Плотность дефектов в псевдолегированном и легированном аморфном гидрированном кремнии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

сц;Я1 НгШ 11

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

фигто-т§хн^ский институт им.а.ф.иоффе

На правах рукописи УДК 621.315.592

Мавлянов Хасан Юсупович

ПЛОТНОСТЬ- ДЕФЕКТОВ В ПСЕВДОЛЕГИРОВАННОМ И ЛЕГИРОВАННОМ АМОРФНОМ ГИДРИРОВАННОМ КРЕМНИИ

01.04.10 - Физика полупроводников и диэлектриков

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург

1995

Работа выполнена в Физико-техническом институте им.А.Ф.Ио® РАН.

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук Голикова О.А.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Новиков Б.В.

кандидат физико-математических наук Сморгонская Э.А

Ведущая организация: Московский энергетический институт

Защита диссертации состоится " СрС^ОЛЯ 1996 г. в/5"е°часов на заседании специализированного совета N К003.23.0 в Физико-техническом институто км.А..Ф.Иоффе РАН, п адресу: 194021, Санкт-Петорбург, Политехническая ул. 26.

Отзывы на автореферат в 2. экземплярах, заверенных печатью просьба высылать по вышеуказанному адресу на имя ученог секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан "И 1996 г.

Ученый секретарь специализированного совета:

кандидат физико-математических наук Г.С.Куликов

Общая характеристика работы Актуальность темы. В настоящее время аморфный идрированный кремний (а-31:Н) уже используется для создания яда электронных приборов. Тем не менее, интерес к его изучению э ослабевает, и в физике гидрированных аморфных элупроводников его рассматривают как модельный материал. При том изучение влияния дефектов на электронные свойства а-31:Н внимает важное место в ряду как фундаментальных, так и рикладных проблем.

Известно, что дефекты (оборванные 31-31 связи) образуются ак в процессах осаждения пленок и их легирования электрически ктивными примесями, так и три внешних воздействиях на уже закденные пленки (термишских воздействиях, инжекции носителей эряда, облучеции интенсивным светом, ионами, электронами).

Ранее было установлено, что образование дефектов в роцессе осаждения пленок а-Э1:Н при изменении параметров этого эоцесса (температуры осаждения и др.) сопровождается сдвигами эовня Ферми (ер). Этот эффект был назван псевдолегированием I], однако, он не имеет однозначной интерпретации, ¡йствительно, увеличение плотности фотоиндуцирсванных >фектов, как известно, приводит к сдвигам уровня Ферми в ютив'оположном направлении: к середине щели подвижности. >этому были необходимы дальнейшие исследования ;евдолегированного а-31:Н, подвергнутого различным »здействиям (легированию и др.,.

Цель работы. На основании вышеизложенного, в задачу ¡стоящей работы входило исследование влияния дефектов на юктронные параметры а-31:Н, "" когда дефекты специально »здавались как в процессе осаждения пленок, так и различными годами воздействия на эти пленки: отжигом, ионной

имплантацией бора, ионной имплантацией кремния.

Анализ полученных результатов, с одной стороны, должен был способствовать лучшему пониманию эффекта пиевдолегирования а- 31:Н. С другой стороны, ожидалось расширение ранеэ имеющейся информации о влиянии внешних воздействий на электронные параметры а-Б1:Н: положение уровня Ферми в щели подвижности, темновую и фотопроводимость, плотность дефектов, энергию Урбаха.

Научная новизна работы состоит в том, что в результате проведенных исследований:

1. Показано, что рост плотности дефектов, образующихся в процесса осаждения пленки а-Б1:Н, приводит к сдвигам уровня Ферми от середины щели подвижности, как это происходит при специальном ..агировании фосфором или бором.

2. Впервые определены плотность дефектов и параметр Урбаха в приповерхностной области пленок псевдолегированного а-Б1:Н и установлена их корреляция с "объемным" уровнем Ферми и распределением водорода по толщине пленок.

' 3. Впервые применена имплантация ионов как метод создания дефектов в пленках а-31:Н. Установлено, что несмотря на сильное разупорядочение структуры, при отсутствии разрывов связей 31-Н предельная плотность индуцированных дефектов порядка Ю17см-3.

