Тезисы (стр. 4 )

Отметим, что область немонотонной зависимости lgw от lg(T) на рис. 4 в интервале температур…..  совпадает с областью перехода к зонной проводимости, определенной нами из данных температурной зависимости проводимости на рис. 3. Значения σ02 и E2 , определенные для активационной доли?? проводимости σс2 в промежуточной области температур указывают на то, что имеет место прыжковая проводимость по состояниям в хвосте валентной зоны, лежащим ниже уровня Ферми на 0.26 эВ. Для исследованных нелегированной и легированной пленок до и после их отжига были определены значения ширины запрещенной зоны Eg методом Тауца. Получено, что в нелегированной пленке величина Eg в результате отжига изменилась от 1.74 эВ до 1.53 эВ, а в легированной пленке - от 1.73 эВ до 1.54 эВ. Таким образом ширина щели подвижности в нелегированной и легированной пленки близки по величине.

Из полученных значений параметров зонной проводимости σ01  и E1 в отожженных пленках возможно оценить энергию Ферми в них [8]отожженных нелегированной и легированной пленках [ ]. ПриВ предположении, что σmin=2⋅102 Оом-1 см-1, значения энергийи Ферми EF оказались равными Ec-0.65€⎬ℜ ⎝ Εϖ+0.55€⎬ℜ, ⟩⎩⎩∫®∑∫⟩∫®∑⎨⎨⎩, ™⎣ ⎨∑⎣∑©⎝⎩®◊⎨⎨⎩⎡ ⎝ ⎣∑©⎝⎩®◊⎨⎨⎩⎡ ⟨⎩⎩⎧ ⎪⎣∑⎨⎩⎢, ⟩⎩⎩∫®∑∫⟩∫®∑⎨⎨⎩. ⇑∫⎩ ⌠⎢◊⎜⎦®◊∑∫ ⎨◊ ∫⎩, ⎟∫⎩ ⌠⎩®⎨⎝ ™∑⎧⎝ ® ⎩∫⎩⎛⎛∑⎨⎨⎦⌡ ⎨∑⎣∑©⎝⎩®◊⎨⎨⎩⎡ ⎝ ⎣∑©⎝⎩®◊⎨⎨⎩⎡ ⎪⎣∑⎨⎢◊⌡ ◊⟩⎪⎩⎣⎩⎛∑⎨⎦ ® ⎩⟨⎣◊⟩∫⎝ ⎬⎨∑©∑∫⎝⎟∑⟩⎢⎝⌡ ⌠⎩®⎨∑⎡ ⎩⟨⎩®◊⎨⎨⎦⌡ ⟩®⎜∑⎡ ⎢∑⎧⎨⎝, ∫.€∑. ⎪⎦⎛⎢⎩®◊ ⎪⎩®⎩™⎝⎧⎩⟩∫⎫ ⟩ ⎪∑∑⎧∑⎨⎨⎩⎡ ™⎣⎝⎨⎩⎡ ⎪⎦⎛⎢◊ ⎪⎝ ⎨⎝⎜⎢⎝⌡ ∫∑⎧⎪∑◊∫⌠◊⌡ ⎩⟩⌠⎤∑⟩∫®⎣∑∫⟩ ⎪⎩ ⌠⎩®⎨⎧ ⎩⟨⎩®◊⎨⎨⎦⌡ ⟩®⎜∑⎡., ◊ ⎨∑ ⎪⎩ ⌠⎩®⎨⎧ ⌡®⎩⟩∫◊ ⎪⎣⎩∫⎨⎩⟩∫⎝ ⟩⎩⟩∫⎩⎨⎝⎡., ⎢◊⎢ ⎬∫⎩ ⎨◊⟨⎣⎭™◊⎣⎩⟩⎫ ® ⟩⎝⎣⎫⎨⎩ ⎣∑©⎝⎩®◊⎨⎨⎦⌡ ⟨⎩⎩⎧ ⎪⎣∑⎨⎢◊⌡ α-Σι:Η [ ].

