Электрофизические свойства и метастабильные процессы в a-Si: H и сплавах на его основе тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

ргв од

- 8 Oía $98

На правах рукописи

«

УДК 621.315.592:539.213:535.215

МЕИТИН МАРК НАУМОВИЧ

Ж-

ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И МЕТАСТАБИЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В а-БШ И СПЛАВАХ НА ЕГО ОСНОВЕ.

(01.04.10 - Физика полупроводпиков и диэлектриков)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

МОСКВА - 1996

Работа выполнена в Москоь г- • 'М институте электронной техники

Научные руководители:

доктор физико-математических наук,

профессор, чл.-корр. Академии

технологических наук России " Айвазов А.А

доктор физико-математических наук,

профессор Будагян Б.Г.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук профессор РГРТА доктор технических наук, профессор МЭИ

Ведущая организация - АО Элма-НИИМВ

Защита состоится "_"_1996 г.

на заседании диссертационного Совета Д.053.02.02 в Московском институте электронной техники по адресу: 103498 Москва, к-498, г.Зеленоград, МИЭТ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Ученый секретарь диссертационного Совета,

к.ф.-м.н. Орлов Б.1

Вихров С.П. Попов А.И

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Прогресс в технологии аморфного гидрогенизированного кремния (а-БШ) и его сплавов, достигнутый за последние десять лет, во многом определяет сегодня темпы развития целого ряда направлений твердотельной электроники, ориентированных, главным образом, на разработку и создание изделий силовой и бытовой электроники. Среди наиболее значительных применений этого класса материалов следует отметить дешевые преобразователи солнечной энергии на больших площадях, адресуемые матрицы транзисторов для жидкокристаллических экранов, различные компоненты оргтехники, включая устройства для факсимильной печати, сенсоры и дозиметры различного диапазона излучения и многие другие.

В то же время, разработка все более сложных устройств, например, таких как электролюминесцентные приборы на основе аморфных сверхрешеток и гетероструктур из аморфного гидрогенизированного кремния и его сплавов, выдвигает все более жесткие требования к технологии получения этого класса материалов. Одним из таких требований является увеличение скорости роста пленок при сохранении "хороших" оптоэлектронных свойств и стабильности характеристик приборов на их основе. Противоречивость данного требования заключается в том, что увеличение скорости роста, как правило, сопровождается формированием структурно неоднородных пленок, что оказывает влияние на спектр электронных состояний и метастабилыше процессы в материале.

Одним из следствий такого влияния является низкая стабильность характеристик приборов, изготавливаемых на основе а-БЖ, что на сегодняшний день является сдерживающим фактором на пути широкого применения данного класса материалов. Более того, стандартная промышленная технология получения пленок а-БкН и сплавов на его основе.

а также режимы термических обра , ок характеризуются температурами порядка 100-300 "С, при которых метлстабильные изменения в материале происходят за малые характеристические времена и наиболее интенсивно. В этой связи проблема выявления взаимосвязи между формирующейся в материале структурной неоднородностью, его электрофизическими свойствами и стабильностью характеристик к воздействию различных внешних факторов (термообработки, излучение) является чрезвычайно актуальной.

Цель работы.

Выявление природы влияния структурно-химической неоднородности на электронный спектр плотности состояний и кинетику метаста-бильных изменений в пленках а-БЖ и сплавах на его основе.

Научная новизна.

Разработаны методологический подход, позволяющий эффективно изучать метастабильные процессы в пленках а-БгН и сплавов на его основе, и методики для комплексного измерения оптических и электрофизических параметров неупорядоченных материалов в широкой области температур.

Изучено влияние микроструктурных неоднородностей на электронный спектр плотности состояний и электрофизические свойства пленок а-БгН. Показано, что природа влияния границ раздела на электрофизические свойства и стабильность характеристик структур а-БгН - диэлектрик связана с образованием низкоомного канала проводимости по границе раздела, ответственного за возникновение эффекта нелинейности на кривых температурных зависимостей темповой проводимости. Установлено, что природа канала проводимости определяется наличием в материале подложки встроенного положительного 'заряда, а величина наблюдаемого эффекта контролируется структурно-релаксационными процессами,

протекающими в а-БкН на границе раздела а-БгН/подложка. Разработана модель, описывающая влияние границ раздела на транспорт носителей заряда в структурах на основе а-БкН.