4. Показано, что образование дефектов при откиге псевдолегированного а-31:Н или имплантации в него ионов приводит к изменениям положения уровня Ферми и фотопроводимости, аналогичным тем, которые наблюдаются" при образовании фотоиндуцированных дефектов.

Практическая значимость работы:

I. Получены новые данные о влиянии внешних воздействий на

фотоэлектрические свойства а-Б1:К, представляющие интерес для ' оценки стабильности материала.

2. Показано, что полученный в неоптимальных условиях а-31:Н можно "перевести" в "собственный" материал приборного качества с помощью имплантации бора.

3. Получена информация о поверхностной плотности дефектов в пленках псевдолегированного а-31:Н, представляющая интерес с точки зрения создания приборных структур на его основе.

Положения, выносимые на защиту:

1. При равных величинах плотности дефектов, образующихся в процессе осаждения пленок, псевдолегированный а-51:Н находится в одном из двух состояний: с различными положениями уровня Ферми и различными величинами фотопроводимости.

2. Отжиг псевдолегированных пленок а-Б1:Н при температурах, превышающих температуру их осаждения Т3=300°С, но при условии постоянства содержания водорода, приводит к сдвигам уровня Ферми в направлении середины щели подвижности. По сравнению с неотожженным а-31:Н, при Ес-ер=сопз1 плотность дефектов возрастает, а фотопроводимость падает, как в случае образования фотоиндуцированных дефектов.

3. Имплантация ионов бора в пленки псевдолегированного а-31:Н обеспечивает получение "собственного" материала, имеющего энергию активации темновой проводимости ДЕ^Е^/2, а также соответствующие величины плотности дефектов и фотопроводимости.

4. Имплантация ионов кремния в пленки псевдолегированного а-31:Н вызывает рост плотности дефектов и параметра Урбахз, падение фотопроводимости и сдвиги уровня Ферми в направлении середины щели подвижности. Предельная плотность дефектов составляет ~101Гсм'л, как в случ.-ю сСрпзоьпния

фотоиндуцированных дефектов.

5. Направления сдвигов уровня Ферми при образовании дефектов в a-Si:H коррелируют с изменениями их зарядовых состояний.

Апробация работы. Основные результаты настоящей работы докладывались на EMHS 1995 Spring Meeting, Страсбург, Франция; на 1-й Республиканской конференции молодых физиков по "Твердотельной электронике" (г.Наманган, Узбекистан 1994 г.), а также на семинарах Лаборатории физики полупроводниковых приборов ФТИ им.А.Ф.Иоффе РАН.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав" и заключения, содержит 161 страницу, включая 77 рисунков. Список цитируемой литературы состоит из 118 наименований.

Основное содержание диссертации

Во введении отражены актуальность, цель, научная новизна и практическая значимость работы, сформулированы научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе дан обзор литературы по теме диссертации: приведены литературные данные о плотности состояний в щели подвижности a-Sl:H, обусловленных существованием дефектов -оборванных S1-S1 связей, о фотопроводимости a-Sl:H, о влиянии на электрические свойства и плотность дефектов примесей (в частности бора), а также облучения светом, кэВ-электронами и ионами, термических воздействий. Отмечается, что сдвиги уровня Ферми, сопровождаемые ростом плотности дефектов, происходят также и при отклонениях условий роста пленки от оптимальных. Например, повышая температуру осаждения пленки, Ts, можно осуществить сдвиги ^ в сторону sc. т.е. наблюдать эффект псевдолегирования.

На основании приведенных в Главе I данных делается заключение, что в настоящее время

- не установлена однозначная корреляция между изменениями плотности дефектов (оборванных 31-51 связей) и сопутствующими изменениями положения уровня Ферми в щели подвижности а-Б1:Н;

- несмотря на то, что эффект псевдолегирования а-31:Н экспериментально установлен, его интерпретация требует дальнейшего развития;

- основным методом введения в а-31:Н бора является легирование в процессе осаждения пленки (из газовой фазы), хотя метод ионной имплантации весьма привлекателен как для технологии приборов, так и ь экологической точки зрения;

- данные о влиянии облучения пленок кэВ-электронами и ионами аргона на положения уровня Ферми в щели подвижности а-31:Н противоречивы.

