Влияние примесей редкоземельных металлов на электрофизические свойства аморфного гидрогенизированного кремния

• Автор: Налетко, Алексей Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 145 с. : ил.

Оглавление
1. Введение
2. АМОРФНЫЙ гаДРОГЕНИЗИРОВАННЬШ КРЕМНИИ (литературный обзор)
2.1. Фундаментальные свойства аморфных ковалентных полупроводников
2.2. Модели состояния в запрещенной зоне £/-81(11)
2.3. Электроперенос в а-8і(ЕІ)
2.4. Свойства пленок аморфного кремния
2.5. Легирование а-8і(Н)
2.6. Методы получения а-8і(Н)
2.7. Мессбауэровская спектроскопия в исследовании примесных состояний в аморфном кремнии
2.7. Заключение. Постановка задачи исследования
3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
3.1. Синтез аморфного гидрогенизированного кремния
3.2. Измерение электрофизических параметров пленок а-8і(Н)
3.3. Рентгенофлуоресцентный анализ
3.4. Мессбауэровская спектроскопия
4. ПРИМЕСИ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ В б--8і(Н)
4.1. Введение
4.2. Пленки а-8і(Н)
4.3. Примесные атомы железа в о-8і(Н)
4.3.1. Экспериментальные результаты
4.3.2. Обсуждение результатов
4.4. Примесные атомы европия в а-8і(Н)

4.4.1. Экспериментальные результаты
4.4.2. Обсуждение результатов
4.5. Примесные атомы диспрозия в а-81(Н)
4.5.1. Экспериментальные результаты
4.5.2. Обсуждение результатов
4.6. Сложнолегирование пленок а-81(Н) железом и РЗМ
4.6.1. Экспериментальные результаты
4.6.2. Обсуждение результатов
4.7. Центры фотолюминесценции в пленках а-8Юх(Н):Ег
4.7.1. Особенности методика эксперимента
4.7.2. Экспериментальные результаты и их обсуждение
4.8. Примесные центры редкоземельных металлов в а-81(Н)
4.8.1. Экспериментальные результаты
4.8.2. Обсуждение результатов
5. Основные результаты
6. Литература
7. Список публикаций по теме диссертационной работы

1. ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
Аморфный гидрогенизированный кремний я-81(Н) давно привлекает внимание экспериментаторов и теоретиков [1, 2]. Объясняется это двумя фундаментальными причинами. Во-первых, этот материал является основой многих электронных приборов (наиболее важные из них - это преобразователи солнечной энергии) и, во-вторых, он является модельным объектом при исследовании фундаментальных проблем физики неупорядоченных полупроводников.
Наиболее известное свойство аморфного гидрогенизированного кремния - это возможность его эффективного легирования в процессе синтеза, что отличает его от других аморфных полупроводников типа халькогенидных стекол [3-6]. Однако, несмотря на впечатляющие достижения в области легирования а-Б^Н), остается нерешенной важнейшая проблема - подавляющая часть примесных атомов, традиционно используемых для легирования а-81(Н), оказывается в электрически неактивной форме, что ухудшает электрические, фотоэлектрические и оптические качества материала и, как результат, делает не конкурентно-способными многие приборы, которые могут быть созданы на его основе.
Проблема электрической неактивности значительной доли примесных атомов, вводимых в структуру а-81(Н) в процессе его получения, может быть решена как путем последовательного решения именно этой проблемы для классических примесных атомов (фосфора, мышьяка, бора и т.д.), так и путем последовательного расширения списка химических элементов, используемых для легирования а-81(Н). Однако в последнем случае возникает не менее актуальная проблема - традиционный и наиболее эффективный метод легирования пленок <я-81(Н) путем высокочастотного разложения смесей си-лана и газообразной лигатуры оказывается не пригодным для введения в а-

3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
3.1. Синтез аморфного гидрогеиизированного кремния
Пленки аморфного гидрогеиизированного кремния а-81(Н) могут быть получены либо методом разложения в тлеющем разряде силан-содержащих газовых смесей, либо методом высокочастотного распыления кремниевой мишени в атмосфере, содержащей водород [1,2].
Легирование а-8фН), получаемого разложением силана, осуществляется путем добавления диборан или фосфина в газовую смесь, тогда как во втором методе используется ионная имплантация примесных атомов (однако при этом в материале возникают радиационные дефекты, которые снижают эффективность легирования).
Метод высокочастотного распыления позволяет легировать а-Б^Н) любой примесью, поскольку в принципе возникает возможность использования нескольких мишени. Однако пленки, получаемые высокочастотным распылением мишени кремния в атмосфере смеси водорода и аргона, обладают существенными недостатками, препятствующими их использованию - высокой темновой проводимостью сх, малой фотопроводимостью с>ф и, малым отношением фотопроводимости к темновой проводимости а,|/от. Существенно, что из-за сильно развитой поверхности и наличия электрически и оптически активных ассоциатов на поверхности, эти пленки оказываются нестабильными в процессе эксплуатации.
Именно поэтому в диссертационной работе мы использовали модернизированный метод получения пленок аморфного гидрогеиизированного кремния а-81(Н), который позволяет получать пленки с низкой темновой проводимостью и высокой фотопроводимостью, демонстрирующих стабильность в процессе эксплуатации их темновой проводимости и фотопроводи-