Процеси переносу та захоплення носіїв заряду в гетеросистемах аморфна плівка – кристалічний кремній - Автореферат

ІНСТИТУТ ФІЗИКИ НАПІВПРОВІДНИКІВ ім.Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук Робота виконана в Інституті фізики напівпровідників ім. Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук Назаров Олексій Миколайович, Інститут фізики напівпровідників ім. Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук Каганович Елла Борисівна, Інститут фізики напівпровідників ім. Лашкарьова НАН України, провідний науковий співробітник доктор фізико-математичних наук Крайчинський Анатолій Миколайович, Інститут фізики НАН України, провідний науковий співробітникТакі системи дозволяють реалізувати як потужні і високовольтні прилади на базі плівок аморфного карбіду кремнію (a-SIC), так і інтегральні електролюмінесцентні прилади на основі шарів аморфного гідрогенізованого кремнію (a-Si:H), легованого атомами рідкоземельних елементів (РЗЕ), або діоксиду кремнію (SIO2), що містить нанокластери Ge. В звязку з вищесказаним, актуальність наукової задачі, що вирішується у даній роботі обумовлена необхідністю ретельного дослідження і пояснення процесів переносу та захоплення носіїв заряду в гетеросистемах аморфна плівка - кристалічний кремній, а також впливу, на ці процеси, низькотемпературної ВЧ плазмової обробки, для можливості створення більш ефективних і надійних мікро-та оптоелектронних приладів з використанням стандартної кремнієвої технології. Обєктом досліджень є гетероструктури на основі кремнію та плівок аморфного гідрогенізованого кремнію, що містять ербій, плівок SIO2 з нанокластерами Ge і плівок аморфного карбіду кремнію. Методи досліджень, використані в роботі, включають наступні електрофізичні та структурні методики: виміри вольтамперних і вольт-фарадних характеристик, а також спектрів термостимульованого струму і ємності в широкому діапазоні температур (80 - 450 К); метод контролю зміни падіння напруги при інжекції електронів в діелектрик на постійному струмі; виміри релаксації ємності; виміри спектрів ЕЛ; метод резерфордівського зворотного розсіювання і вторинна іонна масспектроскопія. Вперше детально проаналізовано механізми переносу носіїв заряду в гетероструктурі a-SIC/р-Si, в залежності від температури та напруги і встановлено, що при прямому зміщенні транспорт носіїв обумовлюється трьома процесами: стрибковою провідністю електронів по станах локалізованих поблизу рівня Фермі; тунельно-активаційним процесом за участю дірок із змінною енергією активації; дірковим струмом обмеженим просторовим зарядом із захопленням на станах експоненційно розподілених по енергії.Крім того, в той час коли для приладів на основі c-Si(Er) механізми фото-та електролюмінесценції досить детально проаналізовані, у випадку приладів на базі плівок a-Si:H(Er) механізм збудження ербієвої електролюмінесценції (ЕЛ), на момент проведення даної роботи, потребував більш детального розгляду. Для того, щоб побудувати модель збудження ербієвої ЕЛ необхідно було визначити глибокі рівні в забороненій зоні плівки a-Si:H, які виникають при введенні в неї атомів ербію, а також детально дослідити процеси переносу та захоплення носіїв заряду в плівці a-Si:H(Er), в тих самих режимах, при яких відбувається ЕЛ, що і було зроблено у наступних розділах. При низьких температурах (до 220 К) та напрузі до 3 В перенесення заряду відбувається за допомогою стрибкового механізму із змінною довжиною стрибка по рівням локалізованим поблизу рівня Фермі, причому електрони є основними носіями заряду (рис. На основі представлених експериментальних даних було запропоновано модель збудження ербієвої ЕЛ, яка визначається захопленням та рекомбінацією носіїв заряду на електронно-діркових станах, з енергіями EC-0.55 ЕВ та EV 0.40?0.44 ЕВ, відповідно, розташованих поблизу ербієво-кисневого комплексу, з послідуючою резонансною передачею енергії електрону, що знаходиться на внутрішній оболонці іону ербію 4I15/2 із його переходом на рівень 4I13/2 (рис. Дослідження ВАХ і спектрів ЕЛ на структурах SIO2(Ge)/c-Si (підрозділ 3.3), дозволили встановити, що, по-перше, інжекція електронів в плівку SIO2 із c-Si підкладинки відбувається шляхом тунелювання через мілкі пастки (Trap Assisted Tunneling-TAT) з енергією залягання в забороненій зоні SIO2 EC-1.82 ЕВ і, по-друге, в спектрі ЕЛ спостерігається два основних піки на довжині хвилі 390 і 410 нм, що відповідають нейтральним вакансійним дефектам типу ?Ge-Ge? і ??Ge-Si?.Встановлено, що в електролюмінесцентних гетероструктурах a-Si:H(Er)/n-Si в режимах, при яких спостерігається ЕЛ на довжині хвилі 1.54 мкм, відбувається ефективне захоплення дірок в плівці a-Si:H(Er), при цьому проходження струму обумовлюється тунельно-рекомбінаційним або тунельно-активаційним процесом за участю дірок з енергією активації близько 0.4 ЕВ.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