Исходя из вышесказанного, конкретизируются основные задачи настоящей работа:

- определение влияния плотности дефектов, создаваемых в процессе осаждения нелегированной пленки на положения уровня Ферми в щели подвижности и фотопроводимость а-31:Н; ■

исследования псевдолегированных пленок а-Б1:Н, подвергнутых ионой имплантации бором;

- определения влияния термически индуцированных дефектов на электронные параметры псевдолегированного а-31:Н;

- исследования псевдолегированных пленок, подвергнутых ионной имплантации кремнием, рассматриваемой как новый метод создания дефектов в структуре а-31:Н;

- сравнительный анализ данных о влиянии дефектов, создаваемых вышеперечисленными способами, на электронные параметры материала.

Вторая глава посвящена описанию экспериментальных методик.

В настоящей работе исследовались образцы аморфного гидрированного кремния, полученные в Лаборатории, аморфных полупроводников ФГИ методом высокочастотного разложения 31НД в триодном реакторе.

Триодный реактор был впервые предложен Матсуда с соавторами [2] для "сепарации" радикалов, находящихся в плазме тлеющего разряда, т.е. для обеспечении условий, при которых в формировании поверхности пленки а-31:Н принимали бы участие только радикалы 31Н3, имеющие наиболее высокую подвижность на этой поверхности по сравнению с другими радикалами. Радикалы Б1Н3 - наиболее долго живущие, поэтому при оптимальном расстоянии мевду анодом и промежуточным электродом- сеткой все остальные радикалы не достигают катода, где находится подложка. Когда промежуточный электрод(сетка) находится под потенциалом катода, то разряд горит на участке анод-сетка. Тогда эффект бомбардировки растущей пленки ионами плазмы сводится к минимуму. В дальнейшем, в 13), было показано, что свойства пленок а-31:Н варьируются при вариациях потенциала сетки относительно катода. Далее (Глава 3) будут указаны параметры процесса получения псевдолегированных пленок а-31:Н, исследованных в настоящей работе.

Особое внимание уделялось определению содержания сопутствующих примесей в полученных пленках. Пленки анализировались методом обратного резерфордовского рассеяния в Циклотронной лаборатории ФТИ. Содержание углерода, кислорода и азота бы.,,0 ниже 10госм~3, как и в пленках а-31:Н, полученных в ведущих лабораториях США, Японии, ФРГ и др. (41. В 141 пришли к выводу, что сопутствующие в таких количествах примеси не влияют на оптоэлектронные свойства .а-Б1:Н. Следует отметить,

что загрязнений исследованных в настоящей работе пленок вольфрамом и хромом также обнаружено не было.

Отжиг пленок, осажденных при постоянной температуре Т3=300°С, проводили в печи ТГВ1М (вакуум Ю~5 Тор ) в течение 2 часов. Скорость охлаждения была не выше 0,2°С/с. Температура отжига изменялась в интервале ТА=300-390°С.

Ионная имплантация проводилась в НПО "Электрон". Доза изменялась в интервалах

для Ю1г-Ю16 см"г, для В+ 101г-Ю15 см~г.

Энергии ионов в обоих случаях составляли десятки кэВ. После имплантации проводился отжиг в вакууме (3+4)'Ю-5 Тор при 200°С в течение I часа.

Далее в Главе 2 описаны методы характеризации образцов.

Для определения содержания водорода в пленке и характера 31-Н связей применялся метод ИК-спектроскопии. Исследования распределения водорода по толщине пленки проводились в Циклотронной лаборатории методом протонов отдачи (ЕИ>).

Применялся также метод ультрамягкой рентгеновской ' эмиссионной спектроскопии, УМРЭС [5] (ВГУ, Воронеж). Эти данные 5ыли использованы нами для получения информации о плотности дефектов в приповерхностной области псевдолегированных пленок а-31:Н (см.Главу III).

