.RU

Реферат по курсу «радиоматериалы и радиокомпоненты» «Аморфные полупроводники»

Московский государственный технический

университет имени Н. Э. Баумана.

Группа РЛ1-33

Реферат по курсу «радиоматериалы и радиокомпоненты» «Аморфные полупроводники»

Коденцева Павла Владимировича.

Преподаватель Гаврилов Валерий Семёнович.



Москва, 2005 год.
Предисловие.
Со времени изобретения транзистора в 1948 г. в полупроводниковой электронике наблюдается значительный прогресс. Для современной цивилизации электроника превратилась в необходимый атрибут пов­седневной жизни. Действительно, наша современная жизнь немыслима без таких завоеваний электроники в домашней обстановке как теле­фон, телевизор и видеомагнитофон. На работе нам помогают много­численные средства электронной оргтехники, промышленные роботы, средства связи и т.д. Все, что завоевала наука в XX в., включая исследования космоса, средства оптической связи и т.д., обязано рож­дению транзистора. Таким образом, твердотельная электроника играет важную роль в развитии и существовании современной цивилизации.

Большой интерес, проявляемый в последние годы к аморфным полупроводникам в странах с развитой полупроводниковой техникой, был инициирован экономическими соображениями. Опыт использова­ния полупроводникового кремния в космических аппаратах для фото преобразования солнечной энергии в электрическую показал целесооб­разность его применения в большой энергетике, однако при непремен­ном условии существенного удешевления кремния даже за счет некото­рого снижения к. п. д. преобразователей.

Исследования, ведущиеся в мире последние годы, показали, что этим требованиям лучше всего удовлетворяют аморфные сплавы на основе прежде всего кремния, а также других полупроводниковых материа­лов.

Одна из самых перспективных областей применения аморфных полупроводников – производство солнечных батарей, к. п. д. которых выросло с 1% (1975 г.) до, в среднем, 8% в наши дни (рекорд – 24.7%). Солнечные элементы питания, например, в калькуляторе, знакомы каждому человеку.

Начать мой реферат я бы хотел с определения полупроводников в целом, а также некристаллических и аморфных полупроводников.
Полупроводники—

широкий класс веществ, характеризующихся значениями электропроводности s, промежуточными между электропроводностью металлов (s ~ 106-104 ом-1 см-1) и хороших диэлектриков (s ~ 10-10-10-12 ом-1см-1, электропроводность указана при комнатной температуре). Характерной особенностью полупроводников, отличающей их от металлов, является возрастание электропроводности s с ростом температуры, причём, как правило, в достаточно широком интервале температур возрастание происходит экспоненциально:

s = s0ехр (-EA/кТ). (1)

Здесь k - постоянная Больцмана, EA - энергия активации электронов в полупроводниках, (s0 - коэффициент пропорциональности (в действительности зависит от температуры, но медленнее, чем экспоненциальный множитель). С повышением температуры тепловое движение разрывает связи электронов, и часть их, пропорциональная exp (-EA/kT), становится свободными носителями тока.
Некристаллические полупроводники--

В жидких, аморфных и стеклообразных полупроводниках отсутствует идеальная кристаллическая упорядоченность атомов, но ближайшее окружение каждого атома приблизительно сохраняется. Однако ближний порядок не всегда бывает таким же, как и в кристаллической фазе того же вещества. Так, в ковалентных полупроводниках (Ge, Si, AIIIBV) после плавления у каждого атома становится не по 4 ближайших соседа, а по 8, по той причине, что ковалентные связи, весьма чувствительные как к расстоянию между атомами, так и к взаимной ориентации связей, разрушаются интенсивным тепловым движением атомов в жидкости. В результате такой перестройки ближнего порядка все эти вещества в расплавах становятся металлами.

Однако в других полупроводниках (Те, Se, AIVBVI и др.) ближний порядок при плавлении, по-видимому, не изменяется и они остаются полупроводниками в расплавах. В применении к ним, а также к аморфным полупроводникам представления зонной теории требуют существенных изменений и дополнений.
Аморфные полупроводники--
вещества в твёрдом аморфном состоянии, обладающие свойствами полупроводников. Они разделяют на 3 группы: ковалентные (аморфные Ge и Si, InSb, GaAs и др.), халькогенидные стекла (например, As31Ge30Se21Te18), оксидные стекла (например, V2O5 - P2O5) и диэлектрические плёнки (SiOx, Al2O3, Si3N4 и др.).

Энергетический спектр аморфных полупроводников отличается от кристаллического полупроводника наличием "хвостов" плотности электронных состояний, проникающих в запрещенную зону. По одной из теорий, аморфные полупроводники следует рассматривать как сильно легированный и сильно компенсированный полупроводник, у которого "дно" зоны проводимости и "потолок" валентной зоны флуктуируют, причём это - крупномасштабные флуктуации порядка ширины запрещенной зоны. Электроны в зоне проводимости (и дырки в валентной зоне) разбиваются на систему "капель", расположенных в ямах потенциального рельефа и разделённых высокими барьерами. Электропроводность в аморфные полупроводниках при очень низких температурах осуществляется посредством подбарьерного туннелирования электронов между ямами аналогично прыжковой проводимости. При более высоких температурах электропроводность обусловлена тепловым "забросом" носителей на высокие энергетические уровни.
Исторический обзор.