Впервые проведено исследование термической и временной стабильности пленок а-Бг.Н с помощью совместного анализа данных измерений эффекта Стэблера-Вронского и дифференциальной сканирующей калориметрии. Разработана уникальная методика оценки параметров кинетики структурно-релаксационных процессов в а-БШ с помощью данных ДСК. Обнаружено, что процессы отжига метастабильных дефектов, исследованные методом ДСК и измерением эффекта Стэблера-Вронского, характеризуются единой кинетикой, что указывает на их общую природу. Предложена модель, описывающая взаимосвязь микроструктуры материала (содержание водорода и микроструктурных неоднородностей) и кинетики генерации и отжига метастабильных дефектов.

Практическая значимость. Разработанный методологический подход, а также методика и аппаратура для комплексного исследования электрофизических свойств и метастабильных процессов в пленках а-БШ и сплавов на его основе может найти применение в отраслевых и научно-исследовательских лабораториях при изучении физических свойств неупорядоченных полупроводников. Результаты и выводы работы, касающиеся определения влияния границ раздела аморфный полупроводник - диэлектрик на электрофизические свойства и стабильность структур на основе аморфного гидрогенизированного кремния использованы при создании тонкопленочных полевых транзисторов для полноцветного матричного экрана, о чем свидетельствует соответствующий акт, приложенный к диссертации. Разработана уникальная методика оценки параметров кинетики структурно-релаксационных процессов в а-БкИ с помощью данных дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК), которая может быть использована для экспресс-анализа стабильности

пленок на основе a-Si:H. Результаты по выявлению природы влияния структурно-химической неоднородно' «и на электрофизические свойства и стабильность пленок a-S¡:H показали, что использование технологии осаждения материала в плазме тлеющего НЧ (55 кГц) разряда при повышенных скоростях роста пленок является перспективным способом получения материала для высокостабильных приборов твердотельной электроники.

На защиту выносятся следующие положения.

1. Механизм влияния микроструктурных неоднородностей на электронный спектр плотности состояний и электрофизические свойства a-Sí:H, полученных при повышенных скоростях осаждения, определяется характерными концентрациями [Silb] групп (0.18-0.25), обеспечивающих оптимальные значения электрофизических характеристик и стабильности материала.

2. Природа влияния границы раздела на электрофизические свойства и стабильность характеристик структур аморфный полупроводник-подложка связана с образованием низкоомного канала проводимости по границе раздела a-Si:H - диэлектрик вследствие наличия в диэлектрике встроенного положительного заряда. Возникновением канала проводимости объясняется эффект нелинейности на кривой температурной зависимости темновой проводимости. Величина этого эффекта определяется структурно-релаксационным процессом в a-Si:H на границе раздела, кинетика которого контролируется диффузией водорода.

3. На основании совместного анализа измерений эффекта Стэблера-Вронского и ДСК выявлена единая природа процессов отжига метаста-бильных дефектов, обусловленная квазихимической реакцией между слабыми связями Si-Si и оборванными связями D".

Апробация работы. Результаты, представленные в диссертации, докладывались на следующих конференциях:

II Республиканская научно-техническая конференция "Физико-химические основы получения и исследования полупроводниковых материалов в твердом и жидком состоянии" (Таджикистан, г. Куляб, ноябрь 1992г.); конференция международного исследовательского общества MRS [Сан-Франциско, апрель 1993г.); конференция международного исследовательского общества MRS (Бостон, сентябрь 1993г.); конференция международного исследовательского общества MRS (Сан-Франциско, май 1995г.); Межвузовская научно-технической конференции "Микроэлектроника и информатика" (Москва, МИЭТ, апрель 1995г.); VII Всероссийская научно-техническая конференция "Датчик -95" (Крым, май 1995 г.); Международная школа-конференция по физическим проблемам з материаловедении полупроводников (Черновцы, Украина, сентябрь 1995); Всероссийская научно-техническая конференция "Электроника и информатика" (Москва, МГИЭТ, ноябрь 1995г.); межвузовская научно-техническая конференция "Микроэлектроника и информатика" (Москва, МИЭТ, апрель 1996); конференция международного исследовательского общества MRS (Сан-Франциско, апрель 1996г.)

