Аморфты кремний

 

 

 

 

 

 таблица 2-WBVR жүиесндей реакция  қисығы туралы негізгі мағлуматтар.

 

Жолақ	Орташа толқын ұзындығы	Длина волны максимума	Орташа ені Δλ	макси-мум өткізгіштігі (%)	Ұзын толкынды өткізгштгмен
					Қыска толқын	ұзын толкын
W	3465	3500	530	45	3060	3970
B	4390	4350	900	47	3710	5350
V	5545	5300	810	55	4900	6800
R	6945	6600	1070	55	6130	8830

 

 

Олрдың нәтижелері тянъ-шанъ обсербаториясы ГАИШ-ты.Волков тың жүргізген өлшеуімен дәлелденді. Бұдан шығатын светофилътрді териоскаттау  ыңғайсыз болғандықтан көбінде жасамайды,немесе шынының өткізуінің температурасынң тәуелділігін тәжірибелік жолмен алу және бұл түзетулерді өңдеу қажет.соныменқатар терезе  2-3рет телескоп бағаны жазуды ұмытпау керек.

 

1.5 Локальді электрондық күйлер

 

Кристаллдық кремнийге тән алыс тәртіптің бұзылуы босқыл материалда өткізу зонасы EC және валенттік зонасы EV шеттерінде тиым салынған зона бойына созылып жатқан электрондық күйлер тығыздығының құйрығының пайда болуына әкеп соғады, бұл құйрықтардағы күйлер кеңістікте таралған.

Локальді күйлер тығыздығын (бұдан әрі N(E) деп белгіленеді) анықтау үшін әртүрлі модельдер ұсынылған. Солардың ішінде ең кеңінен таралған модельдер Мотт-Дэвис және Коэн-Фриге-Овшинскийдікі, олар босқыл материалдың меншікті жағдайлары үшін жасалған да, құрылымдық ақаулар мен үзілген байланыстар негізінде болатын локальдік күйлерді ескермейді.

N(E) -нің α-Si:H-тің тиым салынған  зонасындағы таралуын зерттеу  үшін өріс эффектісін және  вольт-фарадтық сипаттамаларды өлшеу  фотоөткізгіштіктің терең деңгейінің  релаксациясы спектроскопиясы әдісі  және тағы басқа әдістер қолданылды.

3-суретте α-Si:H үшін N(E) таралуының электрондар энергиясынан тәуелділік таралуы схема таралуы көрсетілген, Е энергия ЕV валенттілік зонасының төбесінен бастап саналады. Тұтас сызықпен легирленген және легирленбеген α-Si:H қабықшалары үшін N(E) таралуы көрсетілген, EF-Ферми деңгейінің орналасуы кең ауқымда өзгереді. Легирленбеген α-Si:H Ферми деңгейі әдетте тиым салынған зонаның орта тұсында орналасады. N(E) -нің минимум тұсында Ферми деңгейі EC-дан шамамен 0,65 эВ-ке төмен болады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Әртүрлі обылыстарда N(E) энергиетикалық күй таралуы әртүрлі табиғатта болады: Т обылыстарында ЕС және ЕV зоналары құйрықтарының локальдік күйлері орналасқан; G обылыснда құрылыстық бей-берекеттіктің ақауларының локальдік күйлері орналасқан. Ең соңында, ЕС-дан жоғары және ЕV-дан төмен созылған рұқсат етілген зоналар күйлері орналасқан.

N(E) сызығының модельдік қарастырулармен  салынған сызығы көптеген эксперименталдық  мәліметтермен расталады. Т және G  обылыстарында локальдік күйлердің бар болуы меншікті люминесценцияны зерттеу, оптикалық жұтылу мен фотоөткізгіштік тәуелділіктерін зерттеу және N(E) -нің Е»0,4 эВ болғандағы максимумын эксперименттік анықтау нәтижелерімен сәйкестікте.