Из таблицы видно, что В исследованных нелегированной и легированной пленках до и после отжига в потоке водорода при 6500С были определены значения ширины запрещенной зоны Eg методом Тауца. Получено, что в нелегированной пленке величина Eg в результате отжига изменилась от 1.74 эВ до 1.53 эВ, а в легированной пленке - от 1.73 эВ до 1.54 эВ, т. е. ширина щели подвижности в нелегированной и легированной пленки близки по величине. Таким образом, установлено, что положение уровня Ферми в запрещенной зоне в нелегированной пленке после высокотемпературного отжига практически не изменилось. и легированной пленках после высокотемпературного отжига в водороде изменились различным образом?. Если в нелегированной пленке положение уровня Ферми относительно дна зоны проводимости практически не изменилось, то в В легированной же пленке уровень Ферми после отжига сместился к потолку валентной зонаы на 0.213 эВ. В работе [5] показано, что после отжига в вакууме подобных легированных бором пленок a-Si:H при температурах до 400 К уровень Ферми смещался к валентной зоне в результате повышения эффективности легирования пленок бором. Было показано также, что при более высоких температурах отжига 400 K<Ta<540 K уровень Ферми смещался вглубь запрещенной зоны в результате образования большой концентрации оборванных связей кремния вследствие эффузии водорода из пленки. Отсутствие сдвига уровня Ферми в исследованных в настоящей работе отожженных в водороде пленок свидетельствует о том, что и при температурах отжига выше 400 К увеличивается эффективность легирования пленок, т. е. увеличивается концентрация электрически активных атомов бора. Действительно, уменьшение ширины запрещенной зоны в исследованных нами пленках свидетельствует об уменьшении концентрации водорода в пленке [12] и, следовательно об образовании значительной концентрации оборванных связей кремния. Поэтому обнаруженное смещение уровня Ферми к валентной зоне в исследованных пленках после высокотемпературного отжига в водороде указывает на увеличение эффективности легирования пленок при температурах отжига выше 400 К.

Наблюдаемая в отожженной легированной бором пленке проводимость σ2, повидимому, является прыжковой проводимостью по состояниям хвоста валентной зоны. Разность энергии Ферми и энергии активации прыжковой проводимости σ2, указывает на энергетическое положение этих состояний. Эта разность, согласно данным таблицы, составляет величину EF-Ε2≈(Ες+0.55€⎬ℜ)-0.26€⎬ℜ≈Ες+0.29€⎬ℜ.

Возникновение прыжковой проводимости σ2 в отожженной легированной бором пленке можно объяснить следующим образом. При отжиге пленки увеличивается эффективность ее легирования и изменяется распределение плотности состояний в запрещенной зоне. В результате происходит смещение уровня Ферми к потолку валентной зоны и, следовательно, увеличивается концентрация заполненных дырками состояний в хвосте зоны. В частности, возможно локальное увеличение концентрации дырок на состояниях, расположенных в области энергий (EV+0.29 эВ). Концентрация дырок на этих состояниях экспоненциально увеличивается с температурой, определяя экспоненциальную температурную зависимость прыжковой проводимости, проявляющейся в определенной температурной области.

ТакТаким образом, в работе было установлено, что в результате высокотемпературного отжига в потоке водорода в легированной бором пленке a-Si:H в отличие от нелегированнойнелегированных пленкипленках a-Si:H помимо прыжковой проводимости на уровне Ферми и зонной проводимости в области высоких температур, в области низких температур наблюдалась прыжковая проводимость по состояниям в хвосте валентной зоныс переменной длиной прыжка, что позволяет использовать эти пленки при низких температурах. Кроме того, темновая проводимость пленок a-Si:H после высокотемпературного отжига увеличилась, что важно при практическом  применении пленок.. Получено также, что при одинаковой ширине запрещенной зоны в отожженных пленках уровень Ферми в легированной пленке сместился к валентной зоне на 0.13 эВ, в то время как в нелегированной пленке уровень Ферми практически не изменил своего положения. Указанные различия в изменении электрических свойств исследованных легированных и нелегированных пленок под влиянием высокотемпературного отжига обусловлены увеличением эффективности легирования и изменением распределения плотности состояний в запрещенной зоне в отожженной легированной бором пленке a-Si:H.

Список литературы

1. , , . ФТТ, 35. 367 (2001).

2. , ,IV Межд. конф. С-П, Изд. СПбГПУ,2004,с.61.