Публикации. По материалам, изложенным в диссертации, опубликовано 17 работ, включая 1 обзор, оригинальные статьи в отечественных и зару-Зежных периодических изданиях и доклады на конференциях.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов по работе, содержит 142 страницы ма-иинописного текста, включая 8 таблиц, 49 рисунков и список литературы i количестве 129 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассматривается актуальность темы, сформулированы основная цель, новизна и практическая ценность работы. Кратко изложено содержание основных разделов.

В первой главе проведен анализ известных результатов экспериментального и теоретического исследования структуры, свойств и процессов ме-тасгабильных превращений в неупорядоченных полупроводниках. В разделе 1.1 основное внимание уделено результатам исследования взаимосвязи энергетического спектра носителей заряда и фотоэлектрических свойств материала, а также влияния на эти свойства условий получения.

В разделе 1.2 обобщены результаты исследования процессов ме-тастабильных превращений, протекающих в неупорядоченных полупроводниках под действием освещения (эффект Стэблера-Вронского), высокотемпературных обработок и закалок, электрического поля. На основе анализа современных представлений о природе метастабильных состояний в неупорядоченных полупроводниках показано, что недостатком существующих подходов является слабый учет влияния структурных особенностей пленок, определяемых условиями их получения и обработок.

В разделе 1.3 систематизированы результаты исследования структурно-химической неоднородности пленок а-Бг.Н. Отмечается, что современными методами физико-химического анализа микроструктурная неоднородность обнаруживается и в пленках приборного качества, получаемых при оптимальных технологических параметрах. В результате, для выявления природы метастабильных состояний в неупорядоченных полупроводниках обосновывается необходимость исследования роли структурно-химической неоднородности в закономерностях изменения их электрофизических свойств.

Содержание второй главы посвящено технологии получения неупорядоченных сплавов на основе a-Si:H, методам исследования их структурных особенностей и электрофизических свойств, а также анализу влияния структурно-химических неоднородносгей на распределение плотности электронных состояний в этих материалах.

В разделе 2.1 представлен разработанный методологических подход, позволяющий эффективно изучать метастабильные процессы в a-Si:H и сплавах на его основе. В соответствии с данным подходом определен температурный диапазон исследований (25 "С + 200 "С), оптимальный для выявления метастабильных процессов. Показана необходимость исследования влияния материала подложки на электрофизические свойства и стабильность структур на основе a-Si:H. С целью изучения природы влияния структурно-химической неоднородности на электрофизические свойства и метастабильные процессы в a-Si:H и сплавах на его основе предложено исследовать пленки a-Si:H, полученные как при "стандартных технологических режимах, так и в режимах повышенных скоростей осаждения (плазма 55 кГц), а также тройных сплавов a-Sii-*Nx:H с небольшим содержание азота (х < 0.08).

Далее, в разделе 2.2 приведены блок-схемы установок для получения пленок аморфного гидрогенизированного кремния и сплавов на его основе методом разложения силаносодержащей смеси в плазме тлеющего разряда. Определены основные технологические параметры, управляющие процессом осаждения и структурными особенностями пленок для изучения закономерностей формирования физических свойств неупорядоченных полупроводников.

Раздел 2.3 посвящен описанию методов исследования структурно-химических особенностей неупорядоченных полупроводников: инфракрасная спектроскопия, Оже - спектроскопия, электронный парамагнитный резонанс (ЭПР), дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК).

В разделах 2.4-2.5 приводит! я ^писание разработанных методик для комплексного исследования оптических и электрофизических свойств неупорядоченных полупроводников, а также кинетики релаксационных процессов в широкой области температур. Представлены блок-схема установки и конструкции измерительной ячейки для реализации высокотемпературных измерений темновой и фотопроводимости, а также эффекта Стэблера-Вронского.

