Общая характеристика аморфных сплавов кремния. гидрогенизация, кристаллизация и полимеризация

В данной статье представлены результаты исследований физических свойств гидрогенизированных аморфных тонких пленок сплавов a-Si_1-xGex:H и a-Si_1-xC_x:H, полученных плазма-химическим осаждени­ем. Определены оптические константы (n, n1, a, R, d) и ширина запрещенной зоны исследуемых пленок (E₀ = 1,05-3,00 эВ). На основании исследования оптических свойств различных режимов осаждения (Т_под, d, H₂), температура подложки, толщина пленок и уровень гидрогенизации сплавов характеризуются раз­личными структурными фазами. С изменением технологических параметров получаются также различные структурные и полимерные фазы кристаллитов: нанотрубки, нанопроволока, наночастицы, квантовые ямы, квантовые точки, графены, графиты, графины, фуллерены, алмазные частицы, кластеры и др.

Структура осажденных пленок hk-SkH является смешанной-двухфазной и состоит из нанокристаллитов hk-SkH, «распределенных» в аморфной сетке. Отжиг кристаллических пленок при температуре 700 ^оС увеличи­вает размер кристаллитов до 50-100 А^о в диаметре, а проводимость изменяется слабо. Также при введении водо­рода в аморфную пленку кремния при низких температурах (Ts < 100 °C) с более высоким содержанием водорода (~ 30 атм. % и более), материал содержит избыток группы SiH3, а также несколько больше водорода в поли­мерном виде (SiH2)n. Концентрация углерода и водорода в пленках a-Si_1-xC_x:H зависит от условий осаждения и исходной газовой смеси SiH₄, CH₄, H₂. В зависимости от выбора режимов с повышением концентрации водорода H₂ и CH₄ пленки осаждаются в полимерном виде.

1. Наджафов Б. А., Оптоэлектронные свойства тонких пленок α-Si1-xGex:H (x = 0 ÷ 1). Успехи прикладной физики, фотоэлектроника, 2018, том 6, № 3, с. 242-251.

2. Наджафов Б. А., Исаков Г. И. Получения пленок аморфного гидрогенизированного карбидакремния α-Si1-хGeх:H (х = 0 ÷ 1) для фотоэлектрических преобразователей // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2007. – № 11. – С. 177-179.

3. Наджафов Б. А. Определение содержания водорода в аморфных пленках твердого раствора α-Si1-xCx:H оптическим методом // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2005, № 1, (21), с. 30-34.

4. Наджафов Б. А. Фотовольтаические эффекты в аморфных пленках α-Si0,80Ge0,20:Hx // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2005, № 3, (33), р. 59-63.

5. Наджафов Б. А., Исаков Г. И. Фотопроводимость аморфных пленках α-Si0,80Ge0,20:Hx для солнечных элементов // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2005, № 2, (22), р. 35-37

6. Наджафов Б. А., Исаков Г. И. Оптические свойства аморфных пленок твердого раствора α-Si1-xGex:H с различной концентрацией водорода // ЖПС. – 2005. – V. 72. – № 3. – С. 371-376.

7. Najafov B. A. Solar cells based on α-Si0,80Ge0,20:H amorphous films // Укр. Физ. журн., 2005, т. 50, № 5, р. 477-482

8. Наджафов Б. А., Исаков Г. И., Фигаров В. Р. Оптические свойства гидрогенизированных аморфных пленок твердого раствора α-Si0,85Ge0,15:H // Прикладная физика. – 2004, № 4, с. 107-114.

9. Наджафов Б. А., Исаков Г. И., Фигаров В. Р. Оптические свойства гидрогенизированных аморфных пленок твердого раствора α-Si0,85Ge0,15:H // Прикладная физика. – 2004. № 4. – С. 107-114.

10. Najafov B. A., Fiqarov V. R. Hydrogen content evaluation in hydrogenated nano crystalline silicon and its amorphous alloys with germanium and carbon // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2010. – V. 35. – Р. 4361-4367.

11. Наджафов Б. А. Электронные и оптические процессы гидрогенизированных тонких пленок кремния – германия и перспективы их применения. – Баку, 2013, с. 397.

12. Brodsky M. H., Cardona M. Infrared and Raman spectra of the silicon-hydrogen bands in amorphous silicon prepared by glow discharge and sputtering // Phys. Rev. B, 1977, v. 16, № 8, p. 3556-3571.

13. Брус В. В., Солован М. Н., Майструк Э. В., Козярский И. П., Марьянчук П. Д., Ульяницкий К. С., Rappich J. Особенности оптических и электрических свойств поликристаллических пленок CdTe, изготовленных методом термического испарения. Физика твердого тела. – 2014, вып. 10, стр. 1886-1890.

14. J. Tayes, Grigorovici Retal. Optical properties and electronic structure of amorphous germanium. // J. Non-Cryst. Sol. –1966, v. 15. – №1, р. 627-630.

15. Бокий Г. Б., Порай-Кощиц М. А. Рентгеноструктурный анализ. Под. ред. акад. Н. Б. Белова. – М.: МГУ, 1964, 488 с.

16. Singh J., Budhami R. C., Chopra K. L. Vibrational spectra of hydrogen in silicon and germanium // J. Appl / Phys., 1984, v. 56, p. 109-114.

17. Фиговский О. Л., Наджафов Б. А., Исаков Г. И. Рост нанокристаллических структур в аморфногидратированных пленках кремния (α-Si:H) / Вестник дома ученых Хайфы. 2008, т. XIV, спец. вып., с. 14-23

18. Наджафов Б. А. Получение тонких пленок для создания солнечных элементов фотоника. – № 2, 44. – 2014, с. 72-88

19. Kongo A., Kitahama H. Электрические свойства легированного азотом SiC, спеченного без приложения давления // J. Ceram. Soc. Jap., 1999, v. 107, No 1248, p. 757-761.

20. Фрицще Х. Аморфный кремний и родственные материалы. – М.: Мир, 1991, 395 с.

21. Hasegawa B. S., Imai X. Annealing effects on relationships between E. S. R., electrical and optical properties in α-Si:H // Phil. Mag. B., 1982, v. 45, No 3, p. 347-360.

22. Fang C. J., Cryntz K. J., Ley L., Cardona M. The hydrogen content of α-Ge:H and α-Si:H as determined by IR spectroscopy gas evolution and nuclear reaction techniques // J. of Non.-Cryst. Solids, 1980, v. 35-36, p. 255-260.

23. Наджафов Б. А., Исаков Г. И. Электрооптические свойства аморфно-гидрированных пленок кремний-германий (α-Si1-xGex:H) и создание трехслойных фотоэлементов на их основе // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2007, № 11, с. 174-176.