Первое заседание японского постоянного Семинара по физике и применению аморфных полупроводников состоялось в 1972 г. под руководством Керамичес­кого общества Японии. Семинар имел целью объединить усилия исследователей аморфных полупроводников - нового материала электронной и оптоэлектронной техники, а также способствовать всестороннему обмену информацией между разрозненными исследователями, работающими в этой области, находящейся на стыке фундаментальной науки и технологии. С 1974 по 1982 гг. семинары по фи­зике и применению аморфных полупроводников проводились почти ежегодно.

Заметный прогресс как в теории, так и в экспериментальных исследованиях неупорядоченных твердых тел связан с недавними успехами в получении металлов и соответствующих технологий, базирующихся на использовании сверхвысоко-вакуумного оборудования в технологии, счетно-вычислительной технике и в изме­рительных устройствах. Как следствие этого, аморфные металлы, магнитные материалы и полупроводники нашли разнообразное технологическое применение. Из перечисленных материалов аморфные полупроводники отличаются тем, что их электрические и оптические свойства оказываются наиболее структурно чувст­вительными. Много усилий сделано для использования этих свойств в приборах. Наибольшие успехи в этой области в начале 70-х годов были достигнуты в техно­логии аморфных полупроводниковых галогенидов, из которых были изготовлены кинескопы, флуоресцентные лампы тлеющего разряда, оптические запо­минающие устройства, поляризационные переключатели, процессоры для фотолитографии и др.

Ключевым вопросом в развитии электроники, на решение которого направлены усилия исследователей, является управление типом и кон­центрацией носителей заряда в полупроводнике. Доказательством этого может служить последовательность развития транзисторной технологии: сплавной транзистор -- транзистор диффузионного типа -- эпитаксиальный транзистор -- транзистор, полученный с помощью ионной имплантации -- МОП - транзистор, и т.д. Каждый тип транзистора получал свое назва­ние по технологии управления типом и концентрацией носителей. Конечно эта технология являлась ключевой в производстве не только тран­зисторов, но и других полупроводниковых приборов, таких как свето­вые и светоизлучательные диоды, солнечные батареи — всех приборов, важнейшие функции которых основаны на свойствах рn-переходов, а именно на возможности управления инжекцией неосновных носителей.
Теперь я расскажу о некоторых свойствах аморфных полупроводников.
Характеристика химической связи в аморфных полупроводниках.

Для теоретических исследований поведения электронов в твердом теле необхо­димо знать характерную для него атомную структуру кристаллического и аморф­ного состояний. Способы математического описания атомной структуры кристал­лических и аморфных тел существенно различаются. Распределение атомов в крис­талле легко поддается математическому описанию и к настоящему времени имеет­ся более или менее устоявшийся способ такого описания. В аморфных мате­риалах распределение атомов столь сложно и беспорядочно, что на сегодняшний день его систематическое описание оказывается пока еще выше наших возмож­ностей.

Сложность проблемы усугубляется метастабильностью аморфного состояния вообще. Это означает, что даже на макроскопическом уровне аморфная структура не определяется однозначно такими параметрами равновесного состояния, как температура, давление, а зависит также от предыстории получения и обработки рассматриваемого материала. Т.е. число переменных, необходимых для однознач­ного описания аморфного состояния вещества, неизвестно.

Атомная структура аморфных полупроводников даже теоретически описывает­ся труднее, чем структура других неупорядоченных систем: аморфных и жидких металлов, неупорядоченных сплавов. Это связано с сильной зависимостью физи­ческих свойств аморфных полупроводников от взаимной направленности ковалентных связей. В жидких и аморфных металлах энергия связи определяется ее метал­лической составляющей, а межатомные взаимодействия по своей направленности имеют сферический характер. Ориентационная зависимость или отсутствует, или, если она все же существует в некоторых модификациях, ее влиянием можно пренебречь. При рассмотрении межатомных связей несферические взаимодействия необходимо учитывать лишь в некоторых сложных металлических стеклах, атомная структура которых требует привлечения представлений о ионности и ковалентности связей. Но и в этих системах зависимость физических свойств от направлен­ности связей далеко не так существенна, как в аморфных полупроводниках, где направленность связей является ярко выраженной первопричиной практически всех их свойств.

Может показаться, что по сравнению с другими неупорядоченными системами теоретическое описание аморфных полупроводников из первых принципов - одно из самых трудных занятий. Как отметил Дж. Займан в своей книге "Модели беспо­рядка", "беспорядок" - это не только хаос; этот термин предполагает нали­чие испорченного порядка. Не будет преувеличением, что это высказывание наибо­лее применительно к аморфным полупроводникам.