Результаты исследований структурных особенностей пленок a-Si:H и их влияния на плотность состояний представлены в разделах 2.6-2.9. Обнаружено, что пленки a-Si.H, полученные при повышенных скоростях роста (в плазме 55 кГц) характеризуются структурно-химической неоднородностью, определяемой высокими значениями микроструктурного параметра R=[SiH2]/([SiH:>]+[SiH]), где [SiH:]- концентрация ЗШг-связей, [SiH] - концентрация SiH-связей в материале. При этом величина пара-

0.1

0.2 0.3 R

0.4

1.00Е+19

„ 1.00Е+18

ЗЕ о

1.00Е+17

1.00Е+16

0.1 0.2 R

0.3

Рис. I. Зависимость энергии Урбаха Ео от микроструктурного параметра Я для пленок, полученных при различных условиях. ♦ - плазма 55 кГц, моносилан; ' □ -плазма 13.56 МГц, смесь [5%8Ш4+ 95%Не]; Д - плазма 13.56 МГц, смесь [10%51Н-| + 90%Н:];

Рис.2. Зависимость плотности оборванных связей Nd от микроструктурного параметра R.

метра R определяется условиями получения a-Si:H и слабо зависит от общего содержания водорода. Установлено, что зависимость энергии Урба-ха Б) при увеличении R (рис.1.) проходит через минимум при R=0.25, в то время как концентрация дефектов типа оборванной связи D0, полученная из данных ЭПР, также уменьшается с ростом R, достигая оптимального значения (1.16 10,А см -1) при R=0.18 (рис.2). Близкие значения параметра R, при которых наблюдаются оптимальные значения энергии Ур-баха и концентрации дефектов D" указывают на то, что плотность состояний на хвосте валентной зоны и в середине щели подвижности пленок a-Si:H, полученных при высоких скоростях осаждения, контролируется едиными по природе структурными комплексами, связянными с SiH:-группами. С другой стороны, отличительной особенностью указанных пленок является тот факт, что оптимальные значения плотности состояний достигаются при высоких значениях R.

В третьей главе представлены результаты исследований электрофизический свойств пленок a-Si:H. В разделе 3.1 приводится анализ температурных зависимостей темновой и фотопроводимости для пленок a-Si:H, полученных в режимах повышенных скоростей осаждения. Анализ энергий активации температурных зависимостей темновой проводимости свидетельствовал о том, что положение уровня Ферми в материале определяется в большей степени шириной хвоста валентной зоны, чем концентрацией нейтральных дефектов типа оборванной связи D°, и с увеличением энергии Урбаха сдвигается к дну зоны проводимости. Это обстоятельство определяет зависимость фотоэлектрических свойств a-Si:H от микроструктуры.

Раздел 3.2 посвящен изучению влияния границы раздела полупроводник-подложка на электрофизические свойства структур а-БкН/подложка. В этой связи проводились измерения температурных зависимостей темновой проводимости а(Т) пленок a-Si:H, осажденных на

Ig о й'сш'1 -4

Igo

25 и 3 1000Я.К

Рис.4. Температурные зависимости темповой проводимости для пленок a-Si:H осажденных на подложку из стекла (♦), SiON р), и полиамидную пленку (л)

1000Я. К

Рис.3. Температурные зависимости темповой проводимости для пленок a-Si:H на стеклянной подложке при напряженности поля 2 Ю-В/см для: первого нагрева (□), охлаждения(0), второго нагрева (6), после длительного хранения (♦);

при напряженности поля 10 В/см для первого нагрева(в)

подложки из стекла, оксинитрида кремния (SiON) на стекле и полиимид-ной пленки (рис. 3, 4). Как было обнаружено, на кривых lga(l/T) в случае a-Si:H на стеклянной подложке и на SiON наблюдается характерный эффект нелинейности, в то время как у образцов a-Si:H на полиимидной пленке данный эффект не наблюдался. Установлено, что природа нелинейности на кривой температурной зависимости темновой проводимости связана не только с материалом подложки, но и с величиной и полярностью приложенного электрического поля. Согласно предложенной в работе модели, необходимым условием возникновения эффекта нелинейности на кривой lgo(T) является наличие в материале подложки встроенного положительного заряда. Вследствие этого на границе раздела а-!м:Н/подложка образуется низкоомный канал проводимости, стимулирующий релаксационные процессы на границе раздела. Кинетика этих процессов контролируется дисперсионной диффузией водорода. При на-

личин в материале подложки подвижного заряда, указанный метаста-бильный эффект может быть воспроизведен при смене полярности электрического поля.

