А. Р. Регель, У. Ж. Абдуманапов, В. А. Васильев, М. М. Мездрогина, Ф. С. Насрединов, П. П. Се- регин, Примесные центры диспрозия в аморфном гидрогенизированном кремнии, Физика и техни- ка полупроводников, 1989, том 23, выпуск 9, 1552–

(1)

Math-Net.Ru

Общероссийский математический портал

А. Р. Регель, У. Ж. Абдуманапов, В. А. Васильев, М. М. Мездрогина, Ф. С. Насрединов, П. П. Се- регин, Примесные центры диспрозия в аморфном гидрогенизированном кремнии, Физика и техни- ка полупроводников, 1989, том 23, выпуск 9, 1552–

1555

Использование Общероссийского математического портала Math- Net.Ru подразумевает, что вы прочитали и согласны с пользователь- ским соглашением

http://www.mathnet.ru/rus/agreement Параметры загрузки:

IP: 139.59.245.186

5 ноября 2022 г., 22:16:21

(2)

П Р И М Е С Н Ы Е Ц Е Н Т Р Ы Д И С П Р О З И Я

В А М О Р Ф Н О М Г И Д Р О Г Е Н И З И Р О В А Н Н О М К Р Е М Н И И Регель А . Р . , А б д у м а н а п о в У . Ж . , В а с и л ь е в В . А . , Мездрогина М . М^м Н а с р е д и н о в Ф . С , Серегин П . П .

Показано, что примесные атомы диспрозия образуют в зазоре подвижности аморфного- гидрогенизированного кремния полосу акцепторного типа, лежащую на 0.73 эВ ниже порога подвижности. Увеличение фотопроводимости легированного материала объясняется эффек

тами геттерпрования. Отмечается, что примесные атомы диспрозия формируют центры и з л у - чательной рекомбинации и в принципе возможен переход к режиму стимулированного из

лучения.

Авторы [^х] п о к а з а л и , что переходные м е т а л л ы ( ж е л е з о , е в р о п и и ) , в в е д е н н ы е в а м о р ф н ы й г и д р о г е н и з и р о в а н н ы й к р е м н и й a-Si : Н п у т е м с о р а с п ы л е н и я в г а з о в о й смеси водорода, а р г о н а и с и л а н а , изменяют его э л е к т р и ч е с к и е с в о й с т в а . В д а н н о й работе п р и в о д я т с я р е з у л ь т а т ы по и д е н т и ф и к а ц и и п р и м е с н ы х ц е н т р о в д и с п р о з и я в a-Si : Н методами и з м е р е н и я т е м п е р а т у р н о й зависимости э л е к т р о

проводности а ( Г ) , с п е к т р а л ь н о й зависимости ф о т о п р о в о д и м о с т и -^ф (Яш), фотолюминесценции (ФЛ) и эффекта М е с с б а у э р а . П р о в е д е н о с р а в н е н и е в л и я н и я п р и м е с н ы х атомов е в р о п и я и д и с п р о з и я н а свойства a-Si : Н .

О б р а з ц ы a-Si : Н , D y и a-Si : Н , Ей п о л у ч е н ы в ы с о к о ч а с т о т н ы м р а с п ы л е н и е м мишеней и з к р е м н и я и соответствующего м е т а л л а в г а з о в о й смеси в о д о р о д а , а р г о н а и с и л а н а [²] . Т е м п е р а т у р а п о д л о ж к и Т⁹ с о с т а в л я л а 050 К ( п р и более н и з к и х Т⁸ эффект л е г и р о в а н и я был н е з н а ч и т е л е н из-за в ы с о к о й к о н ц е н т р а ц и и собственных дефектов a-Si : Н I¹]). К о н ц е н т р а ц и я водорода б ы л а 15 а т % , к о н ц е н т р а ц и я м е т а л л а — 0.05, 0.10 и 0.50 а т % . Т е м н о в а я п р о в о д и м о с т ь и фотопроводимость (ФП) и з м е р я л и с ь в п л а н а р н о й г е о м е т р и и . С п е к т р ы Ф Л в о з б у ж д а л и с ь л и н и е й А г⁺- л а з е р а (к=0.488 м к м и л и 2.54 эВ) м о щ н о с т ь ю 100 м В т / с м². Спектры Ф Л и з у ч е н ы в с т а ц и о н а р н о м р е ж и м е в о з б у ж д е н и я в с п е к т р а л ь н о м и н т е р в а л е 0 . 7 — 1 . 6 эВ п р и 77 К . О п т и ч е с к а я ш и р и н а з а п р е щ е н н о й зоны Е⁰ о п р е д е л я л а с ь п р и 295 К путем л и н е й н о й э к с т р а п о л я ц и и з а в и с и м о с т и

( а ? г < 1 > )^{1 /}' = / (йо>) (где а — коэффициент п о г л о щ е н и я ) . М е с с б а у э р о в с к н е с п е к т р ы

1 5 1Е и и^{1 6 1}D y и з м е р я л и с ь п р и 295 К с и с т о ч н и к а м и^{1 5 1}S m²0³ и^{1 6 1}Т Ь²0³. И з о м е р

ные сдвиги п р и в о д я т с я относительно Е и³0³ и D y²0³.