Были исследованы следующие электронные параметры материала: темновая проводимость в зависимости от температуры (на основе этих данных определяли положение уровня Рерми в щели подвижности), фотопроводимость, плотность дефектов л параметр Урбаха при комнатной температуре. Измерения темповой ,1 фотопроводимости (последняя измерялась при 1п'-2 эВ, МО15см~гс~1) проводились двухзондовым методом нэ установке цля исследования полупроьодников с уделышм сопротивлением

~Ю7-Ю140м-см. Возмогные варьирования температуры от 80 до 500 К, вакуум в камере Ю-5 Тор . Перед измерениями образцы отжигались в камере при 200°С в течение 30 мин.

Для определения плотности дефектов и параметра Урбаха применялся анализ спектральной зависимости коэффициента поглощения.

Как известно, на кривой а(1п>) а-Б1:Н выделяются три участка:

1) 1в>> 1,7 эВ, где доминируют переходы с-зона-у-зона

2) .1,4 эВ < Ьу < 1,7 эВ: в этой области а=аоехр(^/Еи), откуда определяется параметр Урбаха,

3) 1п><1,4 эВ: область "дефектного" поглощения. Величина Да в этой области, непосредственно обусловленная дефектами, находится при вычитании из экспериментального а проэкстраполированного хвост Урбаха:

Да=а-аоехр(1п>/Еи).

Поскольку определение а по пропусканию в области края поглощения невозможно, из-за малых толщин образцов (менее I мкм), проводились исследования спектральной зависимости фотопроводимости в режиме постоянного фототока (СРМ), достигаемом за счет изменения величины потока падающего света. Как известно, в обычном режиме спектральная зависимость фотопроводимости а-31:Н не отражает а(*ш), поскольку время жизни носителей заряда тоже изменяется.

Плотность дефектов находили, используя известное соотношение:

= 1уда(у)с1у,

где Ио = 7,9-Ю15 см_2эВ.

На основании сказанного выше видно, что работа, имея

V

комплексный характер, проводилась совместно с рядом исследовательских груш. Поэтому особенно целесообразно выделить личный вклад автора диссертации в проведение экспериментальных исследований. Он состоит в проведении измерений темновой проводимости, фотопроводимости и коэффициента поглощения методом постоянного фототока в зависимости от параметров получения пленок, от температуры последующего отжига, а также от доэ имплантации ионов бора и кремния. Автор диссертации провел калибровку УМРЭС, используя полученные им данные о плотности объемных дефектов в пленках, и на этой основе определил "профили" и Еи в их

приповерхностных областях.

В третьей главе изложены результаты исследований плотности дефектов и электронных параметров псевдолетированного а-31:Н, когда при постоянной Тд=300°С варьируемыми параметрами процесса были:

1. смещение катод-сетка (У=0-200 В);

2. давление силана в камере (Р=50-120 мТорр).

В первом случае давление силана было постоянным (Р=50 мТор ), во втором случае постоянным было смещение

Минимальная величина плотности дефектов в пленке достигалась при У=0, Р^50 мТор . При указанных выше варьированиях параметров п,х)цесса величины Ир возрастали.

Однако, если в первом случае (У=уаг) с ростом V темновая проводимость (от) возрастала, то во втором случае (Р=уаг) от падала так. Таким образом, энергия активации темновой проводимости (от=ехр(-ЛЕ/кТ)) находилась в пределах:

АЕ-0.5-1,1 эВ.

»•тксам'>ст|. ЛК - (с,. ни нгаяотся однозначной функцией

плотности дефектов , кривая имеет две ветви, I и 2, т.е. при Ы^сопэг имеются два состояния, отличающиеся различными положениями ер относительно ес. При этом ветви I соответствует ДЕ<0,85 эВ, а ветви 2 - ДЕ>0,85 В. Минимальная плотность дефектов (^б-Ю^см'3) наблюдается при ДЕ=0,85: такой материал мы называем "собственным".