В разделе 3.3 представлены результаты исследований влияния микроструктурных неоднородностей и небольших добавок азота на свойства границы раздела а-БШ/подложка. Было обнаружено, что в случае использования в качестве подложки диэлектрика, обладающего большей концентрацией поверхностных состояний и большим встроенным положительным зарядом, например БЮз, полученный плазмохимическим осаждением, зависимость о(Т) характеризуется меньшими значениями энергии активации Еп, причем данная тенденция проявляется сильнее у пленок а-БкН с большими значениями микроструктурного параметра Я. В рамках разработанной в разделе 3.2 модели, такое поведение Е„ объясняется увеличением влияния ннзкоомного канала проводимости на электрофизические характеристики структур на основе а-ЯкН сростом микроструктурного параметра Я. Введение в а-БЬН небольших добавок азота приводит к упрочнению структуры внутренних границ и границы раздела со стороны а-БкН за счет замены связен БШ и БИ^з на более прочные и ЫН-связи. В результате этого процесса происходит уменьшение концентрации водорода на границе раздела, что является причиной исчезновения метастабильного эффекта на кривой температурной зависимости темновой проводимости.

В четвертой главе представлены результаты исследования явления свето-индуцированного изменения фотопроводимости (эффект Стэблера-Вронского). Было обнаружено, что зависимость фотопроводимости от времени имеет сложный характер и может быть представлена как совокупности трех процессов: маловременного 0<300 с), характеризующегося увеличением фотопроводимости; собственно эффекта Стэблера-Вронского и процесса, протекающего при больших временах (!>104 с) и проявляющегося в росте фотопроводимости во времени. В разделе 4.1 по-

казано, что маловременной процесс не является объемным свойством материала, а определяется эмиссией носителей заряда с состояний отрицательно заряженных метастабильных дефектов О-, образующихся на границе раздела полупроводник-подложка со стороны а-БкН из-за наличия в материале подложки встроенного положительного заряда.

В разделе 4.2 приведены результаты исследования эффекта Стэбле-ра-Вронского в пленках а-БкН, полученных в режимах высоких скоростей осаждения. Поведение экспериментальных данных хорошо описывались законом растянутой экспоненты. Параметры растянутой экспоненты (характеристическое время генерации метастабильных состояний т и дисперсионный параметр р) определялись путем подгонки теоретической зависимости к экспериментальным данным методом наименьших квадратов. При исследовании влияния микроструктурных неоднородностей на кинетику образования метастабильных дефектов было обнаружено, что при росте микроструктурного параметра Я происходит увеличение энергии активации характеристических времен генерации светоиндуцирован-ных метастабильных дефектов Ет при соответствующем уменьшении плотности оборванных связей N0 и энергии Урбаха Б). Этот факт говорит о возможности получения пленок а-БгН, характеризующихся большой концентрацией микроструктурных неоднородностей и обладающих высокой стабильностью и оптимальными значениями плотности состояний. Исследование кинетики генерации метастабильных светоиндуциро-ванных дефектов в сплавах а-ЯЬ^Ы^Н показали, что при увеличении концентрации азота происходит уменьшение Ег. Сравнительный анализ результатов исследования эффекта Стэблера-Вронского в пленках а-БкН и а-Бц.хМхгН показал, что поведение энергии активации характеристического времени генерации Е, в пленках а-Би-х^Н при увеличении концентрации азота аналогично поведению Е, в пленках а-БШ при уменьшении микроструктурного параметра Я. Данная аналогия объясняется в рамках

модели влияния небольших добав<,. азота на микроструктуру пленок а-Sii-xNs:H. Добавки азота приводят к . омогенизации структуры материала. При этом на внутренних границах и границе раздела полупроводник/подложка происходит уменьшение концентрации [SiHiJ-rpynn. Таким образом, поведение энергии Е, в пленках a-Si:H и a-Sii-*Nx:H определяется единым фактором - изменением концентрации микроструктурных неод-нородностей в материале, связанных с наличием SiHa-rpynn.

Содержание раздела 4.3 посвящено впервые проведенному совместному исследованию эффекта Стэблера-Вронского и ДСК. Как показывают измерения ДСК пленок a-Si:H (рис.5), кривые ДСК характеризуются двумя экзотермическими пиками-низкотемпературным (Т~80-200 "С) и высокотемпературным (Т>250 °С). Природа низкотемпературного

0.0

0

5 -0,1

1 -0.2

U.

