Аморфты кремний

 

 

 

 

1. Вакуум камерасы
2. Магнит
3. Кремний табақшасы
4. Анод
5. Кварц қондырғы
6. қыздырғыш

 

5-сурет  Планарлық типтегі магнетрондық тозаңдату жүйесі

 

Қабықшадағы сутегі мөлшеріне аргон –сутегі құрамы мен отырғызу температурасы күшті әсер етеді. Жұмыс газындағы сутегі мөлшері мына қатынастан табылады:

 

                                               KH=PH/( PH+PAr)                (6)

 

және ол шама нөлден жүз пайызға дейін өзгере алады.

 

2.2. Аморфты кремний қабықшаларының оптикалық сипаттамаларын анықтау

 

Аморфты сутектендірілген кремний қабықшаларының өткізу спектрі СФ – 26 спеkтрометрінде 1,2 мкм және 0,4 мкм аралығындағы толқын ұзындықтарында өлшенді. Қабықшалардың қалыңдығы 0,2 мкм және 2,0 мкм аралығында болды.

Есептеу әдістемесі.  Өткізу спектрі екі обылысқа бөлінеді: салыстырмалы мөлдір ұзынтолқындық обылыс, бұл обылыста қажетті шарттар орындалғанда интерференциялық құбылыс байқалады; қысқатолқындық обылыс, мұнда жұтылу күрт жоғарылайды, жұту коэффициенті α≥Э14 cм-1 болады, өткізу Т(λ) шамасы 1%-ке дейін және одан да төмен мәндерге ие болады. Сәйкесінше спектрлерді өңдеу әдістемесі екіге: ұзынтолқынды бөлікті және қысқатолқынды бөлікті талдауға бөлінеді.

6-сурет - α-Si:H қабықшаларының өткізу спектрі

 

 

Ең алдымен экстермумдердің реті мына формуламен есепетелді:

 

                                    (7)

 

осыдан:

 

                  =0,95/(1,96-0,95)                    ( 8 )                                   

 

Интереференцияның ретін және мәндерін анықтауда қателіктер аз болуы үшін ұзынтолқындық обылыста анықтаған дұрыс.

Интерференциялық суреттің төменгі июші сызығы бойынша қабықшаның сыну көрсеткіші анықталады:

 

     (9)

 

мұндағы

 

         (10)

 

 төсеніштің сыну көрсеткіші  белгілі деп есептеледі: кварц  үшін – 1,45¸1,46; К8 шыны үшін – 1,51; сапфир үшін – 1,77.

Қабықшаның анықталған сыну көрсеткіші және экстремумның реті бойынша қабықшаның қалыңдығы анықталады:

 

      (11)

 

Осыдан кейін мына тәуелділік салынады:

 

    (12)

 

Бұл шама күшті жұтылу обылысында өткізудің өзіне сәйкес келеді (суретке қараңыз). Жұту коэффициенті мына формуламен есептеледі:

 

   (13)

 

мұндағы

 

          (14)

 

7 –суретте әр түрлі температурада алынған аморф кремний қаьықшаларының жұтылу коэффициентінің өзгеруі көрсетілген.

 

7 -сурет - кремний пленкаларының  жұтылу коэффициентінің өcу температурадан  тәуелділігі.

 

Жұтылу коэффициенті анықталған соң -дің -ден тәуелділік графигі салынады. әдетте болған кезде бұл тәуелділік түзуге айналады, оны нөлдік жұтылуға экстрополяциялағанда тиым салынған зонаның оптикалық енін анықтауға болады.

 

 

2.3.  Аморфты кремнийдің тиым салынған зонансы

 

Тиым салынған зонаның оптикалық енінің отырғызу температурасынан тәуелділігі 8 –суретте көрсетілген. Графиктің басы (KH=0) сутексіз босқыл кремнийдің Е0-інің температураға тәуелділігін білдіреді. Отырғызу температурасының1000С-тан 3000С-қа дейін көтерілгенде a-Si үшін Е0 мӘні 1,25-тен 1,55-ке дейін өскенін көруге болады. Осы сияқты өсуге a-Si-ді 1000С және 4000С-та күйдіру арқылы жетуге болады.