Кривая оф=ПЫв) также имеет две ветви, I и 2, для которых АЕ изменяются в тех же пределах. При Ыв=сопБг величины оф (т.е. цт электронов) отличаются тем больше, чем выше величина в

предельном случае величины оф образцов, относящихся к ветви I, на несколько порядков выше, чем оф образцов, относящихся к ветви 2. Кроме того, в*пределах ветви I величина офвозрастает одновременно с ростом а в пределах ветви 2 наблюдается противоположная. зависимость. Приведенные факты . говорят о различных зарядовых состояниях дефектов при Ы^сопз!;.

Если в точке, соответствующей минимальной НВ(ДЕ=0,85), все дефекты находятся в состоянии то сдвигам уровня Ферми в направлении £с сопутствуют изменения зарядового состояния де^кта —»-Б-, а сдвигам в направлении е^ - изменения —>-В+ По величинам ДЕ образцы псевдолегированного а-31:Н, относящиеся к ветвям I и 2, являются аналогами образцов а-31:Н, слабо легированных фосфором и бором, соответственно.

Далее в Главе 3 рассмотрены результаты исследования влияния отжига (ТД=300-390°С) на положения уровня Ферми, плотность дефектов и фотопроводимость псевдолегированного а-Б1:Н. Наблюдаемые сдвиги £р к Е^/2 сопровождаются уменьшением величины однако, при ДЕ=сопзг плотность

дефектов б отожженных пленках выше, чем в неотожженных, а оф -ниже. Такая же картина наблюдается при сравнении Ив и оф пленок ле и до интенсивной засветки (эффект Стаблера-

Вронского). Изменений Ец также не наблюдается.

Влияние отжига на плотность дефектов в пленках псевдолегированного а-31:Н интерпретируется следующим образом. С одной стороны, отжиг влияет на структурную сетку, построенную из атомов 31, т.е. приводит к "залечиванию" в ней дефектов. С другой стороны, согласно модели Стрита и Винера, отжиг приводит к образованию новых дефектов в результате конверсии слабой 31-31 связи в оборванную связь с участием водорода по реакции:

(31-Н)+ (31-31 )п —Ъх+Ъу, где 31-Н - моногидридный комплекс, (31-31- слабая 31-31 связь, Вн - оборванная связь, образующаяся в результате отрыва атома водорода от 31-Н, - оборванная связь, образующаяся в результате захвата диффундирующего атома водорода слабой связью и, таким образом, разрыва последней.

В модели Стрита и Винера принимается, что диффузия атома водорода как результат его отрыва от 31-Н комплекса существует при конечных температурах, однако, очевидно, что он интенсифицируется с ростом температуры. Поэтому величины в наших отожженных образцах, определяемые конкуренцией двух вышеуказанных процессов, при ДЕ=сох^ выше, чем величины в неотожженных рбразцах.

В последнем параграфе Главы 3 изложены результаты исследований плотности дефектов в приповерхностной области пленок псевдолегированного а-31:Н с использованием метода (УМРЭС): изменяя энергию электронов возбуждающего пучка, Е*, удается зондировать слои а-31:Н, начиная с поверхности, на глубгяу 100 нм и более. УМРЭ Ь2 3 спектрч кремния отрзжагт парциальную плотность его Э-состояний.

Величины энергий электронов возбуждающего пучкэ, Е*, были I, 3 и 6 кэВ, соответствующие глубины зондирования пленки

й*=15, 40 и 100 нм. Изменения в спектрах, касающиеся полосы дефектных состояний, наблюдаются при <1*4 100 нм. Поэтому спектры УМРЭ,снятые при Е*=6 кэВ, относятся к объему пленки, и интегральная интенсивность полосы дефектных еостояний, Б, может непосредственно сопоставляться с величиной плотности дефектов, измеренной методом СРМ, Ид.