N(E) таралуының белгілі бір обылыстағы  локальдік орталықтарының зарядтық күйлерін анықтау үшін белгілі Мотт-Дэвис пен Коэн-Фриче-Овшинский модельдерінің комбинацясы болып табылатын

қарапайым модель қолданылады. Бұл модель бойынша N(E) таралуының минимумы екі типті құрылымдық ақаулар негізінде болатын таралған күй құйрықтарының олардың зарядтық күйлеріне байланысты бірін бірі жабуынан пайда болады.

2-суретте штрих сызықтармен N(E) -нің ЕС зонасынан созылып жатқан (А-таралуы) және ЕV зонасынан созылып жатқан (В-таралуы) екі компоненталары көрсетілген. В-тарлуы EF-тен жоғары жатқан, оң зарядталған донорлық күйлерге сәйкес. EF-тен төмен жатқан локальді күйлер саны EF-тен жоғары жатқан локальдік күйлер санынан бір ретке жоғары.

 

1.6 Аморфты кремнийдің оптикалық қасиеті

    

      Аморфты  шалаөткізгішті  зерттеу  экспериментінде монокристалды шалаөткізгіштегі  сияқты  қызыл  шекаралы  жұтылу, жабық зонасы бар екендігін көрсетті. Аморфты шалаөткізгіштердің  құрылымында  алыс   реттілік жоқ кезде монокристалды аналогтармен салыстырғанда жұтылу коэффициентінің өсуіне әкеп соғады. a-Si:H  қабықшасындағы   a жұтылу коэффициентінің спектрлік тәуелділігі басқа босқыл  шалаөткізгіштердің аналогты қисықтарын еске түсіреді. 3-суретте

a-Si:H-¾  240° С  t-да және 16 ат.% сутегісі   бар  болғандағы   жұтылу   аумағы   көрсетілген.  Коэффициенті 100 см-1 жоғары өткізу спектрін өлшегенде, ал  1000 см-1 төмен фотоөткізгіш спектрін өлшегенде алынған [1,2,8].

a-Si:H-ң жұтылу спектрін үш аумаққа (3-сурет) бөлуге болады, А-дәрежелік тәуелділік аймағы, мұнда

 

                                                                   (1)

 

 Мұнда, hn- фотонның энергиясы, В-пропорционалдық коэффициенті.

2 және  3  дәрежелік көрсеткіштер мәні зонаның шетінде күй тығыздық тӘуелділігінің түрімен байланысты,

 

       (2)

                                   

  

Егер r1=r2=0,5 болса онда Тауц ұсынған нӘтиже болады.

 

                                                                        (3)                              

 

 Онда 4-суретте  көрсетілгендей  Eg  енінің мәнін координаттан (ahn)1/2  hn-дан табуға болады. Бұл тәуелділіктің сызықтық аумағы  шектелген. Пропорционалдық  коэффициенті  В   де  Eg 1,6-1,85эВ үшін  Eg  5,6  (эВ-0,5 мкм-0,5) аралықта жуықтап сызықты  тәуелді.

 

 

3-сурет.      a-Si:H-ң жұтылу спектрін a  жұтылу коэффициентінің спектрлік тәуелділігі.

     

   Егер               

                                                                  (4))

 

тең деп  Клазес  және т.б. ұсынғандай болса, онда кең аралықта сызықты тәуелділігі  алынады. Бұл  тәуелділік  2-суретте  (сол шкала)  көрсетілген. Мұндай  энергетикалық  тәуелділік  аhn  күй  тығыздығы энергиядан сызықты (r1=r2=1) тәуелді болған жағдайда күтіледі.

 

 

 

4-сурет.    Eg  мәнін Тауц немесе Клазес координаттарынан табу.

 

 

    В  аймағы энергиясы  1,4эВ<hn<Eg   аралығында орналасқан.Бұл аймақта жұтылу коэффициенті  энергиядан  экспоненциалды тәуелді  және оның мәні  1-103см-1  тең. Осы аймақтағы өлшеулер тұрақты фотоөткізгіш, фотоакустикалық,  фототермиялық  ауытқу  және   тура  өлшеулер  әдісімен алынған. Логарифмдік иілу коэффициенті  60 және  120 МэВ  аралығында  өзгереді  және a-Si:H үлгісі үшін спектр тәуелділігінде экспоненциалды бөлігін былай жазуға болады,

 

 a(hn)=Aexp[(hn//kT]                                               (5)

 

мұнда  hn - фонон энергиясы.

