Анотація до роботи:

Вовк Я.М. Процеси переносу та захоплення носіїв заряду в гетеросистемах аморфна плівка – кристалічний кремній. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.10 – фізика напівпровідників та діелектриків. Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, Київ, 2005.

В дисертаційній роботі досліджуються механізми переносу та захоплення носіїв заряду в гетеросистемах a-Si:H(Er)/c-Si, SiO₂(Ge)/c-Si та a-SiC/c-Si, механізм електролюмінесценції в гетероструктурі a-Si:H(Er)/c-Si, а також вплив низькотемпе-ратурної ВЧ плазмової обробки на електрофізичні та оптичні властивості гетеросистем SiO₂(Ge)/c-Si та a-SiC/c-Si. В результаті проведених досліджень було встановлено механізми переносу носіїв заряду в гетеросистемах a-Si:H(Er)/c-Si, SiO₂(Ge)/c-Si та a-SiC/c-Si, показано, що у випадку гетероструктур a-Si:H(Er)/c-Si і
a-SiC/c-Si струм визначається як електронами, так і дірками. Базуючись на дослідженні процесів струмопереносу і глибоких рівнів, що виникають в забороненій зоні плівки a-Si:H при введенні атомів Er, побудовано модель збудження ЕЛ в гетероструктурі a-Si:H(Er)/c-Si, яка полягає в захопленні та рекомбінації носіїв заряду на електронно-діркових станах, з енергіями E_C-0.55 еВ та E_V+0.400.44 еВ, розташованих поблизу ербієво-кисневого комплексу, з послідуючою резонансною передачею енергії електрону, що знаходиться на внутрішній оболонці іону ербію ⁴I_15/2 із його переходом на рівень ⁴I_13/2.

Вперше продемонстрована можливість суттєвого покращення стабільності роботи електролюмінесцентних приладів на основі шарів SiO₂, що містять нанокластери Ge за допомогою низькотемпературної ВЧ плазмової обробки. Крім того, показано, що низькотемпературна ВЧ плазмова обробка призводить до суттєвого покращення омічності контакту Al/a-SiC.

В дисертаційній роботі викладено результати комплексного дослідження властивостей гетероструктур на основі кремнію: a-Si:H(Er)/Si, SiO₂(Ge)/Si і а-SiC/Si. Проведено дослідження впливу низькотемпературної ВЧ плазмової обробки на властивості гетероструктур SiO₂(Ge)/Si і а-SiC/Si.

Основні наукові результати дисертації, висновки та практична цінність роботи полягають в наступному:

1. Встановлено, що в електролюмінесцентних гетероструктурах a-Si:H(Er)/n-Si в режимах, при яких спостерігається ЕЛ на довжині хвилі 1.54 мкм, відбувається ефективне захоплення дірок в плівці a-Si:H(Er), при цьому проходження струму обумовлюється тунельно-рекомбінаційним або тунельно-активаційним процесом за участю дірок з енергією активації близько 0.4 еВ.

2. Визначено, що в забороненій зоні плівки a-Si:H(Er) при легуванні її атомами ербію виникають пастки для електронів і дірок з енергіями E_C-0.55 еВ та E_V+0.400.44 еВ, відповідно. Запропоновано механізм збудження ербієвої ЕЛ, який визначається захопленням та рекомбінацією носіїв заряду на електронно-діркових станах, розташованих поблизу ербієво-кисневого комплексу, з послідуючою резонансною передачею енергії електрону, що знаходиться на внутрішній оболонці іону ербію ⁴I_15/2 із його переходом на рівень ⁴I_13/2.

3. Показано, що транспорт носіїв заряду в гетероструктурі SiO₂(Ge)/c-Si при високих електричних полях (до 10 МВ/см), при яких спостерігається інтенсивна ЕЛ, відбувається шляхом інжекції електронів, які тунелюють через трикутний бар’єр на межі поділу SiO₂-Si за допомогою пасток заряду, що розміщені в забороненій зоні діоксиду кремнію на глибині E_C-1.8 еВ, із послідуючим частковим захопленням на електронні пастки в об’ємі плівки SiO₂ із перетинами захоплення s₁=1.410^-16 cм^-2, s₂=2.410^-17 cм^-2 і s₃=2.110^-18 cм^-2.

4. Виявлено, що низькотемпературна ВЧ плазмова обробка, при значних потужностях (Р_пл1.2 Вт/см²), призводить до ефективного відпалу як структурних дефектів ізолюючої матриці SiO₂, так і люмінесцентних центрів типу нейтральної кисневої вакансії (Si-Ge і Ge-Ge). Однак, після ВЧ плазмової обробки в оптимальному режимі (Р_пл=0.7 Вт/см², Т_під=200 ⁰С) відбувається упорядкування матриці SiO₂ із одночасним збереженням концентрації люмінесцентних центрів, що призводить до збільшення тривалості роботи приладів на основі гетеросистеми SiO₂(Ge)/c-Si більш, як у три рази, крім того, майже в чотири рази зменшується деградація інтенсивності ЕЛ.

5. Встановлено, що в гетероструктурі a-SiC/p-Si, в залежності від температури та напруги, при прямому зміщенні транспорт носіїв обумовлюється трьома процесами: стрибковою провідністю електронів по станах локалізованих поблизу рівня Фермі; тунельно-активаційним процесом за участю дірок із змінною енергією активації; дірковим струмом обмеженим просторовим зарядом із захопленням на станах експоненційно розподілених по енергії. Зворотний струм визначається стрибковою провідністю електронів по станах локалізованих поблизу рівня Фермі та тунелюванням електронів із зони провідності кремнію до зони провідності карбіду кремнію через трикутний бар’єр на межі a-SiC/p-Si.

6. Виявлено, що низькотемпературна ВЧ плазмова обробка призводить до збільшення щільності дефектів локалізованих поблизу рівня Фермі в плівці a-SiC, внаслідок чого відбувається зростання струму через гетероструктуру a-SiC/p-Si при температурах до 300 К, однак при температурах 300 К і вище плазмова обробка практично не впливає на механізми переносу носіїв заряду. Внаслідок інтенсивного бомбардування іонами приповерхневої області плівки a-SiC відбувається зменшення опору контакту Al/a-SiC більш ніж в три рази при максимальній температурі плазмової обробки (340⁰С).

7. Побудовано комплексну автоматизовану установку та створено програмне забезпечення, яке дозволило реалізувати на її основі значну кількість електро-фізичних методик в широкому діапазоні температур 80 – 450 К.