П л е н к и a-Si : Н о б л а д а л и э л е к т р о н н ы м х а р а к т е р о м п р о в о д и м о с т и ( з н а к к о э ф фициента термоэдс был о т р и ц а т е л ь н ы м ) , з а в и с и м о с т ь a (Т) я в л я л а с ь л и н е й н о й ф у н к ц и е й в к о о р д и н а т а х l g о — Ц Т (см. в с т а в к у н а р и с . 1), а э н е р г и я а к т и в а ц и и Е⁹ и проводимость п р и 295 К и м е л и з н а ч е н и я £^а= ( 0 . 5 8 + 0 . 0 2 ) э В , о^{2 9 5 к} =

= 3 . 4 - 1 0 "⁸ О м "¹- с м "¹. З а в и с и м о с т ь о^ф (йи>) имела м а к с и м у м п р и й с о = 2 Л ( ) э В ( р и с . 1, а), а 2 ?⁰= ( 1 . 7 0 + 0 . 0 2 ) э В . Спектры Ф Л п р е д с т а в л я л и собой н а л о ж е н и е д в у х п о л о с , л е ж а щ и х п р и э н е р г и я х 1.07 и 1.31 о В ( р и с . 2, а).

Л е г и р о в а н и е a-Si : Н д и с п р о з и е м ( к о н ц е н т р а ц и я 0.1 а т % ) не и з м е н я е т т и п проводимости и в е л и ч и н у £⁰, з а в и с и м о с т ь с (Т) о с т а е т с я л и н е й н о й ф у н к ц и е й в к о о р д и н а т а х lg с — ЦТ (см. в с т а в к у н а р и с . 1), _хотя и з м е н я ю т с я п а р а м е т р ы п р о в о д и м о с т и : £ ^ = 0 . 7 3 э В , а^{2 9 5} к = 3 . 5 - 1 0 ~⁹ О м "¹- с м "¹. С л е д о в а т е л ь н о , д л я н е л е г и р о в а н н ы х и л е г и р о в а н н ы х о б р а з ц о в a-Si : Н п р о в о д и м о с т ь о с у щ е с т в л я е т с я э л е к т р о н а м и по д е л о к а л п з о в а н н ы м с о с т о я н и я м , л е ж а щ и м в ы ш е п о р о г а п о д в и ж н о с т и Е^с, а E^a^E^c—F, где F — у р о в е н ь Ф е р м и . Л е г и р о в а н и е a-Si : Н 1552

1989 PHYSICS AND TECHNICS OF SEMICONDUCTORS vol. 23, N 9

(3)

д и с п р о з и е м , т а к и м о б р а з о м , сдвигает у р о в е н ь Ф е р м и к с е р е д и н е з а п р е щ е н н о й з о н ы , ч т о , в е р о я т н о , с в я з а н о с о б р а з о в а н и е м примесными а т о м а м и д и с п р о з и я в з а з о р е п о д в и ж н о с т и a-Si : Н п о л о с ы а к ц е п т о р н о г о типа (а з н а ч е н и е Я^а= 0 . 7 3 э В у к а з ы в а е т на п о л о ж е н и е этой п о л о с ы относительно Е^с). О т м е т и м , что е в р о п и й в a-Si : Н о б р а з у е т п о л о с у д о н о р н о г о т и п а , л е ж а щ у ю ' н и ж е Е^с н а 0.25 эВ I1].

В в е д е н и е д и с п р о з и я в a-Si : Н у в е л и ч и в а е т Ф П , п р и ч е м м а к с и м у м с п е к т р а Ф И о с т а е т с я п р и й с о = 2.10 эВ ( р и с . 1, б). Е в р о п и й т а к ж е у в е л и ч и в а е т Ф П a-Si : Н, но одновременно смещает м а к с и м у м с п е к т р а Ф П д о 7frt> = 1.91 э В ( р и с . 1, б¹). Т а к о е р а з л и ч н о е в л и я н и е д и с п р о з и я и е в р о п и я на п о л о ж е н и е м а к с и -

А⁷ М Д М

Рис. 1. Спектральные зависимости фотопроводимости при 295 К a-Si : Н (a), a-Si : Н + + 0 . 1 ат% D y (б), a-Si : Н + 0 . 1 ат% Е й {в).