Логарифмдік иілу Урбах жиегінде hn  - 50-150 МэВ аралығында тұрады.

      С аумағы hn<1,4 эВ. Рұқсат етілмеген өңірде терең жатқан ақаулы деңгейлермен байланысты. энергиясы аз аумақтағы a шамасы үзілген байланыс концентрациясына пропорционал. Сондықтан a(hn) тәуелділігі үзілген байланыс концентрациясын және құрылымдық көрсеткішін береді. Босқыл кремний үшін Урбах параметрінің шамасы 50-60 МэВ құрайды. Тауц координатасынан анықталған Еg шамасы қабықшадағы сутегінің толық концентрациясына тәуелді.

                         

 

1.7    a-Si:H қабықшаларындағы сутегі

 

a-Si құрылымында сутегі маңызды  рольге ие екені белгілі. Кремнийдің  аморфтық торына сутегі енгенде  аморфтық Si:H құймасы пайда болады . Сутегі атомдары кремнийдің үзілген байланыстарымен реакцияға түсіп, оларды қанықтырады, немесе, басқаша айтқанда оларды жояды. соның нәтижесінде квазитиым салынған зонадағы күйлер тығыздығы біршама азаяды.

Кремнийдегі сутегі мөлшері әртүрлі технологиялық параметрлерден тәуелді болады:

1. төсеніштің температурасы – бұл кез-келген отырғызу әдісіндегі негізгі параметр;
2. камерадағы газ қоспасының қысымы;
3. разрядтың типі мен қуаты және тағы басқалары.

a-Si –дегі сутегі мөлшері әртүрлі әдістерге және дайындау шарттарына байланысты 30-35 ат.%-ке жетуі мүмкін. Төсеніштің температурасының өсуіне байланысты сутегі мөлшері төмендейді. Бұл екі шартқа байланысты деп есептеледі. Біріншіден, температураның көтерілуіне байланысты отырғызылу шарттары неғұрлым біртекті бола бастайды да, үзілген байланыстардың шамасы азаяды, соның нәтижесінде сутегінің байланысу ықтималдығы азаяды. Екіншіден, температура жоғарылаған сайын төсеніште SiH3, SiH2 топтарының SiH-қа дейін ыдырау дәрежесі артады.

 

Сутегінің парциалдық қысымы артқанда кремнийдегі сутегі мөлшері белгілі бір мөлшерге шейін өседі де, сутегінің қысымы парциалдық1,5*10-3 Торр-ға жеткенде 25 ат.%-ке жетіп қанығады . Сутегінің парциалдық қысымын 3,5*10-3 Торр-ға жеткенде кремнийдегі сутегі мөлшері қайтадан төмендей бастайды. 

Аморфты кремнийдің оптикалық қасиеттріне ондағы сутегі біршама әсер етеді. Өйткені, Si – H байланыстары Si – Si байланыстарынан күшті, сондықтан сутектендірілген кремнийдің оптикалық тиым салынған зонасының ені сутексіз кремнийдікінен біраз шамаға үлкен. Сонымен қатар, сутектендірілген кремнийде үзілген байланыстарға байланысты сәуле шығармайтын рекомбинация каналдарының әлсіреуінен люминесценцияның кванттық шығымының жоғарылауы байқалады. 