При рассмотрении влияния дополнительных факторов (наличие бол­тающихся и других слабых связей; легирование водородом и другими пассивирующими примесями; легирование донорными или акцептор­ными примесями) на электронные свойства аморфного кремния(a-Si) используются квантовые модели. В связи с проблемой водородных состояний в гидрогенизированном аморфном кремнии (a-Si: Н) особенный инте­рес представляют электронные свойства a-Si, а именно хвосты плотнос­ти состояний и поведение электронов в хвостах. В этих теориях исполь­зуется модель модифицированного беспорядка размещения и предпо­ложение о конечности возмущения (обусловленного связью Si-H) в электронном потенциале матрицы чистого Si. Как следствие этого, связи Si-H вносят локальные флуктуации, определяющие размытие кривых плотности состояний вблизи краев энергетических зон. Кроме того, эти связи Si-H служат барьерами для электронов проводимости и дырок и стремятся локализовать их.
Влияние топологического и количественного типов беспорядка на энергетические зоны. Структуру аморфных Si и Ge с тетраэдрической координацией часто рассматривают как кристалли­ческую, но с топологическим (отсутствие атомов, поры, неспаренные и оборванные связи и т.д.) и количественным беспорядком (отклонение длин связей и углов между ними от их значений в кристаллической решетке). Наиболее просто учет влияния беспорядка на энергетические зоны и электронные свойства проводится с помощью гамильтониана Уэйра—Торпа, записанного в виде интеграла перекрытия:


После исследования гамильтониана для аморфных полу­проводников (в особенности Si и Ge), исходя из модели полностью взаимосвязанной непрерывной случайной сетки, составленной из атомов с тетраэдрической координацией связей была создана модель аморфных полупроводников с идеальной структурой. Если предположить, что величины V1 и V2 постоянны по всему объему полупроводника, а энергетическая структура валентной зоны и зоны проводимости опре­деляется sp3 -гибридизацией связей, то можно показать, что ширина запрещенной зоны не равна нулю для любой случайной структуры плотность состоя­ний в системе с топологическим беспорядком можно рассчитать, рас­сматривая гамильтониан только для s-электронов. Эксперименты пока­зали, что идеальный a-Si может существовать только в модельном предс­тавлении. Тем не менее, использование этой простой, но не тривиальной модели для исследования свойств аморфного кремния по-прежнему перспективно. Более близкие к реальности, но сложные модели не могут успешно применяться без достаточно тщательного изучения простых.
Общая характеристика оптических спектров поглощения аморфных полупроводников.

Измерения спектров оптического поглощения - важнейший инструмент ис­следования электронной структуры полупроводников. В кристаллах до тех пор, пока справедливо приближение невзаимодействующих электронов и определяю­щую роль играет правило k-отбора, межзонное поглощение остается прямо свя­занным с электронной и зонной структурой. В этом случае эксперимент согла­суется с теорией количественно. Однако, как только полупроводник из класса кристаллических попадает в класс аморфных материалов, инструмент зонной теории теряет свое значение. В качестве ключевой проблемы здесь выступает задача установления физической картины оптических переходов в неупорядоченных системах.

Основное следствие отсутствия трансляционной симметрии - нарушение пра­вила оптического k-отбора. Под этим понимается потеря в процессах оптических переходов строгой избирательности, связанной с законом сохранения момента импульса. Происходит это в результате того, что блоховские состояния перестают быть собственными. Последнее обстоятельство оказывает особое влия­ние на форму кривой оптического поглощения вблизи его края. Следующий фак­тор - случайное распределение потенциала, обусловленное структурным беспо­рядком, приводит к появлению вблизи краев энергетических зон протяженных хвостов. По своему характеру электронные состояния в хвостах энергетических зон являются локализованными по андерсоновскому типу. При этом наличие передела подвижности влияет на спектры поглощения незначительно. Тенденция к локализации, проявляющаяся даже для размытых состояний, играет по отношению к пространственной корреляции волновых функций роль более важную, чем правила отбора в k-пространстве.

Межзонные переходы.
При температуре абсолютного нуля спектры межзонного поглощения не зависят от электронного спектра и определяются суммарной ско­ростью дипольных переходов между начальными и конечными состоя­ниями электронов:

Но для аморфных систем это выражение не подходит (кроме случаев прямого численного расчета спектров поглощения методом многоатомного кластера конечных раз­меров). Это происходит не только из-за трудностей в определе­нии собственных состояний, но и из-за непредсказуемого поведения пос­ледних в неупорядоченных системах.

Одним из приемлемых в этом случае приближений, которое будет здесь обсуждаться, является введение понятия "типичного" состояния с энергией Е. Такое понятие вводится всегда, когда предполагают, что определенная физическая величина, например подвижность, радиус локализации и т.д., энергетически зависима. Математичес­ки такие величины можно получить операцией усреднения всех состоя­ний с энергией Е, Плотность состояний р(Е) определяется обычно иным путем.
Край собственного оптического поглощения.