П н т е н с н ш т е т ь с в е т о в о г о п о т о к а 3 - 1 U1 2 ф о т / с м2- с . Н а в с т а в к е п о к а з а н а т е м п е р а т у р н а я з а в и с и м о с т ь п р о в о д и м о с т и д л я т е х ж е о б р а з ц о в .

мума аф ( f t a > ) о б ъ я с н я е т с я р а з л и ч н о й г л у б и н о й з а л е г а н и я э н е р г е т и ч е с к и х у р о в н е й , о б р а з у е м ы х этими п р и м е с я м и в щ е л и п о д в и ж н о с т и a-Si : Н .

Н о р м и р о в а н н ы е с п е к т р ы Ф Л a-Si : Н , D y п р е д с т а в л е н ы н а р и с . 2. Н а оси о р д и н а т о т л о ж е н о изменение и н т е г р а л ь н о й интенсивности Ф Л п р и р а з л и ч н ы х к о н ц е н т р а ц и я х п р и м е с и (за е д и н и ц у п р и н я т а и н т е н с и в н о с т ь Ф Л н е л е г и р о в а н н о г о a-Si : Н ) . К а к видно и з р и с . 2, 5, п р и к о н ц е н т р а ц и и д и с п р о з и я 0 . 0 5 а т % и н т е н с и в н о с т ь Ф Л у м е н ь ш а е т с я , п р и этом п о я в л я е т с я п о л о с а , м а к с и м у м кото

р о й р а с п о л о ж е н п р и 1.20 э В . П р и к о н ц е н т р а ц и и д и с п р о з и я 0 . 1 0 а т % и н т е н с и в н о с т ь Ф Л в н о в ь у в е л и ч и в а е т с я и в с п е к т р е Ф Л п о я в л я е т с я с т р у к т у р а , с о с т о я щ а я из т р е х полос и з л у ч е н и я — 1.09, 1.20 и 1.37 эВ ( р и с . 2, в). У в е л и ч е н и е к о н ц е н т р а ц и и п р и м е с и до 0.50 а т % ведет к н е з н а ч и т е л ь н о м у у м е н ь ш е н и ю и н т е н с и в н о с т и Ф Л , п о л о с а и з л у ч е н и я п р и 1.37 эВ исчезает, и имеет место с у ж е н и е п о л о с ы п р и 1.20 эВ ( р и с . 2, г; см. в с т а в к у на р и с . 2). Д л я п о л о с ы п р и 1.20 э В ш и р и н а с п е к т р а имеет тенденцию к с у ж е н и ю п р и и з м е н е н и и и н т е н с и в н о с т и в о з б у ж д е н и я в п р е д е л а х от 3 до 300 м В т / с м². В о б р а з ц а х a-Si : Н , Е й н а б л ю д а -

1553

(4)

А,э6 О Л

0.01 0.030.05 0.7 D y , o r %

е т с я с и л ь н о е г а ш е н и е собственной п о л о с ы Ф Л п р и в о з р а с т а н и и к о н ц е н т р а ц и и п р и м е с и от 0 . 0 5 до 0.50 а т % . Т а к и м о б р а з о м , в с п е к т р а х Ф Л о б р а з ц о в a-Si : Н^г D y н а б л ю д а ю т с я п р и м е с н ы е с о с т о я н и я и з л у ч а т е л ь н о г о т и п а , п р и ч е м н а л и ч и е в с п е к т р а х Ф Л т о н к о й с т р у к т у р ы и у в е л и ч е н и е и н т е н с и в н о с т и Ф Л у к а з ы в а ю т н а т о , что и з л у ч а т е л ь н ы е п е р е х о д ы я в л я ю т с я в н у т р и ц е н т р о в ы м и , х а р а к т е р н ы м и д л я р е д к о з е м е л ь н ы х элементов в о к с и д н ы х с т е к л а х п р и с п о н т а н н ы х п е р е х о д а х [³] .

М е с с б а у э р о в с к и е с п е к т р ы п р и м е с н ы х атомов^{1 6 1}D y в a-Si : Н (—0.1 ит%) п р е д с т а в л я ю т собой одиночную л и н и ю с и з о м е р н ы м сдвигом (о== 0.10 — 0.15 м м / с ) , о т в е ч а ю щ и м D y^{3 +}. Этот с п е к т р о т н о с и т с я к э л е к т р и ч е с к и не а к т и в н о м у с о с т о я н и ю д и с п р о з и я , т а к к а к п а р а м е т р ы с п е к т р а не и з м е н я ю т с я и д л я a-Si : Н , D y , п о л у ч е н н о г о п р и Г , = 5 2 0 К (когда н е н а б л ю д а е т с я эффектов в л и я н и я д и с п р о з и я н а э л е к т р и ч е с к и е с в о й с т в а a-Si : Н ) . И с х о д я и з б л и з о с т и и з о м е р н ы х с д в и г о в с п е к т р о в п р и м е с н ы х а т о мов D y^{3 +} в a-Si : Н и в сое

