Научная статья на тему 'Механизмы проводимости в поверхностных слоях, полученных анодированием кремния'

Механизмы проводимости в поверхностных слоях, полученных анодированием кремния Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
423
47
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АНОДИРОВАНИЕ / АМОРФНЫЙ КРЕМНИЙ / ПРЫЖКОВАЯ ПРОВОДИМОСТЬ / ЛОКАЛИЗОВАННЫЕ СОСТОЯНИЯ / ANODIZING / AMORPHOUS SILICON / HOPPING CONDUCTIVITY / LOCALIZED STATES

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Захвалинский В.С., Хмара А.Н., Борисенко Л.В.

Методом электрохимического травления (анодирования) кремния в безводных электролитах на основе HF были получены поверхностные слои аморфного/пористого кремния. Были исследованы температурные зависимости электропроводности на постоянном токе и частотные зависимости электропроводности поверхностных слоёв и емкости гетероструктур в диапазоне температур 20 320К, а также вольтамперные характеристики (ВАХ) структур Al/ПK/р-Si/Al. Установлены механизмы проводимости на постоянном токе и их параметры. Для рассмотренных образцов энергия активации Ea принимала значения 0.114 эВ и 0.48 эВ. На низких температурах наблюдалась 2D прыжковая проводимость с переменной длинной прыжка по Мотту и по Шкловскому-Эфросу, соответственно. На переменном токе наблюдался перенос заряда по локализованным состояниям в хвосте зоны проводимости по механизму прыжковой проводимости с коррелированным барьером. Величина характерной энергии Wm при Т = 300К составляла 0.1 эВ и 0.132 эВ, соответственно, и линейно зависела от температуры, время релаксации τ0 имело порядок 10-5 с и практически не зависело от температуры. Путем анализа ВАХ были получены энергетические зависимости плотности распределения локализованных состояний.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Захвалинский В.С., Хмара А.Н., Борисенко Л.В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The surface layers of amorphous/porous silicon were obtained by electrochemical etching (anodizing) of silicon in anhydrous electrolytes based on HF. Were obtained the temperature dependences of the electrical conductivity at a constant current and the frequency dependences of the electrical conductivity and capacitance in the temperature range 20-320 K, as well as the current-voltage characteristics of the obtained Al/PS/р-Si/Al structures. Were established the mechanisms of DC conductivity and their parameters. For the samples considered, the activation energy Ea assumed values of 0.114 eV and 0.48 eV. At low temperatures was observed a 2D hopping conductivity with a variable range hop by the Mott and by the Shklovsky-Efros, respectively. At an alternating current, charge transfer was observed over localized states in the tail of the conduction band by the mechanism of hopping conductivity with a correlated barrier. The characteristic energy Wm at T = 300K was 0.1 eV and 0.132 eV, respectively, and it was linearly dependent on the temperature, the relaxation time τ0 was of the order of 10-5 s and was practically independent of temperature. By analyzing the I-V characteristic were obtained the energy dependences of the distribution density of localized states.

Текст научной работы на тему «Механизмы проводимости в поверхностных слоях, полученных анодированием кремния»

ФИЗИКА PHYSICS

УДК 539.2,539.19

МЕХАНИЗМЫ ПРОВОДИМОСТИ В ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЯХ, ПОЛУЧЕННЫХ АНОДИРОВАНИЕМ КРЕМНИЯ

MECHANISMS OF CONDUCTIVITY IN SURFACE LAYERS OBTAINED

BY SILICON ANODIZATION

В.С. Захвалинский, А.Н. Хмара, Л.В. Борисенко V.S. Zakhvalinskii, A.N. Khmara, L.V. Borisenko

Белгородский национальный исследовательский университет, Россия, 308015, г.Белгород,

ул. Победы, 85

Belgorod National Research University,85 Pobedy St, Belgorod, 308015, Russia E-mail: zakhvalinskii@bsu.edu.ru

