Электрические свойства пленок а-S:H отожженных при высокой температуре

Получено то, что электрические свойства образцов из аморфного гидрогенизированного кремния находятся в зависимости с способами и технологическими режимами их изготовления, и, кроме того, с дальнейшими внешними действиями на них [1].

Целью данного труда стало изучение воздействия высоко температурного отжига в струе водорода на электрические свойства пленок a-Si:H, легированных бором. С целью определения воздействия атомом В на электрические свойства отожженных легированных пленок изучались вместе с ними и отожженные не легированные пленки a-Si:H, которые были получены в аналогичных технологических режимах.

В труде изучались пленки a-Si:H, полученные способом осаждения в плазме высоко частотного тлеющего разряда при T_s=250⁰С. Легирование пленок проводилось из газовой фазы. Полная концентрация В в пленках, посчитанная способом вторичной ионной спектроскопии, была равна 3 ⋅ 10¹⁸ см^-3. Образцы отжигались в струе водорода при Т= 650⁰С на протяжении тридцати минут.

Исследования темновой проводимости не легированной также и легиро ванной пленок a-Si:H до и после отжига изучались в области температур от 120 К вплоть до 480 К. Из этого было определено то, что значения и темпе ратурные зависимости темновой проводимости - с (Т) пленок до и после их отжига различны. До их отжига проводимость экспоненциально менялась с температурой [2, 3]

C i Crexp(-lEkT), (1)

где Е - энергия активации и с о - пред экспоненциальный множитель, посчитанные значения которых характерны для зонной проводимости.

103/Т

Рис. 1 Температурная зависимость проводимости σ d (Т) нелегированной пленки a-Si:H.

На рис. 1 изображена температурная взаимозависимость проводимости σd(Т) не легированной пленки, уже когда ее отожгли в струе водорода при Т=6500С на протяжении тридцати минут. Очевидно, то что взаимозависимость σd(Т) пленки уже после отжига сделалась не активационной. Это явление возможно обуславливается возникновением в обследованной части температур кроме зонных иных способов проводимости [4].

В отожженных пленках в части низких температур темновая проводимость может быть прыжковой, ее температурная зависимость обусловливается соответствием

σ h (Т)=A ⋅ exp(-(T 0 /T)^x) .                              (2)

На рис. 1 кривая 1 соответствует зависимости прыжковой проводимости с переменной длиной прыжка от температуры. Очевидно то, что опытным путем промеренные значения σ d в области Т>260 K превосходят полученные величины прыжковой проводимости σ h (кривая 1).

Устанавливая разницу  σd-σh,  имеем значения проводимости  σ1, зависимость от температуры каковой обладает активационным характером

(кривая 2). Полученные по этой зависимости величины Е 1 и σ 01

свидетельствуют о зонном механизме проводимости отожженной не легированной пленки в части Т> 420 K.

2,0   2,1   2.2   2,3   2,4   2.5   2,6   2.7

igr

Рис. 2 Температурная зависимость темновой проводимости легированной бором пленки.

На рис. 2 изображена зависимость темновой проводимости σd(Т) от температуры легиро ванной В пленки уже после того, как ее отожгли в струе Н2 при Т=6500С на протяжении тридцати минут. Очевидно, взаимо зависимость ad(T) также не активационна. По этой причине, равно как и для не легированной пленки, измерена зависимость lgw от lgT для леги рованной пленки, где lgw установлен опытным путем померенных величин od(T). Эта взаимозависимость предложена на рис. 4. Очевидно, в области невысоких температур, прослеживается снижение lgw при повышении температуры, обусловленное прыжковым видом проводимости. Но так как область, где прослеживается снижение lgw, а также разброса точек параметры x и Т0 для прыжковой проводимости легированной пленки мы установили из опытных сведений σd(T) на рис. 3 способом подбора параметров. Определенные значения, что x=0.25 и Т0=9.2-107 К, т.е. прослеживается прыжковая проводимость с переменной длиной прыжка.

В части небольших температур виден прыжковый способ проводимости. Кривая 1 на рисунке 2 отвечает температурной зависимости прыжковой проводимости. Отнимая из опытных значений σ _d при Т>160 К полученные величины σ _h на кривой 1, получаем значения проводимости (квадраты), зависимость во всей части температур описывается не одной экспонентой.

Но в части температур 210 К - 310 К, в каком месте прослеживается не монотонность lgw , полученные величины проводимости соответствуют кривой 2. Небольшое значение величины σ 02 показывает в таком случае, что эта проводимость нельзя считать зонной. На рис. 2 очевидно то, что в области температур T>320 К опытным путем полученные величины темновой проводимости σ _d намного превосходят значений σ ₂(T) . Отнимая из σ d при Т>320 К сумму определенных величин σ h на кривой 1 и σ 2 на кривой 2, получаем значения проводимости (кресты), температурная зависимость последних описывается экспонентой, где σ ₀₁ =174 Ом^-1 ⋅ см^-1 и E 1 =0.55 эВ. Данные величины σ 01 и E 1 показывают зонный характер проводимости в легированных пленках.

Итак, в работе получено, что в последствии отжига при высокой температуре в струе Н2 в легированной пленке есть не только прыжковая проводимость и зонная проводимость, но и также прыжковая проводимость по состояниям в хвосте валентной зоны, это нельзя сказать о не легированной пленке. Разница в электрических свойств изученных легированных и не легированных пленок после отжига при высокой температуре вызвана повышением эффективности легирования и изменением распределения плотности состояний в запрещенной зоне в отожженной легированной бором пленке a-Si:H.