Базируясь на полученной калибровочной кршюй, далее были определены величины КЕ в зависимости от ¿"-глубины зондирования ' пленки. Для этого были сначала определены величины Б полос дефектных состояний в спектрах, снятых при Е*=1 кэВ и Е*=3 кэВ. Это позволило определить "профили" ^ в подповерхностных областях пленок и оценить поверхностную плотностЬ дефектов:

Кп(см_2)^1)(см"3) (1'', где ис(см_3) определена на основе спектра, снятого при Е*=1 кэВ, .а й*=15 нм. Тогда для "собственного" а-Б1:Н (ДЕ-0,85 эВ) имеем Кп=<101гсм_г, что находится на уровне мировых дс/стижений. В то же время, завышенные величины 11п (до Ю1Лсм~г) присущи псевдолегированным пленкам, имеющим высокие плотности объемных дефектов.

Следует отметить, что имеется согласке в оценках протяженности приповерхностной области пленок 1: Н. сделанных на основе УМРЭС и ЕШ): С„ начинает паДать, начиная с

П

расстояния "100 нм от поверхности пленок, имеющих толщину ~1000 нм.

/

Четвертая глава посвящена пленкам псе^долегированного а-31:Н, подвергнутым имплантации ионами бора.

• Если уровень Ферми находится достаточно далеко от точки Е^/2 (образцы "из вотви I",глава 3), то на кришх ат(0) и ДЕ(0) фиксируется интервал доз облучения, гдч томнспая проводимость надает, а ое анергия активации ноурч'.паёг, т.е. матертл

постепенно приближается к "собственному". В дальнейшем, с увеличением дозы облучения, величина гемновой проводимости возрастает, а ЛЕ - падает. Это значит, что происходит перекомпенсация: переход к р-типу проводимости (т.е. инверсия типа проводимости). Если же образцы принадлежат "к ветви 2", (глава 3), то имплантация бора сразу приводит к росту темновой проводимости и. уменьшению ее энергии активации.

Приближение ер к Е^/2 приводит к такому же падению оф, образцов п-типа^ак и для псевдолегированных образцов "из ветви I" и "из ветви 2". Что касается зависимости плотности дефектов от энергии активации темновой проводимости образцов п-типа, то точки, соответствующие пленкам, не подвергнутым и подвергнутым ионной имплантации бором, ложатся на общую кривую. Таким образом, плотность дефектов в пленках а-Б1:Н, как и фотопроводимость, в первую очередь определяются положением равновесного уровня Ферми, независимо от способа его достижения (легирование или псевдолегирование).

С увеличением дозы имплантации бора оф образцов р-типа падает таким образом, что ее становится невозможным определить на фоне от, уже начиная с ЛЕ<*0,7 эВ. Поскольку метод СРМ в данном случае,не применим, мы использовали результаты анализа УМРЭ спектров, снятых для указанных образцов. На этих спектрах видны интенсивные "дефектные" полосы, хотя этого и не следовало ожидать для достаточно сильнолегированного бором а-31:Н, в котором дефекты должны находиться в состоянии Б+: УМРЭС, как известно, дает информацию^ состояниях, занятых электронами. Поэтому сделано заключение, что при высоких дозах имплантации бором в пленках а-31:Н находятся дефекты в состоянии Б0, не устраняемые отжигом.

Таким образом, хотя методом ионной имплантации бора не

удалось получить пленки а-31:Н р-типа, по электронным параметрам не уступающим пленкам, легированным из газовой фазы, тем не менее этот метод позволил получить "собственный" а-Б1:Н (ДЕ<*Ев/2), по величинам и (Ц1)п не уступающий материалу, полученному методом псевдолегирования, а также методом прецизионного легирования из газовой фазы.

В пятой главе рассматривается влияние имплантации Б!* на свойства аморфного гидрированного кремния. Ионной имплантации . был подвергнут ряд псевдолегированных образцов с ес-£р=уаг. Средняя интенсивность потока ионов Б1+ составляла ~ (4 • 10-2+4,0)Дж/см2. Суммарная доза (В«2'1012+2-1014см_г) соответствовала концентрации вводимого кремния в интервале ~(4-Ю16+4-Ю18см_3). Сначала рассматриваются результаты исследований концентрации дефектов, и параметра Урбаха, Ец, в зависимости от. дозы облучения, Б. Было установлено, что с ростом Б сильно возрастает Ец, т.е. воздействие Б1+ отлично от воздействия отжига (глава 3) или облучения интенсивным светом. Во-вторых, с ростом Б величина Ыв растет, но насыщение N достигается при интенсивностях потока Б1+ на порядки более низких, чем при эффекте Стаблера-Вронского. Тем не менее, величина Иза(~10,7см~3 в обоих случаях.

