Фотопроводимость и плотность состояний в a-Si: H и сплавах на его основе

• Автор: Горбулин, Григорий Львович
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 133 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

ГЛАВА 1. Особенности структуры и электрофизических свойств аБг.Н.

1.1. Основные особенности свойств и область применения а

1.2. Модели энергетических состояний в неупорядоченных полупроводниках и методы определения энергетического распределения плотности состояний в щели по подвижности аморфного полупроводника.

1.2.1. ЭПР и светоиндуцированный ЭПР.

1.2.2. Оптические методы исследований.

1.3. Существующие подходы к определению плотности

состояний по данным фотопроводимости.

1.3.1. Статистика неравновесных носителей заряда в аморфных полупроводниках.

1.3.2. Расчет плотности локализованных состояний по

данным измерения фотопроводимости.
1.3.3. Методика моделирования Шена и Вагнера. Щ
1.3.4. Методика моделирования МакМахона и Кси.
1.3.5. Методика моделирования Моргадо.
1.3.6. Методика моделирования Трана.
Выводы по главе 1.
Глава 2. Методика исследования оптических и электрофизических свойств аБкН и сплавов на его основе.
2.1. Особенность получения пленок в низкочастотной плазме тлеющего разряда кГц.
2.1.1. Оборудование для осаждения слоев аБкН в плазме
низкочастотного кГц тлеющего разряда.
2.2. Методы исследования структуры и электрофизических
свойств аБкН.
2.2.1. Вторичная ионная массспектрометрия ВИМС.
2.2.2. Рентгеновский микрозондовый анализ РМА.
2.2.3. Метод обратного рассеяния Резерфорда ОРР. Щ
2.2.4. ИКспектроскопия.
2.2.5. Определение оптических констант тонких пленок
i по спектрам оптического пропускания.
2.2.6. Метод постоянного фототока.
2.2.7. Электронный парамагнитный резонанс и состояния дефектов в i.
2.3. Методика измерения фотопроводимости.
2.4. Выводы по главе 2.
Г лава 3 Методика моделирования и природа локализованных состояний собственного i.
3.1. Моделирование фотопроводимости и природа глубоких состояний в i.
3.1.1. Результаты моделирования фотопроводимости с использованием существующих методик.
3.1.2. Природа глубоких состояний и парамагнитные центры
в i.
3.2. Моделирование фотопроводимости с учетом прыжкового транспорта носителей заряда на локализованных состояниях
хвостов зон. 6ф
3.3. Природа локализованных состояний в собственном аморфном гидрогенизированном кремнии.
3.5. Выводы по главе 3.
Глава 4. Фотопроводимость и плотность состояний в i.
4.1. Особенности процесса получения и микроструктура пленок i.
4.1.1. Химический состав и скорость роста пленок i, полученных методом НЧ тлеющего разряда.
4.1.2. Особенности микроструктуры пленок i,
полученных методом НЧ тлеющего разряда
4.2. Оптические и электрофизические свойства а6еН.
4.3. Моделирование фотопроводимости и природа локализованных состояний в аСеН.
4.4 Выводы по главе 4.
Глава 5. Фотопроводимость и плотность состояний в аБГС.Н
5.1. Особенности процесса получения и микроструктура пленок а8ЮН.
5.1.1. Химический состав и скорость роста пленок а8ЮН, полученных методом НЧ тлеющего разряда.
5.1.2. Особенности микроструктуры пленок аБЮ.Н, полученных методом НЧ тлеющего разряда.
5.2. Оптические и электрофизические свойства аБЮН.
5.3. Моделирование фотопроводимости и природа локализованных состояний в аБЮ.Н. 5
5.4. Выводы по главе 5.
Основные результаты и выводы.
Литература


Основные особенности свойств и область применения
В настоящее время аморфные полупроводники находят широкое применение в технологии твердотельной электроники. Основными причинами этого могут быть 9 возможности нанесения аморфных полупроводников практически на любые подложки металлы, кристаллические полупроводники и диэлектрики и поверхности пластины, барабаны и т. Существующие промышленные технологии позволяют получать тонкопленочные, многослойные структуры с площадью 6 см2, поэтому количество устройств на одном чипе может быть сколь угодно большим. Плотность макродефектов в пленках аморфного гидрогенизированного кремния аЭШ и сплавов на его основе на три порядка меньше, чем в монокремнии. Поэтому аморфные полупроводники позволяют использовать литографию более высокого разрешения, чем кристаллические. Выход годных структур на основе аморфных полупроводников с различной шириной щели при промышленном производстве достигает , что наряду с низкой температурой осаждения позволяет получать многомерные структуры путем поэтапного нанесения любого количества слоев. Наряду с преимуществами существует и ряд недостатков аморфных полупроводников. Прежде всего, это низкая подвижность носителей заряда, высокая плотность дефектов в щели подвижности и метастабильность оптических и электрофизических свойств. Данный ряд недостатков тесно связан с энергетической структурой аморфного материала. В связи с тем, что аморфные полупроводники существенно отличаются от кристаллических изза отсутствия в них дальнего порядка, для них не применимы основные положения зонной теории кристаллов. Поэтому необходима была новая теория, объясняющая поведение неупорядоченных структур. Впервые Андерсоном было сделано предположение о том, что потенциал случайным образом меняется от узла к узлу и все состояния в зоне локализованы . Затем Мотт рассмотрел ситуацию, когда потенциал случайным образом меняется от узла к узлу, а критерий локализации не выполняется. Согласно Мотту, в неупорядоченных полупроводниках должны существовать хвосты локализованных состояний на краях валентной зоны ВЗ и зоны проводимости ЗП, а также граничные энергии, разделяющие локализованные состояния от распространенных. На основе этих представлений было разработано несколько моделей структуры энергетических зон в неупорядоченных полупроводниках. В модели КоэнаФрицшеОвшинского КФО рис. Вследствие перекрытия зон в ВЗ возникают состояния обычно заполненные, находящиеся по энергии выше состояний в ЗП которые обычно пусты. В этом случае должно произойти перераспределение электронов, поэтому в данной модели обеспечивается самокомпенсация, и уровень Ферми закрепляется в середине . Состояния в локализованы и существуют критические энергии, отделяющие эти состояния от распространенных состояний в ЗП и ВЗ. Эти критические энергии называются порогами подвижности, а область энергий между ними щелью по подвижности. Рис. Модель КоэнаФрицше Рис. Модель МоттаДевиса Овшинского КФО. МД. Согласно Девису и Мотту рис. Уровень Ферми закрепляется в узкой зоне компенсированных состояний вблизи середины . Предполагались также и другие аналогичные модели рис. Ферми. Рис. Модифицированная Рис. МоттаДевиса. ЭкН. Все перечисленные модели различным образом отражают структурные особенности неупорядоченных полупроводников. Однако все они предполагают квазинепрерывное распределение локализованных состояний в щели по подвижности и разделяются на состояния в хвостах ЗП и ВЗ и глубокие дефектные состояния. Наличие хвостов, локализованных на границе зоны, основная особенность большинства моделей аморфных полупроводников. Эксперименты не только подтверждают существование хвостов зон, но и дают информацию относительно природы состояний в них. Электроны в хвосте зоны являются относительно слабо связанными, когда как дырки наоборот локализованы сильнее и большая ширина хвоста ВЗ согласуется с большей локализацией и с большим искажением решетки. В связи с этим следует ожидать, что любая модификация сетки будет отражаться на форме зонных хвостов. Состояния в хвостах зон. Дефектные состояния. Дефект, который представляет наибольший интерес в аБг.