"а

й -0.3

3 -0.4

О

■о

-0.5

-0.6

100 200 300 400 500 600 Т, °С

Рис.5. Кривые ДСК пленок а-БкН, полученных при различных условиях осаждения: о - [БШа+Нг], плазма 13.56 МГц, • - [5Ш.|], плазма 55 кГц. Результаты моделирования показаны линиями.

о

пика связана с релаксацией слабых связей 51-81»еак и оборванных связей О" при дисперсионной диффузии водорода, и может быть описана следующей реакцией:

е+Ь+ Б^еак о 20" (I)

Реакция (I) была использована для моделирования низкотемпературного пика на кривой ДСК. В результате моделирования были определены энергии активации времени отжига метастабильных дефектов (см.табл.1).

Таблица 1.

Содержание водорода Ын, микроструктурный параметр Я, параметры кинетики образования и отжига метастабильных дефектов для пленок а-БгН, полученных при различных условиях осаждения

Процесс N11. ат% Я £ генерация ЭВ (С-В)' £^ОТЖИГ эВ (С-В) эВ(ДСК)

^ЬЬ+Н:] (А) Т5=200 "С 14.0 0.25 0.088 1.138 0.960

[Б1Н-.+ Не] (B) Т*=200 "С (C) Т4=310"С 7.2 7.7 0.20 0.39 0.034 0.155 . 0.964 1.235 0.990 1.198

[51Н.,],55кГц (Б) Р=55 Па (Е) Р=70 Па (Я) Р=95 Па 12.3 16.4 26.6 0.16 0.26 0.30 0.086 0.107 0.141 1.046 1.057 1.071 0.950 0.965 1.010

Было установлено, что энергии активации характеристических времен релаксации Ет'"ж"\ определенные из измерений эффекта Стэблера-Вронского и из моделирования ДСК близки по своим абсолютным значениям. что указывает на общую природу явлении отжига светоиндуциро-ванных дефектов и низкотемпературного пика на кривой ДСК, опреде-

ляемую квазихимической реакцией и.-жду оборванными связями D" и слабыми связями Si-Si.

Проведен анализ зависимости Е,"1*"' от R для образцов, полученных при различных условиях осаждения, результаты которого показывают, что при росте R энергия Е,"т*"г увеличивается. Для объяснения данной зависимости предложена модель, согласно которой [БШ^-комплексы распределены на внутренних поверхностях материала и играют роль ловушек для диффундирующего водорода, тем самым замедляя его диффузию. Увеличение концентрации [SiH:]-rpynn (увеличение R) приводит к замедлению дисперсионной диффузии водорода и увеличении EIor*"r, то есть к повышению стабильности материала.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Предложен методологический подход, позволяющий эффективно изучать метастабильные процессы в a-Si:H и сплавах на его основе, и разработаны методики для комплексного исследования оптических и электрофизических свойств неупорядоченных полупроводников, а также кинетики релаксационных процессов в широкой области температур.

2. Результаты исследований структурных особенностей пленок a-Si:H указывают на структурно-химическую неоднородность пленок, определяемую высокими значениями микроструктурного параметра R. При этом R определяется условиями получения a-Si: H и слабо зависит от общего содержания водорода.

3. Механизм влияния микроструктурных неоднородностей на электронный спектр плотности состояний и электрофизические свойства a-Si:H, полученных при повышенных скоростях осаждения определяется характерными концентрациями [SiH:] групп (0.18-0.25), обеспечивающих

оптимальные значения концентрации дефектов типа оборванной связи N0 (1.16 101Л см 3) при 11=0,18 и энергии Урбаха Е> (54 мэВ) при Я=0.26.

4. Проведено исследование температурных зависимостей темновой и фотопроводимости для пленок а-БкН, полученных при повышенных скоростях роста, .определены энергетические параметры процесса переноса носителей заряда. Обнаружено, что положение уровня Ферми в щели подвижности определяется в большей степени шириной хвоста валентной зоны, чем концентрацией дефектов О" и с увеличением параметра Урбаха сдвигается к дну зоны проводимости. Это обстоятельство определяет взаимосвязь фотоэлектрических свойств и микроструктурных особенностей пленок а-БгН, полученных при повышенных скоростях осаждения.