Аннотация

Методом электрохимического травления (анодирования) кремния в безводных электролитах на основе HF были получены поверхностные слои аморфного/пористого кремния. Были исследованы температурные зависимости электропроводности на постоянном токе и частотные зависимости электропроводности поверхностных слоёв и емкости гетероструктур в диапазоне температур 20 - 320К, а также вольтамперные характеристики (ВАХ) структур Л1/ПК/р^/А1. Установлены механизмы проводимости на постоянном токе и их параметры. Для рассмотренных образцов энергия активации Ea принимала значения 0.114 эВ и 0.48 эВ. На низких температурах наблюдалась 2D прыжковая проводимость с переменной длинной прыжка по Мотту и по Шкловскому-Эфросу, соответственно. На переменном токе наблюдался перенос заряда по локализованным состояниям в хвосте зоны проводимости по механизму прыжковой проводимости с коррелированным барьером. Величина характерной энергии Wm при Т = 300К составляла 0.1 эВ и 0.132 эВ, соответственно, и линейно зависела от температуры, время релаксации то имело порядок 10-5 с и практически не зависело от температуры. Путем анализа ВАХ были получены энергетические зависимости плотности распределения локализованных состояний.

Abstract

The surface layers of amorphous/porous silicon were obtained by electrochemical etching (anodizing) of silicon in anhydrous electrolytes based on HF. Were obtained the temperature dependences of the electrical conductivity at a constant current and the frequency dependences of the electrical conductivity and capacitance in the temperature range 20-320 K, as well as the current-voltage characteristics of the obtained Al/PS^-Si/Al structures. Were established the mechanisms of DC conductivity and their parameters. For the samples considered, the activation energy Ea assumed values of 0.114 eV and 0.48 eV. At low temperatures was observed a 2D hopping conductivity with a variable range hop by the Mott and by the Shklovsky-Efros, respectively. At an alternating current, charge transfer was observed over localized states in the tail of the conduction band by the mechanism of hopping conductivity with a correlated barrier. The characteristic energy Wm at T = 300K was 0.1 eV and 0.132 eV, respectively, and it was linearly dependent on the temperature, the relaxation time т0 was of the order of 10-5 s and was practically independent of temperature. By analyzing the I-V characteristic were obtained the energy dependences of the distribution density of localized states.

Ключевые слова: анодирование, аморфный кремний, прыжковая проводимость, локализованные состояния

Keywords: anodizing, amorphous silicon, hopping conductivity, localized states

Введение

Аморфный кремний (a-Si) - это перспективный материал для изготовления дешевых и эффективных солнечных батарей (максимальный к.п.д. ~13% [1-6]), а также анодов с высокой удельной емкостью для литий-ионных батарей [7-9] (теоретическая удельная емкость составляет ~ 4212 мА-ч-г-1). Традиционно а-Si получают разложением силана SiH4 в тлеющем разряде, магнетронным напылением, термическим вакуумным напылением, термическим разложением силана SiH4. Так же применяется электрохимическое осаждение кремния из растворов его соединений. По сравнению с другими методами этот метод является более дешевым, ресурсосберегающим и энергоэффективным [10 - 14]. Как показало изучение существующих публикаций транспортные свойства аморфного кремния, полученного электрохимическим осаждением, изучены недостаточно, что затрудняет получение материала по упомянутой технологии и практическое применение аморфного кремния.

Целью настоящей работы было исследование механизмов элекропроводности на постоянном и переменном токах и нахождение распределения плотности локализованных состояний по энергии для поверхностных слоев, полученных анодированием кремния.

Эксперимент

Поверхностные слои были получены электрохимическим травлением пластин кремния р-типа марки КДБ-2 с кристаллографической ориентацией (100). Перед травлением на неполированную сторону кремния, предварительно очищенную химическим травлением от слоя оксида кремния, методом термического вакуумного напыления наносились пленка алюминия и, поверх нее, пленка серебра. Для создания надежного омического контакта пленки отжигались в вакуумной печи при 450°С в течении 30 минут. Затем образцы крепились при помощи серебряного проводящего клея на держатель из нержавеющей стали, а торцы образцов защищались парафином.