       Можно предположить, что после высокотемпературного отжига в водороде изменилась концентрация электрически активных атомов бора. Это и обусловило смещение уровня Ферми к потолку валентной зоны. Увеличение эффективности легирования наблюдалось ранее в пленках a-Si:H, легированных бором, отожженных в вакууме при температурах порядка 400 К. Изменение плотности состояний в хвосте валентной зоны может объяснить и появление экспоненциально зависящей от температуры проводимости в области промежуточных температур в легированных пленках. Эта проводимость может быть прыжковой проводимостью дырок по состояниям в хвосте валентной зоны, концентрация которых (состояний?) определяется тепловой генерацией их с уровня Ферми. В этом случае энергия активации этой(какой?) проводимости близка к разнице?? энергий Ферми и локальных??(мн. ч.) уровней, по которым осуществляется прыжковая проводимость.

       Работа выполнена при поддержке программы «Интеграция».

Подписи к рисункам

Рис.1

Температурная зависимость темновой проводимости нелегированной пленки a-Si:H после высокотемпературного отжига.

Кружки - экспериментальные данные проводимости σd.

Кривая 1 - температурная зависимость прыжковой проводимости

σh=A⋅εξπ(-(Τ0 /Τ)ξ), ©™∑ ℵ=7.4⋅103 ∈⎧-1⋅⟩⎧-1, ®0=1.2⋅108 ⊇, ξ=0.25.

Квадраты - вычисленные значения проводимости σ1=σδ-ση.

Кривая 2 - температурная зависимость проводимости σ1=σd-σh=σ01⋅exp(-E1/kT), где σ01=1.9⋅103 Ом-1⋅см-1, Е=0.7 эВ.

Рис.2.

Температурная зависимость lgw нелегированной пленки a-Si:H после высокотемпературного отжига.

Кружки - ⎜⎨◊⎟∑⎨⎝ λγω=λγ(Δ(λγσ)/Δ(λγΤ)), ⎩⎪∑™∑⎣∑⎨⎨⎦∑ ⎝⎜ ⎬⎢⟩⎪∑⎝⎧∑⎨∫◊⎣⎫⎨⎩ ⎝⎜⎧∑∑⎨⎨⎦⌡ ®∑⎣⎝⎟⎝⎨ σδ(®).

Кривая 1 - lgw=lg[d(lg(σ1+ση))/δ(λγΤ)], ©™∑ ση=Α⋅εξπ(-(Τ0 /Τ)ξ), ℵ=7.4⋅103 ∈⎧-1⋅⟩⎧-1, ®0=1.2⋅108 ⊇, ξ=0.25 ⎝ σ1=σ01⋅exp(-E1/kT), σ01=1.9⋅103 Ом-1⋅см-1, Е=0.7 эВ.

Рис.3.

Температурная зависимость темновой проводимости пленки a-Si:H, легированной бором, после высокотемпературного отжига.

Кружки - экспериментальные данные проводимости σd.

Кривая 1 - температурная зависимость прыжковой проводимости

σh=A⋅exp(-(T0 /T)0.25), где А=2.8⋅103 Ом-1⋅см-1, Т0=9.2⋅107 К.

Квадраты - вычисленные значения проводимости σ2=σd-σh.

Кривая 2 - температурная зависимость проводимости σ2=σd-σh=σ02⋅exp(-E2/kT), где σ02=66 Ом-1⋅см-1, Е2=0.26 эВ.

Кресты - вычисленные значения σ1=σd-σh-σ2.

Кривая 3 - температурная зависимость проводимости σ1=σd-σh-σ2=σ01⋅εξπ(-Ε1/κΤ), ©™∑ σ01=1.74⋅102 ∈⎧-1⋅⟩⎧-1, ⊕=0.55 ⎬ℜ.

Рис.4.

Температурная зависимость lgw пленки a-Si:H, легированной бором, после высокотемпературного отжига.

Кружки - значения lgw=lg(Δ(lgσ)/Δ(lgT)), определенные из экспериментально измеренных величин σd(Т).

Кривая 1 - lgw=lg[d(lg(σ1+σ2+σh))/d(lgT)], где

σh=A⋅exp(-(T0 /T)0.25), А=2.8⋅103 Ом-1⋅см-1, Т0=9.2⋅107 К;

σ2=σ02⋅exp(-E2/kT), σ02=66 Ом-1⋅см-1, Е2=0.26 эВ и

σ1=σ01⋅exp(-E1/kT), σ01=1.74⋅102Ом-1⋅см-1, Е1=0.55 эВ