5. Проведено исследование влияния границ раздела на электрофизические свойства структур типа а-ЗгН - подложка. Обнаружено, что эффект нелинейности на температурной зависимости темновой проводимости определяется величиной и полярностью приложенного электрического поля. Установлено, что природа данного эффекта связана с наличием в материале подложки встроенного заряда, что приводит к образованию низкоомного канала проводимости по границе раздела а-Бг.Н/подложка. Данный канал стимулирует структурно-релаксационные процессы на границе раздела, кинетика которых контролируется дисперсионной диффузией водорода. Показано, что микроструктурные неоднородности влияют на состояния границы раздела а-81:Н/подложка, причем при увеличении Я увеличивается влияние канала проводимости на электрофизические характеристики структур на основе а-БкН.

6. В результате исследования явления светоиндуцированного изменения фотопроводимости было обнаружено, что зависимость фотопроводимости от времени имеет сложный характер и может быть представлена как совокупность трех процессов: маловременного (КЗОО с); собственно

эффекта Стэблера-Вронского; прок - i, протекающего при больших временах (t>lOJ с) и проявляющего., и в росте фотопроводимости во времени. Установлено, что маловременной процесс не является объемным свойством материала, а определяется процессом эмиссии носителей заряда с мегастабильных состояний образующихся на границе раздела полупроводник-подложка со стороны a-Si:H.

7. При исследовании эффекта Стэблера-Вронского в пленках a-Si:H, полученных при повышенных скоростях осаждения, обнаружена корреляция микроструктурного параметра R и энергии активации характеристического времени генерации метастабильных состояний Е,. Увеличение Ет происходит при росте R, что свидетельствует о возможности получения высокостабильного структурно-неоднородного материала. Установлено, что кинетика генерации метастабильных светоиндуциро-ванных дефектов в пленках а-Si.H и a-SiixNx:H контролируется единым по природе структурным комплексом, связанным с наличием SiHj-групп.

8. Впервые проведено совместное исследование эффекта Стэблера-Вронского и ДСК. Обнаружена корреляция между низкотемпературным экзотермическим пиком на кривой ДСК и кинетикой отжига метастабильных дефектов. Проведено моделирование низкотемпературных пиков на кривых ДСК и определены параметры кинетики отжига метастабильных дефектов. Показано, что энергии активации характеристических времен релаксации Е,отжмг, определенные из измерений эффекта Стэблера-Вронского и из моделирования ДСК близки по своим абсолютным значениям, что указывает на общую природу явлений отжига светоиндуцированных дефектов и низкотемпературного пика на кривой ДСК, определяемую квазихимической реакцией между оборванными связями D" и слабыми связями Si-Si.

). Проведен анализ зависимости ЕХ"1ЖШ от R для образцов, полученных при различных условиях осаждения, результаты которого показывают,

что при росте R энергия Е,",жш увеличивается. Предложена модель, согласно которой [$1Н:]-комплексы распределены на внутренних поверхностях материала и играют роль ловушек для диффундирующего водорода, тем самым замедляя его диффузию. Увеличение концентрации [SiHJ-rpynn (увеличение R) приводит к замедлению дисперсионной диффузии водорода и увеличении Е,"тжш, т.е. к повышению стабильности материала.

Ю.Показано, что технология осаждения пленок a-Si:H в плазме тлеющегс НЧ (55 кГц) разряда при повышенных скоростях роста пленок является перспективным способом получения материала для высокостабильны;* приборов твердотельной электроники.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Айвазов A.A., Филатова И.В., Будагян Б.Г., Мейтин М.Н. Однократнс программируемые элементы памяти на основе a-Si:H и возможность m использования в технологии СБИС. // Электрон. Пром. 1991. N7. С.54-55.

2. Айвазов A.A., Будагян Б.Г., Мейтин М.Н., Становое О.Н. Влияние структурной неоднородности на проводимость и релаксационные процессы в a-Si:H и а-811.*Ых:Н.//ФТП. 1992. Т.26. Вып.9. С.1585-1589.

3. Айвазов A.A., Будагян Б.Г., Мейтин М.Н. Микроструктурная неоднородность и электрофизические свойства a-Si:N:H. II Тезисы докладов И Республиканской научно-технической конференции "Физико химические основы получения и исследования полупроводниковых ма териалов в твердом и жидком состоянии". Таджикистан, г. Куляб. 25 28 ноября 1992г. Куляб. КГУ. 1992. С.92.