Изменения величины Ец показывают, что облучение а-31:Н кэВ-ионами 31+при указанных выше дозах сильно влияют на . структуру. Однако, как показывают результаты ИК-спектроскопии, содержание водорода в пленках и характер Б1-Н -связей после имплантации 31+ не изменяются. Поэтому делается заключение, что структурные изменения после имплантации касаются 31-31 - связей. Поскольку N 4 получаются того жо порядка, как при облучении светом и при имплантации 31+ уровонь Ферми также сдвигается к точке ДЕ-0,8Ь эН, делается заключенно, что оборванные связи

токе образуются вследствие разрыва слабых 31-31_ связей. Поскольку при имплантации 31+ с ростом Кп величина оф падает, как при эффекте Стаблера-Вронского, можно полагать, что образующиеся дефекты также находятся в состоянии

При облучении ионами г1+ параметр Урбаха, отражающий крутизну хвоста валентной зоны а-Н'1:Н, возрастает, что означает, во-первых, увеличение полного числа слабых связей в структурной сетке, а во-вторых, уменьшение величины энергии, необходимой для их разрыва. Последнее обстоятельство позволяет объяснить, почему для достижения в нашем случае требуются на порядки более низкие интенсивности потока частиц, чем • при облучении светом. Тем не менее, подчеркнем еще раз, величины N ^ не превышают уровень ~1017см~3, несмотря на то, что величины Ец после имплантации достигают 90 мэВ.

В конце Главы 5 обобщаются все полученные результаты, касающиеся сдвигов уровня Ферми при создании дефектов различными методами. Во всех случаях, когда дефекты создаются путем внешних воздействий (отжиг, имплантация 81+, облучения интенсивным светом) и величина их плотности превышает равновесную, •уровень Ферми сдвигается к точке ДЕ=0,85 эВ. Это состояние а-Б1:Н , в равновесии отвечающее минимальной плотности дефектов Мт1п И 101 зарядовому состоянию Б0, является наиболее стаЬи-.ь-ным. Дейтвительно, если уровень Ферми первоначально находится в точке ДЕ=0,85 эВ, то в дальнейшем он не сдвигается, несмотря на рост ^ при внешних воздействиях. Если же плотность дефектов, образующихся в процессе, роста пленки Н0>11т1п, то уровень Ферми сдвигается в ту или другую сторону от точки ДЕ=0,85 эВ (псевдолегирование), как при легировании электрически активными примесями и, соответственно, так же изменяются зарядовые состояния дефектов.

Основные результаты и вывода

1. Показано, что образование дефектов оборванных Б1-31-связей в нелегированных пленках а-'31:Н в процессе их осаждения приводит к изменению положения уровня Ферми в щели подвижности (псевдолегированию) таким образом, что одной и той же плотности дефектов отвечают два различных положения уровня' Ферми. При этом, когда величина энергии активации темновой проводимости ДЕ=(ес-ер)т_0 изменяется от 0,85 эВ до 0,5 эВ, фотопроводимость' возрастает одновременно с Ир, как это характерно .для а-81:Н, легированного донорными примесями. В то же время, .когда АЕ изменяется от 0,85 эВ до 1,1 эВ, оф падает с ростом Ыс, как это характерно для а-31:Н, слабо легированного акцепторными примесями. Предложена модель, согласно которой нейтральное состояние дефекта (Б°) характерно для "собственного^ а-31:Н (ДЕ=0,85 эВ), а "дополнительные" дефекты в псевдолегированном а-31:Н находятся в заряженных состояниях: или

2. Установлено, что отжиг псевдодегированных пленок в ' вакууме при Тд>Тд, но при условии Сн= сопзг,приводит к уменьшению плотности дефектов и к сдвигам уровня Ферми в направлении к Е^/2. Показано, что при ДЕ=сопэг величина ^ в отожженных пленках выше, чем в неотохженных, а величины оф ниже. Показано также, что величины параметра Урбаха при отжиге не изменяются. Сделано заключение, что воздействие отжига на электронные параметры аналогично воздействию интенсивной засветки.