Для травления использовались электролиты двух составов:

А - (HF(48%):C2H5OH = 1:1), В - (HF(48%):C3H7OH = 1:1). Травление проводилось в режиме постоянного тока при перемешивании электролита мешалкой, падение напряжения на электрохимической ячейке составляло порядка 1.2 - 1.8 В. Условия получения образцов (плотность тока, время травления) приведены в таблице 1.

Таблица 1 Table 1

Условия получения образцов Conditions for préparation of samples

п\п Состав электролита J, мА/см2 T, мин Толщина поверхностного слоя, мкм

№1 HF(48%) : C2H5 OH = 1:1 20 40 19,3±0,2

№2 HF(48%) : C3H7OH = 1:1 15 40 4,4±0,1

В диапазоне температур от 20 до 320К для полученных образцов были измерены температурные зависимости удельной электропроводности на постоянном токе и частотные зависимости удельной электропроводности и емкости слоёв. Также при Т = 300К были получены вольт-амперные характеристики (ВАХ) при наличии и отсутствии освещения.

Результаты и их обсуждение

Как видно из рис. 1, б, поверхностный слой образца № 1 представляет собой пористый кремний, полностью заполненный вторичным аморфным кремнием, образованным по реакции диспропорционирования [15]:

+ 312+ ^ Si + &4+

и электрохимического осаждения из растворенных ионов [SiF4]2- и [SiF6]2-:

[81Б4]2" ^ Si + 4F- + 2И+ [81Бб]2" ^ Si + 6F- + 4И+

I 1/24/201S HV det I гI mag □ | ■ 30 |im ■ I I 1/34/2CH5 WI det | г I mag □ I ■- 13 ЦШ \ 11:14:03 AH | 20.00kV FTP | 38.4731 mm : 5 ООО n j_NovaNanoSFM_4S0_| ™ | 1?:07:23PH ! S.OOkV | TIP 5.0015 mm | 50 000* |_NovflManoSFM_450

в) г)

Рис. 1. Изображения поверхности (а, в) и скола (б, г) образцов №1 и №2 Fig. 1. Images of a surface (а, в) and chip (б, г) samples No. 1 and No. 2

Как показали исследования образца №2 (рис.1, г), поверхностный слой представляет собой пористый кремний, покрытый сверху поверхностной аморфизированной пленкой (ПАП) [16, 17], которая образуется благодаря тем же реакциям.

На рисунке 2 приведены результаты экспериментального исследования температурной зависимости удельного сопротивления полученных образцов.

В области температур выше 120К и 220К для образцов №1 и №2, соответственно, наблюдается активационный тип проводимости, описываемый выражением:

р(Т) = ро expE /(кТ)], (1)

где р0 - предэкспоненциальный множитель, EA - энергия активации, к - постоянная Больцмана.

При меньших температурах наблюдалась прыжковая проводимость, описываемая законом Мотта [18]:

р(Т) = ATm exp(To / Т)>, (2)

где А - константа, Т0 - характеристическая температура, показатели степени т и р зависят от механизма прыжковой проводимости.

т, к

Рис. 2. Температурная зависимость удельной электропроводности образцов Fig. 2. Temperature dependence of specific conductivity of samples

Значение To в уравнении (2), в зависимости от типа проводимости, может быть записано в виде:

T _ вМ T _ ß SEe 2 (3)

0M,, 3 ■> 1 OSE \ /

kg (ц)а кka

Здесь g(p.) - плотность локализованных состояний (ПЛС) вблизи уровня Ферми /л, a - радиус локализации носителя заряда, к - диэлектрическая проницаемость, ßM = 21 , ßsE = 2,8 [18].

Для прыжковой проводимости по ближайшим соседям (ППБС) p = m = 1. Для прыжковой проводимости с переменной длиной прыжка (ПППДП) по Мотту степень p описывается формулой:

p = 1/(D+1), (4)

где D - топологическая размерность, тогда как для ПППДП по механизму Шкловского-Эфроса (ШЭ) p = 1/2. Показатель степени m, в свою очередь, зависит от p, и для различных волновых функций и значений параметра Г может принимать следующие значения [19]:

m = p для Г<<1 и y(r) ~ exp(-r/a) m = -3p для Г <<1 и y(r) ~ r -1^exp(-r/a) (5)

m = 8 - 7p для Г >>1 и y(r) ~ exp(-r/a) m = 8 - 11p для Г >>1 и y(r) ~ r -1^exp(-r/a)

Тип механизма прыжковой проводимости определяется подгонкой экспериментального зависимостей р(Т) в координатах ln(p(T)/Tm) - 1/Tp для разных комбинаций p и m.