Дадим краткий обзор экспериментальных данных по спектрам опти­ческого межзонного поглощения в аморфных полупроводниках. При описании основных черт спектров важным моментом является то, что форма спектральных кривых всех аморфных полупроводников оказывается одной и той же и характеризуется наличием двух разделен­ных по энергиям областей. Спектральная кривая в первой области описывается показательной функцией Е и отвечает энергиям, большим ширины запрещенной зоны:




где показатель r имеет обычно порядок ~2, так что кривая описы­вается параболой. Выражение (2.2.4) часто используется для определе­ния оптической ширины запрещенной зоны аморфных полупроводников. Второй участок кривой, соответствующий меньшим энергиям, опи­сывается экспонентой:



Этот участок спектральной зависимости получил название хвоста Урбаха.
Структура связей аморфного кремния.

Большинство теоретических методов, позволивших успешно решать проблемы применительно к кристаллическим полу­проводникам, оказываются неприменимыми к аморфным. Основная причина — отсутствие в аморфных полупроводниках трансляционной симметрии. Здесь надо начинать с исследования очень примитивных особенностей атомных структур, таких как локальная симметрия, коор­динационные числа, химическая связь между ближайшими соседями и т.д. В некоторых случаях приходится устанавливать и химическую при­роду атомов, участвующих в связях.

Координационное число атомов Si в сетках a-Si: H

Ученые исследовали атомную структуру a-Si: Н, полученную плазменным осаждением. С помощью Фурье-преобразования дифрак­ционных кривых были построены радиальные функции распределения для атомов Si, определены их первое координационное число (КЧ1) и первое координационное расстояние (R1). Сравнение значений КЧ1 в пленках a-Si:Н, полученных методом разложения чистого силана в тлеющем разряде (TP-a-Si:H), и в a-Si:H, полученном методом реактивного распыления кремниевой мишени в га­зовой смеси Ar-H2 (PP-a-Si: Н), в зависимости от содержания в a-Si: Н атомов водорода, видно на рисунке.





КЧ1 в TP-a-Si:H при увеличении концентрации водорода(Сн) от 7 до 20% (ат.) уменьшается от 3,9±0,1 до 3,7±0,1; в то время как КЧ1 в PP-a-Si:H при увеличении Сн от 0 до 20 % (ат.) снижается от 4,0 до 3,3±1. Первое коор­динационное расстояние в обоих случаях остается неизменным. Эти результаты были получены в пред­положении пренебрежимой малости рассеивающей способности атомов водорода по сравнению с атомами кремния. С учетом результатов ис­следования инфракрасных(ИК)-спектров поглощения было объяснено паде­ние КЧ1 в TP-a-Si: Н до значения 3,7 Сн = 20% постепенным замеще­нием связей Si-H связями Si—Н2. В PP-a-Si: Н уменьшение КЧ1 до зна­чения 3,4 при Сн = 20% замещением связей объяснить не удается. В качестве возможного объяснения ученые выдвинули гипотезу о накоплении в PP-a-Si: Н атомов Аr, которые связаны в сетке a-Si с пустотами. Тот факт, что рассеивающие способности атомов Si и Аг различаются мало, а атомы Аг в пустотах имеют нулевое КЧ1, привел ученых к корректной величине КЧ1 для атомов Si. Другими словами, атомы Аr, образуя пустоты, изменяют сетку PP-a-Si: Н таким образом, что КЧ1 в такой сетке становится меньше значения для TP-a-Si:Н.
Фторизация аморфного кремния.

Фторизация аморфного кремния и получение смесей a-Si:F, a-Si:F:Н приводит к повышению химической и тер­мической стабильности a-Si и росту влияния легирования на свойства аморфного кремния. Исследование этих явлений с помощью методов ИК-спектроскопии, обратного резерфордовского рассеяния и анализа экстрагированных из a-Si газов на сегодняшний день дает достаточно точную картину хими­ческой связи атомов фтора с сеткой матрицы a-Si. Однако замечено некоторое несоответствие в идентификации природы пика ИК поглощения вблизи 1015 см-1 как пика, обусловленного колебатель­ной модой растяжения связи Si F. Результаты идентификации при­роды различных максимумов в ИК-спектрах в ряде работ сведены в таблице. Ученые считают, что пик поглощения 1015 см-1 обусловлен асимметричной колебательной модой атомной конфигу­рации Si-F3, в то время как пик 1010 см-1 приписывает­ся колебательной моде молекулы SiF4. Пик 1015 см-1 отнесен к асимметричным колебательным модам многоатомных колец (Si-F2).

Показано, что при термообработках относительная высота пика поглощения 1015 см-1 увеличивается; одновременно растет содер­жание молекул SiF4 в экстрагируемых из термообработанных образцов газах. Все это позволяет утверждать, что наиболее вероятной атомной конфигурацией, ответственной в a-Si: F за полосу поглощения 1015 см-1, является конфигурация SiF4.

