48. Влияние легирования на проводимость а-Si:н

Наиболее существенным эффектом, связанным с легированием а-Si:Н, является изме­нение его проводимости на шесть - десять порядков при контролируемом ведении примесей бора или фосфора.

В настоящее время существует несколько вариантов интерпрета­ции механизма легирования. Наиболее распространенное объяснение заключается в том, что изменение электрических свойств вызывается в основном изменением степени заполнения состояний в щели подвиж­ности. При этом условии электрическая активность вводимых примесей и смещение уровня Ферми под действием добавок пропорциональны ве­личине N_D/g(Еf), где N_D - концентрация примеси; g(Еf) - плотность состоя­ний на уровне Ферми легируемого образца. Другими словами, механизм легирования связан с тем, что избыточные электроны и дырки примеси заполняют состояния в середине щели подвижности, действуя как компенсирующая примесь для глубоких уровней. После того, как все состоя­ния заполнены, дополнительное легирование приводит к сдвигу уровня Ферми в направлении к зонам. Очевидно, что при фиксированной ве­личине N_D величина ∆Ef тем меньше, чем выше исходная плотность со­стояний на уровне Ферми. В негидрогенезированном а-Si:Н g(Еf) достигает 10¹⁹ -10²⁰ см^-3 и в этой связи этот материал не легируется традиционны­ми примесями.

49. Метастабильностъ и релаксационные процессы в a-Si:Н. Многие физические свойства неупорядоченных полупроводников определяются термодинамической особенностью этого класса материалов, а именно, их удаленностью от состояния равновесия, характерного для кристаллов.

В 1977 г. Стэблер и Вронски обнаружили, что после длительного освещения пленок a-Si:Н белым светом величина проводимости умень­шается почти на четыре порядка. Все эти изменения являются, однако, обратимыми и после отжига при Т = 150 °С в течение одного часа свойства образца могут быть полностью восстановлены.

Совокупность проведенных на материале исследований свидетель­ствует о возникновении под действием освещения нового метастабильного состояния, обусловленного дефектами.

При изучении транзисторных структур, изготовленных на основе a-Si:Н было обнаружена влияние электрических полей, приложенных в прямом и обратном направлении, на свойства материала. В частности, смещение порогового напряжения U_пор, тонкопленочных полевых транзи­сторов, изготовленных на основе a-Si:Н под действием поля связывается с образованием дополнительного числа дефектов, метастабильных по своей природе.

Стимулирование работ в этой области непосредственно связано с проблемами практического характера, а именно, с временной и темпера* турной деградациями характеристик приборных структур, изготовленных на основе a-Si:Н.

50. Методы формирования пленок неупорядоченных полупровод­ников.

В отличие от монокристаллических полупроводников, у которых различные технологии их синтеза обеспечивают получение сопоставимых свойств, у аморфных полупроводников, в частности у а-Si:Н, наблюдается прямая зависимость между структурными, электрофизическими и термо­динамическими свойствами и способом получения. В этой связи для раз­личных практических приложений материала находят распространение различные технологии синтеза а-Si:Н. В настоящее время основными ме­тодами получения пленок являются: 1)метод тлеющего разряда силаносодержащих смесей; 2)химическое осаждение из газовой фазы (ХОГФ); 3)рас­пыление;

Метод тлеющего разряда используется в большинстве промышлен­ных установок. Сущность метода состоит в разложении силаносодержащих смесей в плазме тлеющего разряда до образования активных компо­нентов с последующим их осаждением на поверхности роста.

Установки, реализующие метод тлеющего разряда, разделяются на две группы в зависимости от способа подачи высокочастотной мощности в плазму: с индуктивной связью и емкостной связью. В подавляющем большинстве случаев используются установки с емкостной связью. Они имеют очевидное преимущество перед индуктивной системой, которое заключается в возможности увеличения размеров электродов И по­лучения образцов большой площади.

Рабочие газы представляют собой смеси силана SiН4 с различными разбавителями: Н2, Аr, Nе, Кr, Хе. Однако наиболее часто используются смеси силана с молекулярным водородом. Это связано с тем, что в дан­ном случае получают материал с лучшими электрофизическими характе­ристиками. Для легирования бором и фосфором используют диборан В₂Н₆ и фосфин РН₃ соответственно.

Оптимальные условия роста являются индивидуальными и харак­терными только для конкретной установки.

Основной особенностью промышленных и полупромышленных установок по производству пленок а-Si:Н является наличие последова­тельно соединенных камер, в каждой из которых получается определен­ный тип материала.

Метод ХОГФ аналогичен методу получения поликристаллического кремния за тем исключением, что температура подложки не превышает 600 °С. Считается, что основным компонентом, формирующим слой а-Si:Н, является группа SiН2

Наиболее важными технологическими параметрами процесса ХОГФ являются температура газа и подложки, парциальное давление газа. Пленки а-Si:Н полученные этим методом, термически стабильны, однако, как правило, содержат низкую концентрацию водорода, недоста­точную для пассивации высокой концентрации оборванных связей. По­этому метод ХОГФ часто комбинируют с последующей постгидрогениза­цией в водородной плазме для уменьшения плотности дефектов в мате­риале.