Сутегі мөлшерінің жоғарылауы электрөткізгіштіктің төмендеуіне әкеп соғады, өйткені тиым салынған зонада үзілген байланыстар концентрациясы төмендейді.

a-Si:H–та барлық үзілген байланыстарды қанықтыру үшін шын мәнінде небары 0,5 ат.% жеткілікті екенін ескерсек, және ең жетілдіріген босқыл кремний қабықшаларда олардың мөлшері кемінде 3 ат.% болатынын білсек, бұл таң қалдырарлық жағдай. Бұл жағдай a-Si:H құрылуының термодинамикалық шарттары сутегінің 0,5 ат.%-тен әлдеқайда жоғары концентрацияларына сәйкес екендігін көрсетеді. Тек осындай шарттарда ғана біртекті метастабильді босқыл құйма өседі.

Сутегі концентрациясы 1,5 ат.%-тен асқанда гетерофазалық жүйенің пайда болу тенденциясы байқалады: сутегінің 3 ат.%-дан кем мөлшеріндегі концентрациясында босқыл кремнийде болатын үзілген байланыстарды толығымен пассивтеу мүмкін емес.

Жоғары кванттық шығым мен жоғары фотоөткізгіштік сутегінің 8-5 ат.% концентрациясына сәйкес келетін a-Si:H–та болады, сутегі концентрациясының осы мәнінде үзілген байланыстар концентрациясы өзінің ең минимал мәні (2-5)*1016 см-3-қа жетеді.

a-Si:H–тағы  салыстырмалы төмен мәні оған сутегінің енуіне және құрылымдық ақаулардың концентрациясының төмендеуіне байланысты, бірақ сутегі концентрациясының артуы өздігінен шамасының төмендеуін туғызбайды; сутегінің концентрациясының жоғары мәніне сәйкес қабықшаларда мәні 1017 см-3–тан әлдеқайда жоғары болады.

 

 

2. НЕГІЗГІ   БӨЛІМ

          2.1   Аморфты кремний қабықшасын алу.

 

     Аморфты кремний сутекті, сутексіз қабықшаларын тұрақты  токта магнетронды-реактивті тозаңдату әдісімен алынды. Ионды тозаңдатудың магнетронды жүйесі  ВУП-4 вакуумды камерасында жинақталды.

  α-Si:H қабықшаларын алу және олардың физикалық қасиеттерін зерттеуге бағытталған осы жұмыста қасиеттері жағынан жоғары жиілікті ыдырату арқылы алынатын қабықшалардан кем болмайтын және қондыру процессінің эффективтілгі жағынан жоғары болатын қабықшалар алуға болатын реактивтік магнетрондық тозаңдату және разряд обылысында магнит өрісі болатын кремнийорганикалық қосылыстарды ыдырату Әдісіне көңіл бөлінген.

Осы жұмыста вакуумдық пост ВУП – 4 базасында құрылған планарлық типтегі магнетрондық тозаңдату жүйесі қолданылған  (6-сурет).

Жүйе ұстағышта орнатылған тұрақты магниттен, магниттің үстіне орнатылған кремний нысанадан, резистивтік қыздырғышпен және термопарамен жабдықталған төсенішұстағыштан, манометрлік қыздырғыштан, жұмыс газын жіберетін инелі енгізгіштен (натекатель), қорке көзінен, вакуумдық жүйеден құралған. Төсенішұстағыш пен кремний нысана-катод арасына тұрақты кернеу берілгенде газдық

разряд жанады. Босқыл кремний негізінде жарық сезгіш приборлар жасауда қойылатын негізгі талап – қалыңдығы біртекті, 10-20 минут ішінде жарық сезгіш қабаттар қалыптастыруды қамтамасыз ететін қондыру жылдамдығы жоғары болғанда қабықшаның барлық ауданы бойынша электрлік және оптикалық қасиеттерінің мимнимал аутқуы болатын қабықшалар алу. Нысана беті маңында күшті магнит өрісінің болуы плазманың магнит өрісімен шектелуін тудырады, және тұрақты магниттің формасы сақина тәрізді болса плазма нысана бетінде бірнеше миллиметрмен шектеледі және оның формасы тор формасында болады. Соның нәтижесінде нысананың тозаңдану аймағы сақина тәрізді болады да, ол қабықшаның қалыңдығы бойынша біркелкі болуын қиындатады.