Химическое состояние введенных атомов инертных газов.

Пленки a-Si:H, полученные методом реактив­ного распыления, могут содержать атомы инертных газов. (Последние входят в состав газовой смеси при распылении). Концентрация этих ато­мов может достигать нескольких процентов; это в свою очередь означает, что следующими за ближайшими соседями атома Si в а-Si:Н, могут быть атомы инертных газов.

Были исследованны химические состояние атомов Ne в a-Si:Н. Исследования проводились на термообработанных образцах методом модифицированной рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии(РФЭС) в области энергий, соответствующих KLL Оже-переходам для атома Ne. Параллельно выполнялись эксперименты по термической эффузии. В спектрах РФЭС, полученных для пленок негидрогенизированного a-Si (Ne) в вы­ращенном состоянии, наблюдаются два максимума А и С вблизи значе­ний энергий фотонов 819 и 814 эВ соответственно. Спектр водородсодержащих пленок a-Si: H (Ne) имеет только один С - максимум (816 эВ). Анализ изменений РФЭС-спектров, происходящих в результате термооб­работки, свидетельствует о том, что три различных максимума соответст­вуют трем структурным состояниям атомов Ne в сетке a-Si. В частности, максимум В наблюдается только в спектрах гидрогенизированных об­разцов. В то же время РФС-спектры 1s-, 2s- и 2р-оболочек Ne содержат по одному максимуму. Энергетическое положение этих максимумов в точности соответствует положению пиков в спектрах обоих образцов (с водородом и без).
Характеристика явлений переноса в аморфных полупроводниках.

Обычно электронный перенос в аморфных полупроводниках носит дисперсион­ный характер. С феноменологической точки зрения перенос называется дисперсионным, если нестационарный ток при измерении времени пролета электро­нов даже без переходных процессов спадает постепенно. С физической точки зре­ния перенос будет дисперсионным, если статистическое распределение значений дрейфовой подвижности электронов становится широким. Дисперсионный пере­нос обычно наблюдается в тех материалах, где значения времен отрыва носителей от ловушек или времен перескока их между ловушками, энергетические уровни которых расположены в запрещенной зоне, распределены с большой дисперсией. При оптической или зондовой инжекции в аморфный материал избыточные носи­тели очень быстро захватываются ловушками вблизи поверхности. Время релак­сации может быть меньше 10-10с. Затем захваченные носители термически высво­бождаются из ловушек и забрасываются в соответствующие зоны. Распределение времен этого процесса очень широкое. При повторных инжекциях, когда процес­сы захвата и освобождения ловушками носителей заряда неоднократно повторяют­ся, в образце формируется такое пространственное распределение носителей заря да, в котором уже нельзя различить вновь инжектируемые носители. Вот почему нестационарный ток при выключении инжектирующих импульсов спадает очень медленно. Кроме того, на кривой релаксации отсутствует пик, связанный с пе­реходными процессами. Такой эффект можно рассматривать как обобщенный процесс захвата носителей. В то же время можно очень точно измерить время освобождения носителей из ловушек, так как носители заряда при нестационар­ном токе можно собрать противоположным по знаку электродом. Средняя ско­рость дрейфа носителей к "электроду будет определяться в этом случае дрейфовой скоростью максимума гауссовского волнового пакета для свободных электронов. Такое же описание процессов можно применить и для наблюдаемой в аморфных полупроводниках прыжковой проводимости.

Исследования электронного переноса, проводимые с помощью измерений вре­мени пролета носителей заряда в a-Si:H, предпринимались во многих работах. Разноречивость опубликованных сведений свидетельствует о том, что электрон­но-транспортные свойства a-Si:H очень чувствительны к условиям получения мате­риала. Тем не менее, можно сделать некоторые обобщения:

l.B TP-a-Si:H (получен в тлеющем разряде) транспорт электронов имеет не­дисперсионный характер только при температурах выше комнатной. При более низких температурах электронный перенос становится дисперсионным. В то же время транспорт свободных дырок имеет дисперсионный характер во всем интервале исследованных в температур.

2. В пленках PP-a-Si:H (получен методом реактивного распыления) как элект­ронный, так и дырочный переносы обычно имеют дисперсионный характер. Наблюдался недисперсионный перенос электронов в PP-a-Si:H при температурах выше комнатной. Такой перенос электронов наблюдали даже в PP-a-Si:H, полученном в специальных условиях, уменьшающих концентрацию локализованных состояний. Ученые наблюдали также дисперсионный пе­ренос дырок в широком интервале температур.

Дисперсионность дырочного переноса в обоих материалах PP-a-Si:H и TP-a-Si:H означает, что плотность локализованных состояний вблизи потолка валентной зоны оказывается нечувствительной к методу и условиям получения. Такое пове­дение дырок в a-Si:H объясняется собственными флуктуациями состава.
Химическая связь и структура аморфных полупроводников.

