Введение к работе
Актуальность тема. Расширение исследований в области технологии и изучения физических свойств аморфных полупроводников вызвано как интересом к особенностям электронных процессов з этих материалах, так а значительными успехами их практического применения.
ОСОбОе МеСТО, СрЭДИ -аМОрфНИХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ, 22НИ-
мадт аморфний-гидрированный . кремний. (a-Sl:H) и сплавы на его основе. Главным моментом, спредэливзкм развитие интереса к этому классу материалов, явилась возможность значительно уменьЕить концентрацию внутренних дефектов пассивацией их водородом в процессе роста пленок. Исследования, выполненные в этом направлении, показали, что соответствующая плотность электронных состояний в заггоекеннсй зоне a-Si:H может быть
тс _о _т
уменьшена до уроЕяя порядка 10*" см эВ * при содержании Еодорода около 10 ат.%. Полученные материалы обладают проводимостью, ОЛИЗКОЙ К ССбСТЕЭННОЙ, высокой фоточувстЕитэль-ностьа и могут эффективно легироваться в области электронной и дырочной проводимости.
3 плане оззеития применений материалов этого класса в области оптоэлектронкки возникла необходимость создания полупроводников с более узкой, чем у a-Si:K, шириной запрещенной зоны, ко не уступающих эму по фотоэлектрическим свойствам. Наибольшей перспективой в решении зтсй задачи обладают сплавы кремния и германия ta-SlGe:K). Однако, возникают проблемы, связанные с тем, что условия эффективно-' го гидрирования этих материалов несколько отличаются от условии связывания водорода оборванными связями.. в сплаве кремния и германия, так как они имеют различную энергия.
ЗперЕые такие сплавы были получека '.разложением" смзсм слланз и германа в плазме тлеющего разряда 11].:Этот .-технологическая метод позволяет подучить материалы, высокого качества, но сопряген с рядом технических трудностей (Соль'пие расходы смеси опасных и токсичных газов, необходимость' высоких скоростей откачки для поддержания необходимого состава
- ц -
газовой смеси в реакторе). С другой сторош, предпринимались попытки получения таких сплавав, путем совместного распиле-, кия кремния и германия из~ твердой мишени в шіазме аргона и водорода, с псмсцыв диодных и магнетронних распылительных систем. Этот метод лишен недостатков предыдущего, но уступает по качеству получаемых материалов. Следует отметить, что потенциальные возможности использования реактивного распыления в данном направлении наследованы недостаточно. Применение неактивного распыления для разработок прамыиленкых технологій более привлекательно, чем метод плазменного раз-
*тг№Ситт»а н><агг иот/ тттт тлалтпгітаит.ттг ттлттлтті.отгат/іа рігоипот^"ііпа
*kU
оборудование и оно экологически чисто.
Наибольший практический интерес еызывзют сплавы a-Si^Ge^rH в .области X--Q.2 - 0.4 при иирике запрещенной-зоны 1.4 - 1.5 эВ, находящие свое применение в тснксяленоч-ных фотоэлементах, слоях фотогенерации покрытий барабанов лазерных принтеров, приборах,формирующих изображение, и в фо-тосенсорах,раоотазщих с твердотельными лазерами.
Цель работы заключается в следующем:
I. Разработка и создание установки, в' которой можно
создания аморфных гидрированных силзеое германия и кремния.
-
Исследование эффективности гидрирования пленок в зависимости от параметров плазмы тлекцего разряда: состава гз-зсеон смеси, потенциала смещения подложки, температуры подложки, величины и геометрии магнитного поля в магнетроне.
-
Сравнение эффективности гидрирования аморфного кремния, германия и сплззсз на их основе, как при синтезе водороде седэрхаддх комплексов 2 процессе .распыления составных мішеней из этих материалов в плазме аргона и Еодсрсдз, так к при одновременном распылении германиевая милени и рэздезэ-нии силака в плазме тдэицого разряда.
-
Оптимизаций процесса распыления германиевой міщани в магкегронном реактивном процессе, в атмосфере смеси аргона, силане и. Еодооодэ-, с целью получения сялзЕов . a-SIGs:H с
ВЫСОКОЙ фОТОЧУЕСТЕИТеЛЬКССТЬЮ. '
Научная новизна подученных результатов состоит в следующем:
1. Проведено сравнение электронных, свойств a-Sl:H,
полученных распылением в магнетронная реактивном процессе
кристаллической кремниевой мішена в атмосфере смеси зргонз и
водорода и газовой смеси, где водород замешен таким же коли
чеством оалана. Показано, что в последнем случав скорость
напыления возрастает з несколько раз, а светочувствительность
кз порядок величина, достигая значений, характерных для
лояения склана в плазме тлеющего разряда. При этом s магнетроне расход сидана понижается на дез порядка величины.
