CC BY
2
УДК 621.315.592
Нальгиева М.А., к.ф-м.н.
доцент
кафедра общей физики Абадиева М. М-С. студент магистратуры
ИнГУ Россия, г. Магас
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛЕНОК А-S:H ОТОЖЖЕННЫХ ПРИ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ
Аннотация: В труде определено то, что вследствие высоко температурного отжига в струе Н2 легированной бором пленке a-Si:H в различие от нелегированной, отслеживается прыжковая проводимость по состояниям в хвосте валентной зоны. Отмеченные различия в не постоянстве электрических свойств обследованных ле гированных и также нелегированных пленок после воздействия высокотемпературного отжига обеспечены возрастанием эффективности легирования и кроме того другим распределением плотности состояний в запрещенной зоне в отожженной пленке.
Ключевые слова: аморфный кремний, легирование бором, высокотемпературный отжиг.
Nalgieva M.A., Ph.D. associate professor department of General Physics Abadieva M.M-S. graduate student InGU Russia, Magas
CHANGING THE ELECTRICAL PROPERTIES OF MODIFIED FILMS A-S: H AFTER ANNEALING AT HIGH TEMPERATURE
Annotation: It was determined in the work that due to high-temperature annealing in a hydrogen flow in an a-Si: H film doped with boron, in contrast to the undoped film, in addition to the hopping conductivity at the Fermi level and band conductivity, the hopping conductivity was monitored by states in the tail of the valence band. The noted differences in the change in the electrical properties of the studied doped and also undoped films under the influence of high-temperature annealing are due to an increase in the doping efficiency and also to a change in the distribution of the density of states in the forbidden band in the aSi: H film annealed with boron.
Key words: boron-doped amorphous silicon, high-temperature annealing.
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 нелегированные пленки a-Si:H, которые были получены в аналогичных технологических режимах.
В труде изучались пленки a-Si:H, полученные способом осаждения в плазме высокочастотного тлеющего разряда при Т.5=25°°С. 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= 650°С на протяжении тридцати минут.
Исследования темновой проводимости нелегированной также и легированной пленок а^гН до и после отжига изучались в области температур от 12° К вплоть до 48° К. Из этого было определено то, что значения и температурные зависимости темновой проводимости- Б^Т) пленок до и после их отжига различны. До их отжига проводимость экспоненциально менялась с температурой [2, 3]
Бо •ехр(-Е/кТ), (1)
где Е - энергия активации и Б0 - пред экспоненциальный множитель, посчитанные значения которых характерны для зонной проводимости.
На рис. 1 изображена температурная взаимозависимость проводимости
8с}(Т) не легированной пленки, уже когда ее отожгли в струе водорода при Т=650°С на протяжении тридцати минут. Очевидно, то ^ -7что взаимозависимость ХлП) пленки уже
эпосле отжига сделалась не активационной.
-9
-ю-Это явление возможно обуславливается
11т г з 4 5 8 т ® э 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
БН(Т)=Л ехр(-(То/Т)х). (2)
На рис. 1 кривая 1 соответствует зависимости прыжковой проводимости с переменной длиной прыжка от температуры. Очевидно то, что опытным путем промеренные значения Sd в области Т>260 К
Рис. 1 Температурная зависимость проводимости 8а(Т) нелегированной пленки a-Si:H.
превосходят полученные величины прыжковой проводимости Sh (кривая 1). Устанавливая разницу Sd- Sh, имеем значения проводимости Sl, зависимость от температуры каковой обладает активационным характером (кривая 2). Полученные по этой зависимости величины Е1 и S01 свидетельствуют о зонном механизме проводимости отожженной нелегированной пленки в части Т> 420 К.
..............................На рис. 2 изображена зависимость
темновой проводимости Б^Т) от температуры легированной В пленки уже после того, как ее отожгли в струе Н2 при Т=650°С на протяжении тридцати минут. Очевидно, взаимозависимость ¿1 ■ « ■ ^ ^ ^ » ^ ХлП) также не активационна. По этой причине, Рис. 2 Температурная зависи- равно как и доя нелегированной пленки, мостьтемновой проводимости измерена зависимость lgw от lgT для легированной бором пленки. легированной пленки, где ^ установлен
опытным путем померенных величин Sd(Т). 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 Sd(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 Sd при Т>160 К полученные величины Sh 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 So2 показывает в таком случае, что эта проводимость нельзя считать зонной. На рис. 2 очевидно то, что в области температур Т>320 К опытным путем полученные величины темновой проводимости Sd намного превосходят значений S2(T). Отнимая из Sd при Т>320 К сумму определенных величин Sh на кривой 1 и S2 на кривой 2, получаем значения проводимости (кресты), температурная зависимость последних описывается экспонентой, где S01=174 Ом-1-см"1 и E1=0.55 эВ. Данные величины S01 и E1 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
2.0 2,1 2.2 2,3 2.4 2.5 23 2.7
|д т
по состояниям в хвосте валентной зоны, это нельзя сказать о нелегированной пленке. Разница в электрических свойств изученных легированных и нелегированных 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.
Использованные источники:
1. Zvygin I.P., Kuroeva I.A., Nalgiieva M.A., Orimont N.N.// Hopping conductivity of a-Si films doped with boron: H .// FTP, 2006, v.40, no. 1, pp. 112116.
2. Kurova I. A., Nalgieva M. A., Ormont N. N. // Electrical and photoelectric properties of a-Si: H films subjected to high-temperature annealing in hydrogen. // Vestnik MGU, series 3, Physics. Astronomy, 2005, No. 4, pp. 54-57.
3. Mashin A. I., Khokhlov A. F. // New allotropic forms of silicon: preparation and properties. // FTP, 1999, c. 33, p. 1434.
4. Митра С., Глисон К. К., Цзя Н., Шинар // Влияние отжига на микроструктуру водорода в легированном бором и нелегированном высокочастотном распылении аморфном кремнии// J. Phys. Ред. Б, 1993, т. 48, № 4, с. 2175 - 2182.
