Электрические и фотоэлектрические свойства пленок pc-Si:H

assistant professor

Ingush State University

Republic of Ingushetia, Moscow Magas

Ozdoeva P. B., Master's student

Ingush State University

Republic of Ingushetia, Moscow Magas

ELECTRICAL AND PHOTOELECTRIC PROPERTIES OF PC-Si: H FILMS

Пленки протокристаллического осаждения гидрогенизированного кремния (pc-Si:H) получают PCEVD или HW-CVD методами при некоторой подборке параметров осаждения, которые должны соответствовать принципу образования кристаллической фазы в пленках. Кристаллическая фаза в pc-Si:H располагается на поверхности пленки.

Повышение концентрации водорода в газовой смеси сводит к повышению объемной части кристаллической фазы в пленке. Материал, соответствующий переходным от a-Si:H к nc-Si:H требованиям осаждения, приобрел название протокристаллического кремния. В его состав входит малая часть кремниевых нанокристаллов, которые расположены рядом с поверхностью пленки.

Замещение слоев a-Si:H на pc-Si:H в солнечных элементах дает достигнуть повышения стабильности параметров прибора при продолжительном освещении. Потому исследование фотоэлектрических характеристик пленок pc-Si:H, и даже воздействие на них освещения, демонстрирует глубокий интерес.

В работе были проведены исследования на наличие малой доли нанокристаллов в структуре пленок pc-Si:H позволяющие прямые методы, такие как просвечивающая электронная спектроскопия (ПЭМ). Однако следует, что процедура подобных исследований рушит исследуемые образцы, и требует дополнительной специальной подготовки пленок и сложного экспериментального оборудования. Из этого следует, что вопрос о поиске неразрушающей методики экспресс анализа структуры пленок a-

Si:H с малой долей кристаллических включений остается значимым и важным для дальнейших исследований.

В работе также продемонстрировано постепенное упорядочение структуры пленок при увеличении R H при помощи дифракции рентгеновских лучей. Большинство ученых считают, что перед формированием кристаллической фазы предшествовало образование немного упорядоченной структуры [1-4]. Таким образом, с помощью спектроскопии KPC было обнаружено, что разброс в углах между связями pc-Si:H составляет 6,4 ° , что существенно меньше соответствующего показателя в a-Si:H.

Увеличение стабильности характеристик материала при уменьшении эффекта SWE в пленках pc-Si:H, возможно вызвано уменьшением концентрации атомов водорода в системе пленок. Концентрация водорода в пленках pc-Si:H более выше, чем в а-Si:H, тем не менее атомы водорода в pc-Si:H концентрируется возле кремниевых нанокристаллов, причем содержание водорода в остальной аморфной матрице возможно в достаточной степени низким.

При применении времяпролетной методики для определения подвижности носителей заряда в протокристаллическом материале, выяснилось, что дырочная подвижность в таких пленках больше, а электронная, напротив, меньше, в сравнении с подвижностью носителей заряда в a-Si:H. Для разъяснения получившихся результатов, рассмотрены нанокристаллы как «примесь», меняющая плотность состояний в щели подвижности a-Si:H. Энергетический уровень, равный транспорту электронов, поступает в запрещенную зону a-Si:H и является западней для носителей заряда, которые движутся по аморфной матрице, таким образом, уменьшая подвижность электронов. Энергетический уровень, равный транспорту дырок, может проходить в валентную зону a-Si:H, повышая подвижность дырок.

На рис. 1 представлены результаты, полученные для образцов Rh-3 и

Rh-10 при их возбуждении квантами света с энергией hν=1.0 эВ, 1.3 эВ и

1.8 эВ. Измерения проводились при интенсивностях света,

Рис. 1. Температурные зависимости темновой проводимости σ d и проводимости пленок при их освещении излучением с разными энергиями квантов σ ph для пленок Rh-3 (a) и Rh-10 (b).

обеспечивающих для данных образцов в области низких температур близкие значения σ ph и, соответственно, близкие положения квазиуровня Ферми при разных значениях hν. Как видно из рисунка, при hν=1.0 эВ и 1.8 эВ фотопроводимость исследованных образцов возрастает с увеличением температуры. В тоже время при hν=1.3 эВ наблюдается температурное гашение.

Присутствие кремниевых нанокристаллов в исследованных пленках может объяснить наблюдаемое температурное гашение фотопроводимости при возбуждении пленок излучением с энергией квантов 1.3 эВ. Так как для энергии кванта 1.3 эВ коэффициент поглощение в c-Si примерно на два порядка превосходит коэффициент поглощение в a-Si:H, то даже 1% нанокристаллических включений в структуре пленки может оказать существенное влияние на фотопроводимость материала.