Атом кремния имеет координационное число 4 и его структурная свобода мала. Поэтому в аморфном состоянии в определенных локальных участках долж­ны возникать значительные деформации. Когда эти деформации превышают оп­ределенный предел, полная энергия стремится уменьшиться за счет разрыва силь­но деформированной связи Si-Si. Оценки плотности свободных ("оборванных") связей, показали величину 1010-1020 см-3 в от­сутствие Н или F в a-Si.

Такая большая плотность свободных валентных связей не может быть сущест­венно уменьшена при помощи термообработки. В некоторых случаях термообработка уменьшает эту плотность до 1018 см-3, однако при этом считается, что такое уменьшение вызвано введением кислорода во время термообработки, ко­торый имеет координационное число 2.

Элементы Н и F имеют координационное число 1, поэтому, взаимодействуя со свободными валентными связями, они играют роль агентов, замыкающих связь (терминаторов). В то же время уменьшение свободных связей в a-Si с Н или F связано с возрастанием степени структурной стабильности за счет нали­чия Н и F с координационным числом 1. Наличие атомов с таким координацион­ным числом делает возможным существование структуры аморфного кремния, в которой отсутствуют сильные деформации и высокая плотность свободных связей.

Свободные связи с плотностью 1019-1020 см-3 могут быть полностью запол­нены, если содержание Н или F составляет около 0,1% (ат.). Эксперименты, однако, показывают, что для уменьшения плотности свободных связей необходи­мы значительно большие количества Н или F. Это свидетельствует о том, что Н и F не всегда наиболее эффективно заполняют свободные связи.

Известно также, что эффект уменьшения плотности свободных связей может быть различным, в зависимости от механизма растворения Н или F при одинако­вом их количестве. Поэтому очень важно изучить взаимосвязь механизма раство­рения Н или F и плотности дефектов.

Механизм растворения Н или F изучался путем измерения поглощения инфра­красного (ИК) излучения, связанного с различными колебаниями связей Si H или Si-F. Из ИК-измерений можно получить сведения о типе связей в системах SiH, SiH2, SiH3, (SiH2)n, SiF, SiF2, SiF3, (SiF2)n, SiF4. Однако из данных по ИК-поглощению нельзя сделать вывод о том, однородно ли распределены эти комп­лексы в пленке или образуют ассоциации.

В кристаллическом кремнии типичными дефектами являются отдельные вакан­сии, дивакансии и т.д. и существование изолированных свободных связей исклю­чается. Однако в аморфном состоянии изолированная свободная связь является типичным дефектом. Предполагается, что ЭПР-сигнал с g = 2,0055, наблюдаемый в a-Si, связан с наличием свободных связей.
Примеры практического использования аморфных полупроводников.
Модули солнечных элементов из аморфного кремния интегрального типа.

Модули a-Si солнечных элементов интегрального типа представ­лены на рисунке. Приведенные на рисунке структуры названы модуля­ми I, II и III типов соответственно.

В модуле I типа [40] каждый элемент соединяется последовательно на краю угла элемента, пленка a-Si не разделяется и модуль формирует­ся почти на всей поверхности подложки стекло/ОИО (или SnO2).

В модуле II типа элементы соединяются вдоль всей боковой границы, а пленка a-Si разделена. В модуле III типа к каждой прозрачной проводя­щей пленке модуля I типа добавляется токосборный контакт. Такие моду­ли a-Si-солнечных элементов интегрального типа могут давать высокое выходное напряжение.

Интегральные солнечные модули могут производиться следующим образом. Например, в модуле I типа (рис. 5.2.5, б) первыми на стеклян­ную подложку осаждается ряд разделенных прямоугольных прозрачных контактов. Далее на прозрачные контакты через соответствующую метал­лическую маску реально осаждаются р-, i- и n-слои; затем на слои a-Si через соответствующую маску наносятся алюминиевые контакты. Алю­миниевый контакт первого элемента находится в соединении с прозрач­ным контактом второго элемента по всей боковой границе, таким образом эти два элемента соединены последовательно. При производстве интег­ральных модулей все соединения между элементами при использовании соответствующей металлической маски могут быть выполнены одновре­менно, таким же образом, как этой делается в процессе производства интегральных схем. При таком производстве интегральных модулей ис­пользуются преимущества образования a-Si путем плазменной реакции.

Модули I типа могут быть получены процессом, аналогичным описан­ному выше, но с той разницей, что пленка a-Si не разделяется. В модуле III типа, приведенном на рис. 5.2.5, в на каждый разделенный прозрачный контакт осаждается токосборная сетка и модуль получается в том же процессе, который использовался для производства модуля II типа.