Параметры активационной и прыжковой проводимости, полученные из подгонки, приведены в табл. 2. У образца №1 с энергией активации ~0,1 Eg наблюдается двумерная прыжковая проводимость по Мотту, тогда как для образца №2 с энергией активацией порядка ~Eg/2 наблюдалась прыжковая проводимость по механизму Шкловского-Эфроса. Это можно объяснить тем, что у образца №2 уровень нейтральных дефектов D0 расщепляется на два уровня - D+ и D-:

2D0 ~ D+ + D-,

что приводит к закреплению между ними уровня Ферми. В результате этого плотность состояний около уровня подчиняется квадратичному закону (кулоновская щель), что и приводит к прыжковой проводимости по Шкловскому-Эфросу.

Таблица 2 Table 2

Параметры активационной и прыжковой проводимости Parameters of activation and hopping conductivity

п/п Температурный диапазон АП Ea, ЭВ (T = 300K) Температурный диапазон ПП P m T0, K Примечание

№1 > 120 K 0.114±0.031 < 60 К 1/3 -1 909 y(r) ~ r -1 -exp(-r/a), Г<<1, D = 2

№2 > 220 K 0.48±0.11 < 200 К 1/2 9/2 3470 y(r) ~xxp(-r/a), Г>>1, D = 3

Частотные зависимости Ср - Яр измерялись с помощью КЬС-метра Актаком АМ-3026 в диапазоне частот от 20Гц до 1МГц и температурах от 20 до 320К (с шагом в 20К), образцы охлаждались при помощи сухого гелиевого криостата 1ашв. Для получения частотных зависимостей а(ш) будем использовать следующую формулу:

7 = -

d

(6)

где ё - толщина образца (слоя ПК), Б - площадь образца, Яр - эквивалентное параллельное сопротивление.

Измеряемую удельную электропроводность можно представить в виде суммы удельной электропроводности на постоянном токе и удельной электропроводности на переменном токе, описываемой степенными зависимостями от частоты и температуры [20]:

7(üJ, Т) = 70(71) + 7lcosT"

(7)

Если из о(ю,Т) на фиксированной температуре вычесть значение оо на этой температуре, то получим:

сгг=а(б), Т) -с„| , (8)

Теперь продифференцируем логарифм ою по 1п ю:

& = ё (1пО

ё (1пю)

Схожим образом найдем и показатель степени при температуре п. Для этого исключим из ою степенную зависимость по частоте:

с„

7 =--—

7 )

= 7T

(9)

Полученные значения для набора Т; аппроксимируем по температуре, получив функцию оТ(Т), продифференцировав логарифм которой по 1п Т можно получить температурную зависимость п(Т):

n(T) =

d(ln<T (T))

ё (1п Т) (Ю)

Полученные значения показателей степени ^ и п для частоты 1 кГц приведены в табл. 3.

Таблица 3 Table 3

Значения показателей степени s и n для частоты 1 кГц The values of the exponents s and n for the frequency of 1 kHz

п/п s (f = 1 кГц, 300\200К) n (f = 1 кГц, Т = 200К)

№1 0.986\1.026 4.723

№2 0.956\1.052 5.143

Аналогично можно вычислить показатель степени б' если представить частотные зависимости С(ю, Т) в виде суммы емкости на постоянном токе и частотно-зависимой части емкости:

С(ю, Т) = С0(Т) + с^т)®'-1 (11)

Показатели степени б и б' связаны между собой следующей зависимостью [20]:

5 = [- Хп(ато )Г, (12)

благодаря которой можно оценить время релаксации то, взяв значения б и б' на одной и той же частоте ю. Для этого выразим из формулы (12) то:

то = ~ехр( Л 1 V Л)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

(13)

По значению емкости на постоянном токе можно определить среднюю концентрацию локализованных состояний (ловушек):

Q=с(/ ^о)ит ^вм^=саи„

N, = CU*

. (14)

вSd

где Иср - среднее действующее напряжение (Иср ~ 0,7В), Б и ё - площадь поверхности и толщина слоя, соответственно, тогда как по значению емкости на высоких частотах (> 1МГц) можно определить относительную диэлектрическую проницаемость материала слоя:

С = SSоS = с„d

d еоS (15)

Зависимость относительной диэлектрической проницаемости пористых материалов от пористости П описывается формулой Лихтенеккера:

Впор = В1-П (16)

отсюда:

П = 1-1п(впор)/1п(в) (17)

где в качестве в берется значение для кристаллического кремния (в~11,7).

С помощью времяпролетного метода также были получены значения дрейфовой подвижности /л. Значения в®, N П, / и по при температуре 300К, приведены ниже в табл. 4.

Полученные выше значения времени релаксации то используются в качестве начальных для подгонки полученных частотных зависимостей б(ю,Т) и п(Т) под теоретические зависимости свойственные прыжковой проводимости с коррелированным барьером:

6кТ

s = 1 -

Wm + кТ ln (т)

П = 2-(1 - s) ln (aT0h )

Дрейфовая подвижность Drift mobile

(18)

Таблица 4 Table 4

п/п Sw п, % Nt, см-3 о, Ом-1 •см-1 ц, см2/В-с n0, см-3

№1 8,2 - 9,62-10п 3Д2-10-6 4,26-10-3 4,57^1015

№2 1,67 82 3,74-1012 1,58 •lO-8 7Д8-10-3 1,381013

Модель прыжковой проводимости с коррелированным барьером (1111КБ) была сначала предложена Пайком [21], чтобы интерпретировать данные потерь в пленках окиси скандия и была применена Эллиотом [22], Шимакавой [23] и Прамаником [24] для анализа потерь на переменном токе в пленках халькогенидов. В данной модели перенос носителей заряда происходит посредством прыжков между парами состояний через потенциальный барьер, разделяющий их. Если предположить, что электрон совершает прыжки между положительно заряженными дефектами, то потенциальный барьер для него уменьшиться вследствие кулоновского взаимодействия (рис. 3), и, как показал [22] высота барьера Ж коррелирована расстоянием между состояниями Я согласно:

W = W —

7tss0 R12

где £ - относительная диэлектрическая проницаемость материала, и Жт - энергия, требуемая для того, чтобы полностью удалить электрон из состояния.

(19)

!\

'Л'

е,4-/; 4-—1--

^А*______.*_„

Е

W

w,

m

4 2

Л

А12/2

42

г\12

Рис. 3. Параметры для прыжков между состояниями 1 и 2 при наличии коррелированного барьера Fig. 3. Parameters for jumps between states 1 and 2 in the presence of the correlated barrier

Полученные из подгонки температурные зависимости Wm(Т) приведены на рис. 4.

Линейный характер зависимости Wm(T) хорошо объясняется в рамках модели транспорта путем захвата на ловушки и позволяет соотнести эту величину со средней энергией освобождения из ловушки, предложенной Тиджи и Роузом [25] в модели переноса с захватом носителей заряда на ловушки с последующим их тепловым освобождением. Среднее по распределению время нахождения на ловушке равно:

= ю0-1 exp( Ет/квТ)

2

e

т, к

Рис. 4. Температурные зависимости Wm (T) Fig. 4. Temperature dependences

Для экспоненциального распределения ловушек по энергии N(E) = Nt-exp[-(E-Ec)/kTt], характерного для хвостов зон, средняя по распределению энергия освобождения из ловушки будет равна:

Em = kBTt ln2 , (21)

где Tt - характеристическая температура, определяющая скорость спада концентрации состояний в хвостах зон.