д и н е н и и D y²0³ [⁴] , м о ж н о с д е л а т ь в ы в о д , что э л е к т р и ч е с к и не а к т и в н ы м ц е н т р а м д и с п р о з и я отвечают а с с о ц и а - ты т и п а « D y^{3 +}— к и с л о р о д » . А н а л о г и ч н о э л е к т р и ч е с к и н е а к т и в н о м у с о с т о я н и ю а т о м о в е в р о п и я в a-Si : Н о т в е ч а е т в м е с с б а у э р о в с к о м с п е к т р е л и н и я Е и^{2 +} ( 8 = — 1 1 . 7 м м / с ) , п р и ч е м эта л и н и я у ш и р е н а и з - з а о б р а з о в а н и я а с с о ц и а - т о в типа « Е и^{2 +}— к и с л о р о д » (изомерные с д в и г и м е с с б а у -

Рис. 2. Спектры фотолюминес

ценции при 77 К a-Si : Н (а)^у a-Si : Н-гО.05 ат% Dy (б), о- Si : H-f-0.1 ат% D y (в), a-Si : Н + -

+ 0 . 5 ат% Dy (г).

Н а в с т а в к е п о к а з а н а з а в и с и м о с т ь ш и  р и н ы с п е к т р а Ф Л п р и Л ш = 1 . 2 0 э В -

о т к о н ц е н т р а ц и и д и с п р о з и и .

1Л 1.6

э р о в с к и х с п е к т р о в п р и м е с н ы х атомов Е и^{2 +} в a-Si : Н б л и з к и к и з о м е р н о м у с д в и г у с п е к т р а с о е д и н е н и я Е и О [⁴] ) .

В р е з у л ь т а т е п р о в е д е н н о г о и с с л е д о в а н и я м о ж н о с д е л а т ь с л е д у ю щ и е в ы в о д ы . а) П р и м е с н ы е атомы д и с п р о з и я о б р а з у ю т в з а з о р е п о д в и ж н о с т и a-Si : Н п о л о с у а к ц е п т о р н о г о т и п а , л е ж а щ у ю н а 0 . 7 3 э В н и ж е Е^с.

б) В a-Si : Н , D y ф о р м и р у е т с я ц е н т р и з л у ч а т е л ь н о й р е к о м б и н а ц и и D y^{3 +}, и в п р и н ц и п е в о з м о ж е н п е р е х о д к р е ж и м у с т и м у л и р о в а н н о г о и з л у ч е н и я п р и с о з д а н и и и н в е р с н о й з а с е л е н н о с т и в о з б у ж д е н н о г о у р о в н я D y^{3 +}.

в) У в е л и ч е н и е Ф П и у м е н ь ш е н и е интенсивности Ф Л основной полосы и з л у ч е н и я в a-Si : Н , D y и a-Si : Н^# Е й о б ъ я с н я ю т с я эффектом г е н е р и р о в а н и я , , т . е. с в я з ы в а н и я ц е н т р а м и д и с п р о з и я и е в р о п и я к и с л о р о д а и р а з р у ш е н и е а с с о - ц и а т о в « к и с л о р о д — а з о т » , к о т о р ы е я в л я ю т с я ц е н т р а м и б е з ы з л у ч а т е л ь н о й р е к о м б и н а ц и и в a-Si : Н [⁵] ,

1554

(5)

Список литературы

[ 1 ] Регель А. Р . , Серегин П. П., Мездрогина М. М., Насрединов Ф. С.⁷ Аблова М. С , Абду- манапов У . Ж. // ФТП. 1988. Т. 22. В . 1. С. 161—164.

12] Насрединов Ф. С , Мездрогина М. М., Подхалюзин В . П., Серегин П . П. // ФТТ. 1986.

Т. 28. В . 8. С. 2 5 4 3 - 2 5 4 6 .

.[3] Алексеев Н . Е . , Анпкиев Ю. Г., Гапонцев В . Г., Жаботинский М. Е . , Кравченко В. Б . , Рудницкий Ю. П. / / Р а д и о т е х н и к а . 1978. Т. 18. В . 1. С. 5—146.

[ 4 ] Bauminger Е . R. ,7Mossbauer Isomer Shifts. N . Y . , 1978. P . 243—310.

{ 5 ] Тиджи Т. / / Ф и з и к а гидрогенизированного аморфного кремния. Элекхронные и колеба

тельные спектры. М., 1988. С. 329—376.

«Физико-технический институт Получена 9.03.1989 им. А. Ф. Иоффе Принята к печати 10.04.1989

А Н СССР Ленинград