-
Показано, что при получении сплавов a-Slj_x Ge :Н в магнатронком реактивном процессе замена распыления составной мишени в атмосфере аргона и водорода на распыление германиевой мишени в атмосфере газовой смеси содержащей силан приводят к значительному улучшении фотоэлектрических СВОЙСТВ. Получены и исследована материалы с 0.5 > х > 0 и ширинами запрещенных зон 1.3 - 1.8 эВ.
-
Экспериментально показано, что при реактивном магнэ-троннсм распылении германия в атмосфере аргона к водорода параметром,наиболее сильно влияющим на.содержание водорода в пленке, является веде шнз электрического потенциала смещения
«rinnp^nvrT ТяЧ! ТТЛІ* пттптлтгсттпа ттт.тлп»л /ттгчтАлт.тта ттт.цгл ттА»патттгт»аттс\
плазмы, смеазнии.подложки содержание водорода макет быть увеличено в 1.5 раза.Отмечается,что при росте абсолютной величины отрицательного потенциала смещения подлошш относительно потенциала плазмы возрастает концентрация моногкдрид-ных связей.
Практическая ценность работы:
I. Разработана магнетронная система для получения сила-вое a-SIj^Ge^H, использующая одновременно реактивнее распыление германия а рэзлоконие сялана в плазма тлевсвго разряда. Система позволяет снизить расход Ередных и опасных газов до минимального уровня и сохраняет премуцества магнэ-
трокннх систем.
2." Разработана технология осаздения пленок a-SlT_xGe,,:H, обладающих высокой фотсчувстЕительностыз.в области х от 0 до 0.35,которые расширяют применение аморфных гидрированных полупроводников в область квантов света с энергией до 1.4 эВ.
3. Разработана технология нанесения оптических покрытий на основе a-Ge:H, обладающих прозрачностью в 4-5 раз боль-геи, чем покрытия иг a-Ge.
Научные полояения, выносимые на задиту:
1. Пси распылении кремниевой мииени в магнетроне в ат
мосфере смеси аргона к сплава парциальное давление стлана и
ОГ"*^ ПОГ»УГЛ1Т ««ППТГ-Ті ЛсГ***С »Г» »Q ITt ЯГО tTIT tJO 1TDQ tTATMJtTCfO ТТГ\ rtT1DT>tIOtlT»M
.I* V UUWAW^ 1UVS* J < ******* JknwUWIHUttM UU ,»l Ш ММ*Л1,нАи UU WbfV.*4**W***bW
с традіпсюнними диодными реакторами. Скорость роста пленки при этом практически не изменяется и составляет 0.5 мкм в
'ТОГ»
2. Показано, что при распылении кремния в магнетронной
системе в смеси аргона а силена эффективность гидрирования
висе, чем при распылении в смеси аргона и водорода при том
м.ч wt^~w»> АЬЧЫО.С****.* .» UUW*«i*tUUWlWU it*W*bt**WW*«*. W^ ^U ij b!W*OU4
кость материалов, тт.
получаемых в методе тлеющего разряда. .
2. Установлено, что в едином технологическом процессе получения сплавов a-Slr_xGex:H могут быть одновременно совмещены оптимальные условия распыления германиевой мишени и разложения силана в плазме тлеющего разряда. При этом для материалов с х < 0.35 при вирине запрещенной зоны больше 1.5 зЗ сохраняется високая фоточувствительность, которая бистро уменьшается для осльеих х к мэньпяа гкркн запреіцеккнх зон.
4. Величина потенциала электрического смещения псдлоаки наиболее сильно влияет на концентрации водорода е пленках как a-Si:H. так к a-Ge:И, Однако,введенный таким образом дополнительный водород ке приводит к росту фотопроводимости.
Апробация результатов работа.
Резульччвты работа: докладываясь на Ме:кдунзродкой конфе-
- 7 ~
г.), І4-й Мездунзродяой конференции па зкорфкш полупроводникам (Гзрмви, Германия, 1991 г.), Меадукзроднсй конференции
Международной конференции по электрографии (Москва, 1991
ВОДНИКИ И ИХ ПрКМЄКЄКІІ9и (ЛЭНИНГрЗД, IS9I Г.), 2-ОЙ ЕС8С0?ЭЗ-
кой научной конференции "Фотоэлектрические явления в полупроводниках" (Ашхабад, 1991 г.), 1-ой Республиканской кон-ференти молодых ученых и специалистов (Алма-Ата, 1991 г.), 3-м всероссийском научном семинаре "Ноеш матеріал: для геліоенергетики" (Гелинджкк, 1992 г.).
тчппаптогггтгх nmr/lnrfvnDDtin О поЛлії rro"HCiimtjt. unwnnttv rrr»rroa*rni7
E конце реферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литература из ИЗ наименований. Робота изложена на ПО страницах, включая 4 таблицы, 33 рисунка.