Тогда можно получить выражение для Tm, подставив (21) в (20):

2 T

Т m =— eXP^)

Щ T

Если использовать время Tm в качестве характерного времени t, то получим:

Wm(T) =kB T ln(root) = kB-T-(ln 2 + Tt/T), (22)

отсюда, если использовать обозначение А = Wm(T)/kB^T, получим выражение для коэффициента пропорциональности А:

A = ln 2 + Tt/T (23)

Значения коэффициента А, а также значения Wm и то приведены в табл. 5. Также можно отметить, что значения Tt полученные по этой формуле для Т = 300К очень близки к значениям Tt полученным из анализа ВАХ в режиме токов, ограниченных объемным зарядом, что говорит о правильности нашего похода и достаточно хорошем соответствии теории и эксперимента. Также, если учесть то, что величина А является константой, то из этого выражения можно сделать вывод что Tt также является линейной функций температуры. Поэтому, с уменьшением температуры происходит увеличение скорости спада концентрации состояний и, следовательно, уменьшение глубины залегания хвостов зон.

Также были измерены ВАХ полученных образцов без освещения и при освещении светом с длиной волны 395 - 405 нм (см. рис. 5). Положительная полярность соответствует p-Si в качестве анода и поверхностному слою в качестве катода.

Таблица 5 Table 5

Значения коэффициента А

Values of coefficient A

п/п Wm, эВ (T = 300K) Т0, с (T = 300K) A, 10-4 эВ/K Tt, K Tt, K (по ВАХ)

№1 0,100 6,510-5 3,343±0,003 955 1058

№2 0,132 2,7-10"5 4,395±0,021 1321 1265

По закону изменения тока от напряжения можно определить вид и параметры распределения плотности ловушек по энергии [26]. Так, участок с квадратичной зависимостью тока от напряжения вида:

I = Л-И2,

где Л= 9ббоц/8ё3, соответствует уровню моноэнергетических ловушек ^(Е)=№ехр [-(Е-Ес)2/Г2].

Рис. 5. Вольтамперные характеристики образца № 1 (а) и № 2 (б) Fig. 5. Volt-ampere characteristics of a sample No. 1 (a) and No. 2 (b)

Если же степенная зависимость со степенью больше 2:

J = A-U™,

(24)

где A = e1-lpNc/d2l+1-[88ol/Nt(l+1)]l+1-[(2l+1)/(l+1)]l+1, m = l+1 и l = Tt/T, соответствует экспоненциальному распределению ловушек по энергии Nt(E) = Not-exp[-(E-Ec)/kTt]. Закон ВАХ вида:

J = A-U-exp(B-U), (25)

где A = 2epno/d, B = 288o/eNnkTd2 соответствует равномерному распределению с плотностью Nn.

Для определения вида закона ВАХ экспериментальные зависимости строятся в двойном логарифмическом масштабе log I - log U , что позволяет определить участки, описываемые степенным законом I(U) ~ Um и по тангенсу угла наклона этих прямых можно определить степень m. Для определения участков ВАХ, описываемых экспоненциальным законом I(U) ~ Uexp(U) графики ВАХ строят в координатах ln(I/U) - U, в которых эти участки имеют вид отрезков прямых. Из полученных при подгонке коэффициентов А, В и m определяются такие параметры распределения плотности ловушек по энергии, как Nn, Nto

и Tt, благодаря чему можно построить определить глубину залегания хвоста зоны проводимости, плотность локализованных состояний на краю подвижности и оценить плотность состояний вблизи уровня Ферми (см. табл. 6)

Таблица 6 Table 6

Плотность состояний вблизи уровня Ферми Density of states near Fermi's level

п/п Глубина залегания хвоста зоны проводимости Ect, эВ (темн./освещ.) Плотность локализованных состояний на краю подвижности Nme, см-3-эВ-1 (темн./освещ.) N(Ef), см-3эВ-1

№1 0.546/0.447 4.46-1013/6.12-1014 1.6240"

№2 0.472/0.465 2.39-1014/6.06-1015 5.63-1012

Заключение

Установлено, что структура поверхностного слоя, полученного в электролите состава НР:С2Н50Н представляла собой слой пористого кремния, заполненного вторичным аморфным кремнием, тогда как поверхностный слой, полученный в электролите состава НР:СзШ0Н являлся макропористым, покрытым сверху аморфизированной пленкой.

