Исследование влияния локализованных состояний на распределение пространственного заряда в барьерных структурах на основе неупорядоченных полупроводников

• Автор: Мишустин, Владислав Геннадьевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Рязань
• Количество страниц: 185 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА Е ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕУПОРЯДОЧЕННЫХ
ПОЛУПРОВОДНИКОВ И МЕТОДЫ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Неупорядоченные полупроводники. Аморфный гидрогенизированный кремний
1.2 Зонное строение аморфных полупроводников. Модели описания распределения плотности локализованных состояний в щели подвижности
1.3 Экспериментальные методы определения плотности локализованных состояний
1.3.1 Метод атомно-силовой микроскопии
1.3.2 Электронный парамагнитный резонанс
1.3.3 Оптическая спектроскопия
1.3.4 Методы, основанные на измерениях кинетических свойств
1.4 Времяпролегные методы определения параметров полупроводника
Выводы по главе
ГЛАВА II. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОГО АППАРАТА ДЛЯ
МОДИФИЦИРОВАННОГО ВРЕМЯПРОЛЕТНОГО МЕТОДА
2.1 Граничные условия и допущения, используемые при математическом обосновании МВПМ
2.2 Решение одномерного уравнения Пуассона для контакта Me/a-Si:H
2.3 Экранирование электрического поля в a-Si:H
2.4 Методика Гехта
2.5 Метод измерения электрического поля в ОПЗ
2.6 Расчет плотности состояний в щели подвижности
Выводы по главе II
ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ БАРЬЕРНЫХ
СТРУКТУР НА ОСНОВЕ a-Si:H и a-SiC:H
3.1 Описание экспериментального оборудования
3.1.1 Экспериментально-измерительный комплекс, реализующий МВПМ
3.1.2 Экспериментальная установка, реализующая методы ВАХ и ВФХ
3.1.3 Измерительно-аналитический комплекс токовой РСГУ
3.1.4 Атомно-силовой микроскоп "Solver Pro"
3.2 Анализ возможных источников ошибок, расчет погрешности измерительного оборудования
3.3 Подготовка экспериментальных структур
3.4 Исследование барьерных структур на основе а-БйН и а-8Ю:Н
3.4.1 Исследование вольт-амперных характеристик структуры А1/а-8йН/А1 при планарной и сэндвич конфигурации электродов
3.4.2 Исследование вольт-фарадных характеристик структуры А1/а-8пНУА1 низкочастотным и квазистатическим методами
3.4.3 Модель встречно включенных барьеров. Анализ экспериментальных ВАХ и ВФХ. Определение параметров контактного барьера
3.4.4 Зависимость оптического поглощения пленок а-БЕН и а-8Ю:Н
3.4.5 Определение толщины пленки и исследование состояния поверхности
3.4.6 Измерение внутреннего электрического поля в барьерных структурах на основе а-8йН модифицированным времяпролетным методом
3.4.7 Определение длины экранирования электрического поля и распределения по энергии плотности локализованных состояний в щели подвижности а-8йН. Анализ экспериментальных результатов
3.4.8 Определение плотности локализованных состояний в щели подвижности а-8ГН методом токовой РСГУ
Выводы по главе III
ГЛАВА IV. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НА ОСНОВЕ
НЕУПОРЯДОЧЕННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
4.1 Материалы и конструкции ФЭП
4.2 Анализ факторов, определяющих эффективность ФЭП
4.3 Оценка коэффициента собирания фотогенерированных носителей
4.4 Пути повышения эффективности ФЭП
Выводы по главе IV
Заключение. Основные результаты и выводы
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы.
Впервые интерес к неупорядоченным полупроводниковым материалам возник в 50-х годах XX века. В основном это относилось к халькогенидным стеклообразным полупроводникам, а также аморфному кремнию и сплавам на его основе. Этот интерес был обусловлен освоением таких технологических приемов как гидрогенизация неупорядоченных полупроводников и их эффективное легирование. Это в свою очередь позволило получить удовлетворительные электрофизические характеристики полупроводниковых материалов и открыло широкие перспективы их приборного применения в различных областях электронной техники.
Неупорядоченные полупроводники характеризуются такими качествами как высокий коэффициент поглощения электромагнитного излучения и устойчивость к радиационному воздействию. Технологически имеются возможности низкотемпературного осаждения тонких полупроводниковых пленок на гибкие подложки большой площади, совместимость с традиционной кремниевой технологией, возможность управления электрофизическими свойствами материала за счет степени гидрогенизации и уровня легирования в процессе осаждения. Это позволило использовать неупорядоченные полупроводники для создания элементов памяти, в качестве различных высокочувствительных датчиков электромагнитного излучения, в фотокопировальной и другой электронной технике.
Повышенный интерес к неупорядоченным полупроводникам в последние годы связан с динамичным развитием рынка плоских жидкокристаллических телевизионных панелей, где в качестве активного элемента управления изображением применяются матрицы тонкопленочных полевых транзисторов (ТПТ) на основе сплавов неупорядоченных полупроводников. Еще одним мощным стимулом для исследования этих материалов является развитие солнечной энергетики, где в качестве активных слоев фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) используются неупорядоченные полупроводники. В связи с этим следует заметить, что как в случае ТПТ и ФЭП технологии, так и приборостроения в целом, работа по улучшению характеристик идет преимущественно по технологическому пути развития, т.е. улучшение электрофизических свойств материалов и эксплуатационных характеристик приборов достигается

q(t) — eN о npHt>ttr. (1.13)
Это дает кривую типа 1 на рис. 1.5, где определено также время ttr. При наличии захвата (1.11) получают кривую типа 2, из которой гоже можно определить время пролета.
Кроме захвата существует термическое высвобождение носителей. Рассмотрим центры захвата с плотностью Nt, расположенные на уровне Et ниже Ес. При термически равновесном распределении носителей концентрация свободных носителей п определяется выражением:
n = Nc ехр[—(Ес -Ер)/кТ], (1.14)
где Nc = g(Ec)kT, а концентрация захваченных носителей - выражением:
nt = Nt exp[-(Et -EF)/kT]. (1.15)
Время жизни относительно этих ловушек есть т, а для времени термического высвобождения тг справедлива формула:
тг =(NBvlhC)-1exp[(Ec -Et)/kT], (1.16)
где С - сечение захвата. Если т « xrei и тг « xrei, носители непрерывно захватываются и высвобождаются, т.е. существует термическое равновесие. При наличии захвата дрейфовая подвижность p.dr определяется как
Hdr = ПоС1 + nt/n)_I > ' (1Л7)
где ро представляет собой подвижность по распространенным состояниям [25].
При снижении температуры все возрастающую часть измеренного времени пролета носители будут проводить на ловушках. Поскольку сплавы на основе a-Si содержат непрерывное распределение уровней, проведенный анализ можно распространить на различные формы распределения локализованных состояний.
На рис. 1.6 представлена форма импульсов при наличии захвата и без захвата (кривые 2 и 1 соответственно). Довольно часто вместо импульсов типа 1 и 2 наблюдаются импульсы 3' и 4, соответствующие большой дисперсии. Было предпринято несколько попыток учета дисперсии (например, анализ различных аспектов ограниченного захватом переноса по зоне, когда в течение времени