Распределение плотности электронных состояний в микрокристаллическом гидрированном кремнии

Associate Professor, Department of General Physics Ingush State University Russia, city of Magas Ausheva H.A., graduate student Ingush State University Russia, city of Magas

DENSITY DISTRIBUTION OF ELECTRON STATES IN MICROCRYSTALLINE HYDROGEN SILICON

В минувшие года микрокристаллический гидрогенезированный силиций (pc-Si:H) притягивает к себе внимание тем, что, владея стабильными согласно сопоставлению с аморфным гидрогенезированным кремнием (a-Si:H) фотоэлектрическими свойствами и оптимальной технологической совместимостью с a-Si:H, обретает обширное применение в оптоэлектронике [1]. Одной из ключевых данных µc-Si:H, считается плотность локализованных электронных состояний в запрещенной зоне. То как она распределена в запрещенной зоне устанавливает физические характеристики материала и протекающие в нем процессы. Несколько задач, сопряженных с распределением плотности состояний в запрещенной зоне µc-Si:H, остаются к нынешнему времени непроясненными. Определено то, что возле края (Ec) области проводимости имеется экспоненциальный хвост плотности локализованных электронных состояний [2]. Подразумевается, то что возле стороны     края     (Ev)     валентной     кроме     то го обязано отслеживаться экспонентное разделение локализованных состояний. Но почти нет опытных сведений о распределении локализованных состояний возле   Ev   [3]. Эти состояния должны   испол нять значительную роль в процессах рекомбинации и перенесения носителей в µc-Si:H, в частности в пленках, легированных акцепторами. В этом труде показаны итоги изучения распределения в запрещенной зоне плотности локализованных состояний µc-Si:H. Эти пленки были легированные бором, их толщина составляла 0.60 мкм, они осаждались в тлеющем разряде SiH4 на кварцевую подложку, при температуре 250◦C. Легирование бором выполнялось внедрением B2H6 в реакционную камеру. Перед измерениями в вакууме проводился отжиг пленок в течение 30 мин при температуре 180◦C. В µc-Si : H существенный вклад в поглощение на межзонных оптических переходах в микрокристаллах [4] усложняет приобретение данных о распределении локализованных состояний в запрещенной зоне оптическими методиками, по этой причине в данной труде был применен метод фотомодуляционной спектроскопии.

Для пленок n-типа проводимости

N(E^)=[G1/okB T](Ao7Acr), где AT и Act - постоянная соста вляющая и амплитуда переменной составляющей фотопроводимости, Ер - энергия квазиуровня Ферми для электронов, G1 - амплитуда темпа генерации неравновесных носителей при модулированном возбуждении, T - температура, kB - постоянная Больцмана. Подобным способом, меняя температуру или интенсивность возбуждения, возможно менять состояние Е^ , также в соответствии с этим получать распределение Nt(E) из значений Ло и Ло.

Исследования частотных зависимостей выявили, то что для всех образцов в области частот модуляции f = ш/2п > 7 кГц зависимость Ло(ю) близка к обратно пропорциональной. По этой при-

Рис. 1. Температурные зависимости темновой проводимости od(1), фотопроводимости Л о (2-4) и амплитуды переменной составляющей фотопроводимости Л о (2'-4') при разных значениях интенсивности.

чине все дальнейшие измерения выполнялись при f = 8 кГц. Данные измерения выявили, то что температурные зависимости Ло и Ло абсолютно всех пленок обладают идентичным видом. Hа рис. 1 презентованы температурные зависимости Ло и Ло, проведенные при разных значениях интенсивности модулированного света, для пленки µc-Si : H с уровнем легирования бором, соответствующим k=4·10-6. На данном рисунке представлена температурная зависимость темновой проводимости σd. Из рисунка очевидно то, что при повышении ин- тенсивности освещения значение Ло меняется слабо, в это время значение Ло значительно увеличивается. Незначительное изменение Ло при повышении интенсивности возбуждения обусловлено небольшим значением показателя степени люкс-амперной характеристики γ, а это обусловлено сильной связью времени жизни и интенсивности возбуждения в пленках µc-Si:H. Распределение плотности состояний возле валентной зоны для пленки, полученного при k=4·10-6, вычисленное с применением показанных раннее температурных зависимостей, представлено на рис. 2. При вы- числениях планировалось то, что положение квазиуровня Ферми сравни- тельно с краем зоны проводимости для пленок n-типа или края валентной зоны для образцов p-типа обусловливается соотношением Ec(v) - En(p) = kBT ln(o0/ Act), где ст0 =200 Ом 1см 1. Из рисунка очевидно то, что плотность электронных состояний, характеризуемая показанным выше методом, почти не зависит от интенсивности освещения, это обязано быть в случае ис- полнения условий для использования представленной методики. На рис. 3

презентованы распределения плотности состояний по энергии E в запрещенной зоне µc-Si : H для всех представленных в труде образцов, приобре-

Рис. 2. Распределения плотности локализованных электронных состояний вблизи валентной зоны для образца, полученного при к = 4-10 -' , из измерений при разных значениях интенсивности освещения.

тенные с обрабатывания температурных зависимостей Act и Act. Значения энергий для пленок p-типа проводимости вычислялись для ширины запрещенной зоны, приобре- тенной из оптических исследований и равной 1.13 эВ. Для сравнения на рисунке показаны распределения плотности

Рис. 3. Распределения плотности локализованных электронных состояний в запрещенной зоне pc-Si: H. (1-5) результаты данной работы, 6-результаты работы (2).

состояний µc-Si : H, полученные в [2]. Из рисунка очевидно то, что для рассмотренных пленок распределение плотности состояний возле зоны проводимости рядом к экспоненциальной зависимости с характерной энергией kBT0c = 0.04-0.06 эВ. Данный результат согласуется с презентоваными на рисунке данными иных авторов. Для пленок µc-Si : H p-типа также прослеживается экспоненциальный хвост плотности состояний возле ва- лентной зоны, при этом характерная энергия хвоста kBT0z= 0.06—0.07 эВ несколько превосходит значение kBT0c, приобретенное для хвоста зоны про-водимoсти. Этот результат доказывает представленные теории о том, что хвост лoкализованных состояний возле валентной зоны— наибо- лее ровный, нежели чем хвост состояний возле зоны проводимости. В настоящее время отсутствуют сведения об воздействии степени легирования, также положения уровня Ферми на распределение плотности локализованных состояний в запрещенной зоне. Если допустить то, что распределение плотности локализованных состояний не находится в зависимости от положения Ef , то показанные на итоги отображают распределение плотности локализованных состояний. В случае, если распределение связаны с положением Ef и со степенью легирования и типа проводимости пленок, то кривые на рис. 3 показывают зависимости Nt(E) в верхней половине запрещенной зоны для пленок n-типа и в нижней половине запрещенной зоны для пленок p-типа проводимости.