Было проведено исследование температурных и частотных зависимостей электропроводности, благодаря чему были установлены механизмы транспорта носителей заряда на постоянном и переменном токе. На постоянном токе наблюдалась активационная проводимость с энергий активации 0.114±0.031 эВ для образца, полученного в электролите состава НБ:С2Нз0Н, и 0.48±0.11 эВ для образца, полученного в электролите состава НР:СзШ0Н. Для первого, при температурах ниже 60К, наблюдалась двумерная прыжковая проводимость по Мотту, для второго, при температурах ниже 200К, наблюдалась прыжковая проводимость по Шкловскому-Эфросу. Подобное различие можно объяснить расщеплением уровня нейтральных дефектов вследствие такой особенности структуры данного слоя, как наличие большой удельной поверхности, что привело к увеличению концентрации дефектов типа оборванной связи.

Обнаружено, что транспорт носителей заряда на переменном токе осуществляется посредством прыжковой проводимости с коррелированным (за счет кулоновского взаимодействия) барьером по локализованным состояниям в хвосте зоны проводимости. Средняя глубина залегания уровней локализованных состояний Wm линейно растет с ростом температуры, причем коэффициент пропорциональности зависит от показателя скорости спада плотности состояний Т1;, что согласуется с теорией дисперсионного переноса заряда в аморфных полупроводниках.

Исследование ВАХ показало наличие экспоненциального распределения плотности ловушек (хвоста зоны проводимости), переходящего затем в равномерное распределение. Освещение образцов УФ-излучением приводило к уменьшению глубины залегания хвоста зоны проводимости, а также к повышению плотности ловушек, что можно объяснить фотоактивированным освобождением захваченных носителей заряда.

Захвалинский В.С. выражает благодарность за поддержку гранту РФФИ, проект № 15-42-03192.

Список литературы

References

1. Crandall R., Luft W. 1995. The Future of Amorphous Silicon Photovoltaic Technology. Progress in photovoltaics: Reaserch and applicatons, 3: 315-331.

2. Deng X., Schiff E.A. 2003. Amorphous Silicon Based Solar Cells. Handbook of Photovoltaic Science and Engineering. Ed.7 - John Wiley & Sons. Ltd, Chapter 12: 505 - 566.

3. Dzhafarov T. 2013. Silicon Solar Cells with Nanoporous Silicon Layer. Solar Cells - Research and Application Perspectives. InTech, Chapter 2: 27-57.

4. Schropp R.E.I., Carius R., and Beaucarne G. 2007. Amorphous Silicon, Microcrystalline Silicon, and Thin Film Polycrystalline Silicon Solar Cells. MRS Bulletin, 32: 219 - 224.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

5. Yerokhov V.Yu, Melnyk I.I. 1999. Porous silicon in solar cell structures: a review of achievements and modern directions of further use. Renewable and Sustainable Energy Reviews. N. 3: 291 - 322.

6. Ерохов В.Ю., Дружинин А.А. 2009. Кремний мультипористой структуры для фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии. Технология и конструирование в электронной аппаратуре, №3: 21 - 23.

Erokhov V.Yu., Druzhinin A.A. 2009. Silicon multi-porous structure for photovoltaic solar energy converters. Technology and design in electronic equipment. №3: 21 - 23.

7. Baranchugov V., Markevich E., Pollak E., Salitra G., Aurbach D. 2007. Amorphous silicon thin films as a high capacity anodes for Li-ion batteries in ionic liquid electrolytes. Electrochemistry Communications. N.9: 796-800.

8. Epur R., Ramanathan M., Beck F. R., Manivannan A., Prashant N. Kumta. 2012. Electrodeposition of amorphous silicon anode for lithium ion batteries. Materials Science and Engineering B, N.177: 1157- 1162.

