Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

Personal portfolio

Гидрированный аморфный кремний (a-Si:H) и сплавы на его основе являются весьма привлекательным материалом для создания целого ряда электронных устройств, среди которых солнечные элементы, матрицы тонкопленочных транзисторов, фотоприемники и т.п.. Ввиду того, что данный материал является структурно-неоднородным, то особое внимание исследователей уделялось взаимосвязи между структурными особенностями и распределением электронных состояний, наиболее простой способ изучения которых состоит в измерении спектра оптического поглощения.

В данной работе исследовалась микроструктура и оптическое поглощение пленок a-Si:H, полученных в плазме НЧ разряда. Как было установлено методами атомно-силовой микроскопии, характерным элементом микроструктуры поверхности данных пленок являются кластеры диаметром 20-50 нм. Измеренные спектры оптического поглощения имели характерные топологические особенности в виде пика в низкоэнергетической части спектра, амплитуда которого достигала 103 см-1.

Для объяснения полученных результатов было выдвинуто предположение, что в объеме материала, так же как и на поверхности, присутствуют структурные неоднородности в виде кластеров. При этом кластер, по аналогии с моделью квантовых ям М.Х.Бродски [1], представляет собой квантовую точку, которая образованна практически "чистым" a-Si, а широкозонная - областями с повышенным содержанием водорода.

Тогда для материала, содержащего произвольно расположенные включения в виде кластеров, его диэлектрическую функцию ε* можно связать с поляризуемостью кластеров α* уравнением Максвелл-Гарнетта:

,                                         (1)

где εh- диэлектрическая функция областей с повышенным содержанием водорода, N - концентрация кластеров. Приняв α* равной обычной поляризуемости сферы радиусом R:

,                                             (2)

где εs- диэлектрическая функция областей образованных практически "чистым" a-Si, найдем оптическое поглощение по известной формуле:

.                              (3)

Расчет линейного оптического поглощения по формуле (3) теперь сводится к нахождению диэлектрических функций εs и εh. Согласно [2], диэлектрическую функцию определим как:

,       (4)

,                                        (5)

где n = v, c- номера заполненных и свободных электронных состояний;mc - эффективная масса электрона;Mij (k) - матричный элемент оператора импульса; e¯- вектор поляризации световой волны; значения для уровней размерного квантования в квантовой точке для зоны проводимости и валентной находили из решения уравнения Шредингера.

Результаты теоретического расчета произведенного нами, согласуются со спектрами оптического поглощения полученными в ходе эксперимента. При этом четко прослеживается взаимосвязь между размерами кластеров в пленке a-Si:H и видом спектра поглощения.

Список литературы

  1. M.H.Brodsky Sol.St.Commun., 36, 55 (1980)
  2. Р.Уиллардс, А.Бир Оптические свойства полупроводников. М.:Мир, 1970. 376с.