4. Будагян Б.Г., Айвазов A.A.. Мейтин М.Н., Стряхилев Д.А "Микроструктурные неоднородности и релаксационные процессы в а Si:H". II Сборник Трудов МИЭТ. 1993. С26-38.

5. Будагян Б.Г., Мейтин М.Н.. Сазон. 1 А.Ю., Становов О.Н., Стряхилев Д.А. Разработка технологии получения высокостабильных сенсоров на основе a-Sii.jNx:H для твердотельной электроники. // Сборник Трудов МИЭТ. Серия "Элементная база микро- и нанозлектроники: физика и технология". Под ред. Ю.А.Чаплыгина. М., МИЭТ, 1994, стр. 142-155.

6. Aivazov A.A., Budaguan B.G., Stanovov O.N., Meytin M.N. Dark conductivity and relaxation processes in inhomogeneous amorphous silicon. // Abstracts of MRS Spring Meeting. San Francisco. April 12-16 1993. P.96.

7. Budaguan B.G., Stanovov O.N. and Meytin M.N. The high temperature Staebler-Wronski effects in a-Sii-xNx.H. Hi. Non-Cryst. Solids. 1993. V.163. P.297-302.

8. Budaguan B.G., Aivazov A.A., Stanovov O.N., Meytin M.N. Relaxation processes in inhomogeneous amorphous hydrogenated silicon. // Abstracts of MRS Fall Meeting. Boston. 1993. P.50. E8.9.

9. Budaguan B.G., Aivazov A.A. and Meytin M.N. The influence of a-Si:H/substrate interface on electronic properties of Me-Si:H-substrate structures. II Abstracts of MRS Spring Meeting. San Francisco. 1995. P.39. G5.38.

10.Budaguan B.G., Aivazov A.A. and Meytin M.N. The influence of a-Si:H/substrate interface on electronic properties of Me- a-Si:H-substrate structures. //Mat. Res. Soc. Symp.Pros.1995. Vol.382. P.483

11.Будагян Б.Г., Айвазов А.А., Мейтин М.Н. Влияние микроструктурных неоднородностей на высокотемпературный эффект Стэблера-Вронского в пленках a-Si:H И Тезисы Межвузовской научно-технической корференцин "Микроэлектроника и информатика", Москва, МИЭТ, 12- 14 апреля 1995г., стр. 115-116.

12.Бердников А.Е., Малышков В.Г., Попов А.А., Черномордик В.Д., Будагян Б.Г., Мейтин М.Н., Стряхилев Д.А. Пленки a-Si:H, полученные

осаждением из газовой фазы в тлеющем разряде при частоте 55 кгц, для датчиков излучения.// Тезисы докладов VII Всероссийской научно-технической конференции "Датчик -95", Крым, май 1995 г., стр. 495496.

13.Айвазов А.А., Будагян Б.Г., Мейтин М.Н., Сазонов А.Ю. Влияние гелия на стабильность пленок a-Si:H для датчиков излучения // Тезисы докладов VII Всероссийской научно-технической конференции "Датчик -95", Крым, май 1995г., стр. 456-457.

H.Budaguan B.G., Aivazov A.A., Meytin M.N. and Ljungberg L. The influence of substrate material on electronic transport in Me - a-Si:H -substrate structures // Abstracts of The International School-Conference on Physical Problems in Material Science of Semiconductors, ll-I6th Sept., 1995, Chernivtsi, Ukraine, P. 139.

15.Айвазов А.А., Будагян Б.Г., Мейтин M.H., Сазонов А.Ю. Термическая и временная стабильность пленок а-Si.H, полученных ВЧ разложением силановой смеси в плазме тлеющего разряда // Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции "Электроника и информатика" (15-17 ноября 1995г). Изд.МГИЭТ ТУ. 1995. С.135-136.

16.Айвазов А.А., Будагян Б.Г., Мейтин М.Н., Сазонов А.Ю., Попов А.А. Микроструктурные неоднородности и стабильность пленок a-Si:H, полученных при высоких скоростях роста // Тезисы межвузовской научно-технической конференции "Микроэлектроника и информатика". МИЭТ. 1996. С. 103

17.Budaguan B.G., Aivazov A.A., Meytin M.N. The stability improvement of a-Si:H films for photovoltaic applications // Abstracts of Mat.Res.Soc. Spring Meeting San-Francisco. 1996. P. 10