Потери мощности PL из-за сопротивления лицевого контакта предвари­тельно были рассчитаны для всех трех типов интегральных модулей мето­дом, описанным ранее. Результаты расчетов представлены на рис. 5.2.6. Как видно из рисунка, PL быстро снижается с увеличением числа солнеч­ных элементов на подложке интегрального модуля N. Снижение потери мощности, обусловленной размерным эффектом элемента, можно умень­шить путем использования структуры интегрального типа.

В последние годы отмечается расширяющееся применение солнечных батарей на основе a-Si в товарах широкого потребления. Это связано с тем, что потребление мощности товарами широкого потребления значи­тельно снижено за счет использования интегральных схем, а также все возрастающими требованиями к экономии энергетических ресурсов.

Интегральные солнечные модули на основе a-Si обладают рядом преи­муществ перед солнечными батареями на основе монокристаллического кремния.

  1. Интегральные солнечные модули на основе a-Si, изготовленные на одной подложке, дают высокое выходное напряжение и нет необходимос­ти в соединении каждого элемента с токоведущими проводами, как это
    делается в случае солнечных элементов на основе монокристаллического
    кремния.

  2. Спектральный состав, к которому высока чувствительность солнеч­ных элементов на основе a-Si, подобен спектральному составу флуорес­центного света. По этой причине a-Si-солнечные элементы пригодны
    для использования в помещении.


Изготовление тонкопленочных транзисторов и их характеристики.

Со времени опубликования в 1979 г. данных о создании перво­го тонкопленочного транзистора(ТПТ) на основе a-Si появилось много сообщений, посвященных не только фундаментальному изучению собственно a-Si-ТПТ, но и их исполь­зованию в таких областях, как логические схемы, датчики изображения, панели дисплея на жидких кристаллах с адресацией и приборы с зарядовой связью.

Из рассмотрения результатов этих исследований сделаны следующие заключения о преимуществах a-Si-ТПТ:

1. Большое отношение вкл./выкл., имеющее порядок величины вы­ше шести, из-за высокого сопротивления a-Si обусловливает то, что при­бор не требует какой-либо специальной изоляции, как в приборах с р-п-
переходом, и может быть изготовлен с упрощенной структурой.

  1. Транзисторы изготавливаются при низких температурах ( <350°С), так что возможно их применение в приборах большой площади на стек­лянных подложках малой стоимости.

Все процессы получения a-Si-ТПТ могут выполняться с помощью обычной фотолитографической техники, что обеспечивает воспроизво­димость, дешевизну производства и высокую степень интеграции. Од­нако малая подвижность эффекта поля, обычно порядка 0,1 см2/(В*с),
и низкая надежность a-Si, обусловленная выделением водорода, вероят­но, приведут к некоторым затруднениям в применении приборов.

Применяются ТПТ, например, в логических схемах, но наиболее привлекательным является использование a-Si-ТПТ в пане­лях дисплеев на жидких кристаллах. Связано это с тем, что транзистор
a-Si-ТПТ является одним из немногих нелинейных приборов, которые
могут применяться в устройствах большой площади.

Заключение.

Как видно из моего реферата, аморфные полупроводники могут найти и находят широкое практическое применение. Однако пока, по моим сведениям, наибольших успехов в исследовании полупроводников достигли японские, а не российские, ученые…

Список литературы:

  1. Под редакцией Й. Хамакавы “Аморфные полупроводники и приборы на их основе” М., “Металлургия” 1986.

  2. Мотт Н., Дэвис Э. “Электронные процессы в некристаллических веществах”, пер. с англ., М., 1974.

  3. Пасынков В. В., Сорокин В. С. “Материалы электронной техники” М., “Высшая школа” 1986.