9. Lin D., Lu Z., Hsu P.-C., Lee H. R., Liu N., Zhao J., Wang H., Liu C., Cui Y. 2015. High Tap Density Secondary Silicon Particle Anodes by Scalable Mechanical Pressing for Lithium-ion Batteries. Energy & Environmental Science Accepted Manuscript.

10. Street R. A. 1991. Hydrogenated amorphous silicon. Cambridge: 417.

11. Fulop G. F, Taylor R. M. 1985. Electrodeposition of semiconductors. Annual Review of Materials Science, N.15: 197-210.

12. Lee C. H. and Kroger F. A.. 1982. Cathodic Deposition of Amorphous Alloys of Silicon,Carbon, and Fluorine. Journal of The Electrochemical Society,129(5): 936 - 942.

13. Rama Mohan T. R. and Kroger F. A. 1982. Cathodic deposition of amorphous slicon from solutions of silicic acid and tetraethyl orthosilicate in ethylene glycol and formamde containing HF. Electrochimica Acta, 27(3): 371 -377.

14. Takeda Y., Kanno R., Yamamoto O., Rama Mohan T. R., Chia-Hao Lee, Kroger F. A. 1984. Cathodic Deposition of Amorphous Silicon from Tetraethylorthosilicate in Organic Solvents. J. Electrochem. Soc.: Electrochemical science and technology, 128(6): 1221 - 1224.

15. Goryachev D. N., Belyakov L. V., and Sreseli O. M.. 2000. On the Mechanism of Porous Silicon Formation. Semiconductors, 34(9): 1090-1093.

16. Зимин С.П., Браги А.Н. 1999. Релаксация проводимости в закрытом пористом кремнии после термообработки. Физика и техника полупроводников, 33, вып. 4: 476 - 480.

Zimin S. P., Bragin A.N. 1999. Relaxation was carried out in closed porous silicon after heat treatment. Physics and Technology of Semiconductors. Vol. 33. - Vol. 4.: .476-480

17. Зимин С.П., Кузнецов В.С., Перч Н.В., Проказников А.В. 1994. К вопросу о механизме токопрохождения в структурах с пористым кремнием. Письма в ЖЭТФ, 20. вып.22.: 22 - 26.

Zimin S.P., Kuznetsov V.S., Perch N.V., Prokaznikov A.V. 1994. On the mechanism of current transmission in structures with porous silicon. Letters to JETP. Vol.20. Issue 22: 22 - 26.

18. Мотт Н., Дэвис Э. 1982. Электронные процессы в некристаллических веществах/ - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Мир: 368 с, в 2 томах.

Mott N., Davis E. 1982. Electronic processes in non-crystalline substances / - 2 nd ed., Pererab. And additional. - Moscow: Mir: 368 s, in 2 volumes.

19. Шкловский Б.И. и Эфрос А.Л. 1997. Электронные свойства легированных полупроводников / Монография. М.: Наука.

Shklovsky and A.L. Efros Monograph. 1997. Electronic Properties of Doped Semiconductors. М .: Nauka.

20. Long A.R. 1982. Frequency-dependent loss in amorphous semiconductors. Advances in Physics, 31(5): 553-637.

21. Pike G.E. 1972. Conductivity of Scandium Oxide and a New Hopping Model for Conductivity. Physical Review B., 6(4): 1572 - 1580.

22. Elliott S.R. 1977. A theory of a.c. conduction in chalcogenide glasses. Philosophic Magazine, 36(6): 1291-1304.

23. Shimakawa K. 1982. On the temperature dependence of a.c.conduction in chalcogenide glasses. Philosophical Magazine Part B. N. 46:2: 123 - 135.

24. Pramanik M.H.A., Butcher P.N., Cox I.D.. 1983. The d.c. conductivity of chalcogenide films due to the correlated barrier hopping mechanism/ Philosophical Magazine Part B. N. 47(4): 437 - 443.

25. Tiedje T., Rose A.. 1980. A physical interpretation of dispersive transport in disordered semiconductors. Solid State Communications, 37: 49-52.

26. Ламперт М., Марк П. 1973. Инжекционные токи в твердых телах. М.:Мир, 413. Lampert M., Mark P. Current injection in solids. M.: Mir: 413.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.