Введение к работе
Актуальность темы.
В настоящее время аморфные полупроводники и, в частности, гидрированный аморфный кремний (a-Si:H), заняли важное место в электронном приборостроении. На основе a-Sl:H были созданы фотоэлектрические батареи, фоточувствительные покрытия для ксерокопировальных барабанов, тонкопленочнне полевые транзисторы, используемые в производстве жидкокристаллических дисплеев. В то же время, имеется ряд факторов, прелятствувдих более широкому распространению приборов на основе a-Si:H. К числу этих факторов относится нестабильность пленок a-Si:H при внешних воздействиях (освещение, тепловые воздействия). В частности, при использовании a-SI:H в производстве солнечных батарей деградация под действием освещения приводит к уменьшению КПД.
В 1977 году было обнаружено [13, что предварительное освещение a-Si:H приводит к метастабильному уменьшению проводимости материала (0^). Исходное состояние восстанавливается в результате отжига при температуре 150С. Согласно [23, метастабильное уменьшение проводимости a-Si:H в результате предварительного освещения объясняется светоиндуцированным образованием оборванных связей атомов кремния.
В настоящее время изучение метастабильных состояний, возникающих под действием освещения стало важным направлением в физике аморфных полупроводников. Получено большое количество экспериментальных данных об изменении проводимости, фотопроводимости (Аст), плотности состояний (ЖЕ)) в a-Si:H под действием длительного освещения, разработан ряд моделей, объясняющих наблюдаемые закономерности. К моменту проведения данной работы было достаточно подробно изучено влияние предварительного освещения в основном на свойства нелегированного a-Sl:H. В то же время, влияние предварительного освещения на свойства легированного и компенсированного a-Si:H к моменту проведения данной работы было изучено недостаточно и роль примесей в образовании метастабильных изменений оставалась неясной. Имеющиеся литературные данные позволили заключить, что метастабильное изменение свойств легированного и компенсированного a-Si:H под действием освещения происходит в ре-
- A -
зулътате болев сложных процессов, чем в нелегированном a-Si:H. В частности, было обнаружено, что в a-Si:H, содеркащем легирукище примеси, может наблюдаться увеличение о^ в результате предварительного освещения.
Цель работы состоит в систематическом исследовании влияния предварительного освещения на проводимость, фотопроводимость и оптическое поглощение в легированном и компенсированном a-SI:H, а также изучении особенностей фотоэлектрических и оптических свойств легированного и компенсированного a-Si:H, связанных, с наличием в пленках примесных атомов фосфора и бора.
Научная новизна.
1. Систематически исследовано влияние предварительного осве
щения при различных температурах на проводимость и фотопроводи
мость легированного фосфором a-Si:H с различным уровнем легирова
ния. Впервые показано, что кинетика изменения проводимости леги
рованного фосфором a-Sl:H в результате предварительного освещения
имеет немонотонный характер. На начальном этапе освещения наблю
дается уменьшение о$(\) (t-время предварительного освещения), а
при больших временах освещения происходит увеличение 0^(t). Это
указывает на существование двух процессов, определяющих кинетику
изменения Од. Уменьшение ofl объясняется увеличением концентрации
дефектов в середине щели подвижности в результате разрыва слабых
СВЯЗеЙ аТОМОВ КреМНИЯ ПОД ДеЙСТВИеМ ОСВещеНИЯ. Увеличение Од o6v
ясняется вызванным освещением увеличением концентрации электрически активных атомов фосфора.
2. Изучено влияние уровня легирования a-Sl:H фосфором и
предварительного освещения на дрейфовую подвижность электронов
(цй). На основании анализа результатов измерений температурных
зависимостей Цд определен характер изменения плотности состояний
в области хвоста зоны проводимости при увеличении уровня легиро
вания и в результате предварительного освещения.
3. Установлены основные закономерности изменения проводимос
ти, фотопроводимости, оптического поглощения в дефектной области
спектра и в области "хвоста" поглощения компенсированных пленок
a-Sl:H в зависимости от уровня легирования фосфором, бором и сте
пени компенсации. Показано, что особенности фотоэлектрических и
оптических свойств компенсированного a-Sl:H можно объяснить воз-
никновением в материале крупномасштабных флуктуации потенциала.
-
Систематически исследовано влияние предварительного освещения при различных температурах на проводимость, фотопроводимость и коэффициент поглощения компенсированного a~Si:H с различным уровнем легирования фосфором и бором. Показано, что изменение проводимости компенсированного a-Sl:H под действием предварительного освещения имеет немонотонный характер. На начальном этапе освещения наблюдается увеличение o^t), а при больших временах освещения происходит уменьшение od(t).
-
Изучена релаксация при различных температурах вызванного освещением изменения проводимости пленок компенсированного a-Sl:H с различным уровнем легирования фосфором и бором. Показано, что релаксация ой зависит от времени освещения, температуры и имеет немонотонный характер. Немонотонный характер изменения а^ под действием предварительного освещения и немонотонный характер релаксации Од после выключения освещения указывает на существование двух процессов, происходящих в компенсированном a-Si:H под действием освещения.
-
Установлена корреляция интенсивности процессов, приводящих к росту и уменьшению проводимости компенсированного a-Si:H с концентрацией фосфора и бора. Предложена новая модель, объясняющая изменение свойств материала в результате предварительного освещения образованием коррелированных с бором и фосфором оборванных связей, состояния которых расположены, соответственно, в верхней и нижней половине щели подвижности.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Обнаружено, что кинетика изменения проводимости легированного фосфором a-Sl:H в результате предварительного освещения имеет немонотонный характер.
-
Показано, что длительное освещение легированного фосфором a-Sl:H приводит к изменению плотности состояний в области хвоста зоны проводимости.
-
Получены новые данные о влиянии уровня легирования фосфором и бором на фотопроводимость и оптическое поглощение в компенсированном a-Si:H.
-
Показано, что кинетика изменения проводимости компенсированного a-Si:H под действием предварительного освещения и ре лак-
сация проводимости после выключения освещения имеет немонотонный характер.
5. Предложена новая модель, объясняющая изменение свойств компенсированного a-Si:H под действием освещения.
Практическая ценность. В работе проведены систематические исследования влияния предварительного освещения на проводимость, фотопроводимость и коэффициент поглощения легированного фосфором и компенсированного a~Si:H при различных температурах и уровнях легирования фосфором и бором. Проведенные исследования позволили установить основные закономерности влияния предварительного освещения на свойства легированного и компенсированного a-St:H. Разработаны модели, учитывающие роль примесей в возникновении штас-табильных изменений проводимости и фотопроводимости материала. Результаты проведенных: исследований позволяют прогнозировать изменение свойств легированного и компенсированного a-Sl:H под действием освещения при использовании материала в приборных целях. В частности, возможно использование полученных результатов для улучшения стабильности функционирования фотоэлектрических преобразователей на основе a-SI:H.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на 16 международной конференции по аморфным полупроводникам (Кобе, Япония, 1995г.), а также на семинарах кафедры физики полупроводников физического факультета МГУ им.М.В.Ломоносова.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 работы.
Структура и объем диссертации, диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы из 104 наименований. Диссертация содержит 95 страниц машинописного текста, 1 таблицу и 46 рисунков.