referat-po-specialnosti-odno-iz-uslovij-postupleniya-v-aspiranturu-v-kotorom-kratko-s-opredeleniyami-i-vivodami-izlagayutsya-osnovnie-polozheniya-temi-ili-problemi.html
referat-po-speckursu-fizika-i-tehnika-vakuuma-vakuumnie-truboprovodi-svarnie-germetichnie-soedineniya.html
referat-po-stilistike.html
referat-po-tehnologii-neuvyadayushee-leto.html
referat-po-teme-adresaciya-v-internet-ip-dns.html
referat-po-teme-biosfera-posledstviya-tehnogennogo-vozdejstviya-na-biosferu.html
  • esse.bystrickaya.ru/rabochaya-uchebnaya-programma-po-discipline-istorii-gosudarstva-i-prava-zarubezhnih-stran.html
  • exchangerate.bystrickaya.ru/gabitoskopiya-ponyatie-i-sushnost-2.html
  • studies.bystrickaya.ru/birzhevie-sdelki-chast-13.html
  • prepodavatel.bystrickaya.ru/tri-s-s-kotorih-v-s-katkalo-perevodchiki-kand-ekon.html
  • literatura.bystrickaya.ru/sabati-ou-dstemelk-zhospari-tkzlu-kn-27-11-2015-zh.html
  • writing.bystrickaya.ru/avtomatizaciya-processa-spekaniya-agloshihti.html
  • uchit.bystrickaya.ru/tamozhennie-lgoti-chast-3.html
  • education.bystrickaya.ru/4-kachestvo-podgotovki-specialistov-otchet-po-itogam-samoobsledovaniya-oblastnoe-gosudarstvennoe-obrazovatelnoe.html
  • university.bystrickaya.ru/gosduma-rf-monitoring-smi-22-fevralya-2007-g.html
  • abstract.bystrickaya.ru/-2-lichnostnie-i-psihologicheskie-faktori-priobsheniya-k-narkotikam-profilaktika-narkomanii-v-seme.html
  • znanie.bystrickaya.ru/azastan-respublikasi-dlet-ministrlgn-2014-2018-zhildara-arnalan-strategiyali-zhospari.html
  • thescience.bystrickaya.ru/iii-narkotiki-i-mestnie-rinki-nezakonnaya-torgovlya-narkotikami-v-rossii.html
  • predmet.bystrickaya.ru/sovmestnaya-ekologicheskaya-proektnaya-deyatelnost-vzroslih-v-korrekcii-rechi-detej-i-oznakomleniyu-ih-s-okruzhayushim.html
  • college.bystrickaya.ru/2tele-i-radio-efiri-tekst-3-informacionnie-agentstva-monitoring-01-12-2011.html
  • upbringing.bystrickaya.ru/literatura-knigi-v-obyazatelnom-poryadke-dolzhni-imet-upakovku-stranica-7.html
  • student.bystrickaya.ru/2-400-osnovnaya-obrazovatelnaya-programma-visshego-professionalnogo-obrazovaniya-razrabotchik.html
  • paragraf.bystrickaya.ru/zhargonnaya-i-argoticheskaya-po-proishozhdeniyu-leksika-i-frazeologiya-v-sovremennoj-periodike.html
  • pisat.bystrickaya.ru/suveniri-iz-egipta.html
  • uchenik.bystrickaya.ru/civilizacii-vo-vselennoj.html
  • institut.bystrickaya.ru/tablica-5-sostav-i-obem-prakticheskih-zanyatij-rabochaya-programma-disciplini-en-f-03-fizika-ukazivaetsya-naimenovanie.html
  • kontrolnaya.bystrickaya.ru/promezhutochnij-otchet-o-rabote-kraevoj-eksperimentalnoj-ploshadki-po-teme-formirovanie-modeli-socialnogo-partnerstva-v-usloviyah-selskoj-obsheobrazovatelnoj-shkoli.html
  • education.bystrickaya.ru/1-tema-36-antropocentrizm-kak-mirovozzrencheskij-metodicheskie-ukazaniya-k-vneauditornoj-samostoyatelnoj-rabote.html
  • occupation.bystrickaya.ru/obyazatelnaya-uchebno-metodicheskij-kompleks-dlya-zaochnogo-obucheniya-kemerovo-2005.html
  • testyi.bystrickaya.ru/article-17-statya-17-postanovlenie-o-vvedenii-v-dejstvie-zakona-o-regulirovanii-eksporta-i-importa.html
  • credit.bystrickaya.ru/oglyadivayas-nazad-vsegda-porazhaeshsya-tomu-kak-udivitelno-bistro-i-nezametno-letyat-godi-kazhdij-raz-osoznayosh-etot-fakt-kogda-prihodit-vremya-ocherednogo-tvoeg-stranica-32.html
  • otsenki.bystrickaya.ru/socgarantij-eks-gubernatoru-ne-budet-rezonansnij-zakonoproekt-otozvan-fontankaru-22112006.html
  • turn.bystrickaya.ru/otchet-o-hode-realizacii-plana-meropriyatij-programmi-razvitiya-konkurencii-v-stavropolskom-krae-na-2010-2012-godi-za-1-kvartal-2011-goda.html
  • portfolio.bystrickaya.ru/osnovnaya-obrazovatelnaya-programma-po-napravleniyu-030300-psihologiya-avtorskaya-magisterskaya-programma.html
  • report.bystrickaya.ru/harper-san-francisco-a-division-of-harper-collins-publishers-1993.html
  • learn.bystrickaya.ru/europe-jurrrp-listen-watch-and-speak-dlya-studentov.html
  • lecture.bystrickaya.ru/9-metodika-rascheta-nds-otdelnogo-vipuska-v-vodotok-metodika-rascheta-normativov-dopustimih-sbrosov-nds-veshestv.html
  • shpargalka.bystrickaya.ru/utverzhdena-prikazom-minpromtorga-rossii-ot-2010-g-stranica-6.html
  • zadachi.bystrickaya.ru/pravosubektnost-fizicheskih-lic.html
  • zadachi.bystrickaya.ru/stil.html
  • znanie.bystrickaya.ru/azastan-respublikasi-ilmisti-zanamasi-bojinsha-oritudi-imi-zhne-trler-trinbaj-sem.html
  • © bystrickaya.ru
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.