозначений и сокращений

Введение

Глава 1. Материалы и структуры для детектирования УФ излучения: состояние вопроса

1.1. Детектирование УФ излучения

1.1.1. Актуальность проблемы детектирования УФ излучения

1.1.2. Полупроводниковые фото приемники УФ излучения

1.2. Свойства и получение пленок аморфного гидрогенизированного кремния

1.2.2. Свойства пленок a-Si:H

1.2.2. Получение аморфных и микрокристаллических пленок гидрогенизированного кремния
ÏÏ ■> j .*
1.3. Пленки нитрида алюмищ^|. свойства и получение
1.3.1. Свойства пленок A1N
1.3.2. Получение пленок A1N
Основные выводы и постановка задачи
Глава 2. Получение, структура и свойства пленок a-Si:H
2.1. Технология получения пленок a-Si:H и модифицирование их структуры
2.1.1. Технологический комплекс и его модернизация для получения
пленок a-Si:IT
2.1.2. Получение пленок a-Si:H методом плазмо-химического осаждения
2.1.3. Циклический метод осаждения пленок a-Si:H с промежуточной обработкой в водородной плазме
2.2. Свойства пленок a-Si:H, содержащих нанокристаллическйе включения
2.3. Влияние термообработки на структуру и свойства пленок a-Si:H
Глава 3. Пленки нитрида алюминия для селективных приемников УФ излучения
3.1. Технология получения пленок A1N
3.2. Структурные свойства пленок A1N
3.3. Электрофизические свойства пленок A1N
Глава 4. Фотоприемные структуры
4.1. Конструкция и технология формирования фотоприемных структур
4.1.1. Формирование барьера Шоттки
4.1.2. Формирование невыпрямляющих контактов
4.2. Свойства фотоприемных структур и их применение
4.2.1. Фотоприемные структуры на a-Si:H
4.2.2. Фотоприемные структуры на A1N
Заключение
Литература

Перечень условных обозначений и сокращений
А* - постоянная Ричардсона
С8 - концентрация водорода на поверхности
Сн - концентрация водорода >
И - коэффициент диффузии водорода
Е)п, ИР - коэффициенты диффузии электронов, дырок
с1 - толщина пленки
Е0 - ширина хвоста Урбаха
Еа - энергия активации темновой проводимости
Ер! - энергия активации коэффициент диффузии водорода
Е„ - ширина запрещенной зоны
Р - энергетическая освещенность
Б - постоянная планка
1 - плотность тока
К - постоянная Больцмана
Ь - толщина слоя, осаждаемогр за цикл
Ьп, Ьр - длина диффузии электронов, дырок
N - концентрация
ТМ(Е) - плотность состояний
Ирь - поток фотонов
п - показатель преломления
Р - давление
Я - коэффициент отражения г - скорость роста пленки Т - температура Т5 - температура подложки *апп - время отжига в водородной плазме Нер - время осаждения V - скорость вращения подложкодержателя и - напряжение У - мощность разряда - удельная мощность разряда У - квантовый выход а - показатель преломления
у - коэффициент неидеальности световой характеристики г| - квантовая эффективность (рь ” высота барьера X - длина волны

p. - подвижность носителей заряда
20 - угол между первичным и рассеянным рентгеновскими лучами
od - темновая проводимость
орп -фотопроводимость
т - время жизни
БШ - барьер Шотгки
ВАХ - вольт-амперная характеристика
ИК - инфракрасный
ИС - интегральная схема
JIC - локализованное состояние
МР - магнетронное распыление
MPC - магнетронная распылительная система
ПХО - плазмо -химическое осаждение
ПЭМ - просвечивающая электронная микроскопия
У ФИ - ультрафиолетовое излучение
ФД - фотодиод
ФП - фотоприемник
ФР - фоторезистор

Экспоненциальная область В, именуемая "хвостом Урбаха", наблюдается практически во всех аморфных полупроводниках. Коэффициент поглощения в этой области можно выразить в форме Урбаха [3]:
а=щ- ехр[(/ги-Е[) /Ео] (КЗ),
где Е0 - ширина экспоненциального хвоста, которая для а-8кН составляет 0,05-0,09 эВ, а Е( и а0 параметры,' определяемые экспериментально и как правило составляют 2,17 эВ и 1,3-106см'1 соответственно. Были получены экспериментальные подтверждения, того что ширина экспоненциального края определяется степенью структурного и термического разупорядочения. Для объяснения хвоста Урбаха было предложено, что край поглощения отражает появление хвостов состояний в щели вследствие флуктуаций углов и длин связей и соответствует электронным переходам между локализованными состояниями в хвостах краев зон, причем предполагается, что плотность таких состояний экспоненциально спадает с энергией.
Область С связана с внутризонными переходами между локализованными состояниями [3].
Исследование электрических свойств пленок а-8Ш показали, что темновая электропроводность (оД сильно зависит от технологических 'параметров роста пленок. Величина при комнатной температуре для нелегированных пленок лежит в интервале 10'8 - 10'12 Ом'1 см'1 [4]. Для пленок, полученных в оптимальных условиях в области температур Т > 200 К собственная проводимость в а-БиН хорошо описывается активационным законом:
(Г) = о0 ехр(-Еа /кТ) (1.4),
где Еа - энергия активации носителей заряда с уровня Ферми на край зоны проводимости, составляющая 0,6-0,9 эВ. В этом случае перенос происходит по распространенным состояниям.
При температуре Т < 200 К перенос носителей заряда в основном прыжковый, что хорошо описывается выражением Мотта [4]:
стё(Т)= А-ехр [-(Тс/Т)"1], (1.5),
где Т0 = 2 [а.1 М(Е)кТ]1/4, >ДЕ) - плотность ЛС, аь - характеристика спада волновой функции. При сильной локализации прыжки происходят между ближайшими соседями и т=1. В случае слабой локализации возрастает вероятность перескока носителей заряда на более удаленное состояние и наблюдаются прыжки переменной длины, и проводимость определяется выражением (1.5) с т = 1/4.
Однако, для пленок с высокой плотностью локализованных состояний характерен прыжковый механизм переноса при более высоких температурах. На рис. 1.16 представлены температурные зависимости темновой проводимости для пленок с различным содержание водорода. Пленки получены реактивным распылением в среде водорода при температуре подложек 200°С [3]. Для негидрированного образца преобладающим видом проводимости является прыжковая проводимость по со-