В – 100ºС, С – 200ººС, D -300ºC.

8-cурет  Тиым салынған зонаның оптикалық енінің cутег алынған температурасынан тәуелділігі.

Газдық фазада сутегінің концентрациясы 20%-тен асқанда Е0-дің температурадан тәуелділігі кері бағытқа ауысады. Синтез температурасын жоғарылату тиым салынған зонаның оптикалық енінің кішіреюіне әкеп соғады, бұл сутектендірілген босқыл кремнийге тән қасиет және Е0-ге сутегінің әсерінің басымдығын көрсетеді. әрбір бекітілген синтез температурасы үшін газ фазасындағы сутегінің көбеюі Е0-дің ұлғаюына әкеледі, бірақ Е0-дің өсуі баяу болады және 8-суретте көрсетілгендей қанығуға әкеледі.

Сутегінің концентрациясының 0<KH<20% диапазоны үшін Е0 және KH арасындағы корреляция өте күрделі болады. 1000С және 2000С температураларда алынған қабықшалар үшін Е0 шамасы KH өсуімен монотонно өседі, бірақ сутексіз a-Si қабықшаларындағы сияқты синтез температурасының өсуіне байланысты Е0 де өседі. 3000С температурада алынған қабықшалар үшін басында (KH=10% болғанша) Е0-дің 1,55-тен 1,4-ке дейін азайғаны байқалады да, одан әрі KH өскенде монотонды өседі.

Tыйым салынған зона шамасының  өзгеруіне зона ішілік жұтылудың  да, зона аралық жұтылудың да өзгеруі себепші болды.

 

 

 

 

 

ҚОРЫТЫНДЫ

         

      Зерттеулер нәтижелері бойынша a-Si:H-ң оптикалық қасиетіне мынадай қорытынды жасауға болады:

         Сутексіз  аморфты кремнийдің (КH=0) тұндыру температурасының 1000С-дан 3000С -ға дейін артуы реттелген пленкалардың өсуіне және тыйым салынған зонаның 1,31 эВ-тан 1,49 эВ-қа дейін сызықты түрде артуына әкеледі.

Сутегінің концентрациясы қөп болса қондыру температурасы өскен сайын тиым салынған зонасы 1,96-дан 1,67-ге азаяды.

Ал бундай тәуелділіктердің өзгеруі су тегі 20%  шамасында байқалады.

 

ПАЙДАЛАНғАН  ӘДЕБИЕТТЕР  ТІЗІМІ

 

1. Применение низкотемпературной плазмы для нанесения тонких пленок. М., Энергоатомиздат.1989.
2. Б.С.Данилин. Магнетронные распылительные системы. М., Зарубежная  радиоэлектроника. 1978.
3. В.Ю.Киреев, Б.С.Данилин. Ионное травление микроструктур. М., Сов. радио. 1979.
4. Дж.Джоунопулос., Дж.Люковский. Физика гидрогенизированного кремния. Том.1. Структура, приготовление и приборы. М., Мир. 1988.
5. Дж.Джоунопулос.,Дж.Люковский. Физика гидрогенизированного кремния. Том.2 Электронные и колебательные свойства. М., Мир. 1988.
6. А.Меден, М.Шо. Физика и применение аморфных полупроводников. М., Мир.1991.
7. Е.И.Гиваргизов. Искусственная эпитаксия. М., Наука.1988.
8. В.В.Краснопевцев. Аморфный гидрогенизированный кремний. Ч.11. Структура,  оптические, электрические, фотоэлектрические свойства, ионная  имплонтация. М., Итоги науки и техники. 1982.