3. Определено влияние ионной имплантации бора на свойства пленок псевдолегированного а-31:Н. Этот метод обеспечивает получение "собственного" материала, имеющего ЛЕ=0,85 эВ и соответствующие этому величины и оф. Однако полученный этим методом .материал р-типа имеет низкую фотопроводимость вследствие резкого увеличения плотности дефектов, находящихся в

состоянии D° и не устраняемых с помощью стандартного отжига (см. п. 6).

4. Определено влияние ионной имплантации кремния на свойства пленок псевдолегированного a-Si:H.C увеличением дозы Sl+ плотность дефектов растет и достигает насыщения (Nsat), уровень Ферми сдвигается к точке ЛЕ=0,85 эВ, фотопроводимость падает, а затем остается постоянной, то есть изменения указанных параметров имеют тот же характер, как при индуцировании дефектов отжигом (п. 2),, чем интенсивной засветкой. Показано, что при условии Сц= const, несмотря на возрастание параметра Урбаха с ростом дозы имплантации Nsat~I017CM"3.

5. Обобщение результатов, приведенных в пп. 1-4, позволяет сделать вывод о взаимосвязи направлений сдвигов уровня Ферми и зарядовых состояний дефектов. При этом различные по природе внешние воздействия, увеличивая плотность дефектов, тем не менее, всегда приводят к сдвигам уровня Ферми в -точку, соответствующую "собственному" a-Si:H, для которого характерно состояние дефекта D°. В то же время псевдолегирование, как и легирование электрически активными примесями, приводит к сдвигам уровней Ферми в противоположных направлениях, отвечающих состояниям дефектов D" или D+.

6. На'основании данных о плотности дефектов (СРМ) и данх1ых УМРЭС определено распределение плотности дефектов в приповерхностных областях псевдолегированных пленок. Совместное использование двух вышеуказанных методов позволило также сделать за-' ключение о плотности и зарядовом состоянии дефектов в a-Si:H р-типа, полученном методом ионной имплантации бора (см. п. 3).

Публикации

1. О.А.Голикова, Э.П.Домашевская, Х.Ю.Мавлянов, В.А.Терехов, С.Н.Тростянский. Плотность дефектов в приповерхностной области слоев аморфного гидрированного кремния//ФТП.1993.

Т.27. В. 9. с.1468-1472.

2. О.А.Голикова, Э.П.Домашевская, М.М.Казанин, Х.Ю.Мавлянов, В.А.Терехов. Дефекты в аморфном кремнии,- легированном бором// ФТП.1994. Т.28.В.7. C.I223-I226.

0. О.А.Голикова, М.М.Казанин, Х.Ю.Мавлянов. Псевдолегирование и отжиг аморфного гидрированного кремния//ФТПЛ994.Т.'28. В.8. С.1329-1333.

4. О.А.Голикова, Х.Ю.Мавлянов, И.Н.Петров, Р.Р.Яфаев. Влияние имплантации Si+ на свойства аморфного гидрированного кремния//«!]. 1995. Т. 29 .В. 4. С. 577-581.

Цитируемая литература

1. Голикова O.A. ФТИ. 1991. Т.25. В.9.С.517-1535.

2. Matsuda A., Tanaka К. J.Appl.Phys. 60(1986), 2351-2354.

3. Голикова O.A., Казанин М.М., Мездрогина М.М., Кудоярова

B.Х., Сорокина К.П., Бабаходжаев У.С. ФГП. 1989. Т.23. B.I0.

C.1737-1740.

4. Nakata M., Wagner S., Peterson T.M. 'J.Non-uryst.Sol. 164-166(1993) 179-182.

5. Domashevskaya E.P., Golikova O.A., Terokhov V.A., Trostyanskli S.N. ¿.Non-Cryst.Sol. 90(1987)135-137.